КВАНТОВОМЕХАНІЧНІ РОЗРАХУНКИ АТОМНОЇ СТРУКТУРИ ТА ЕЛЕКТРОННОЇ БУДОВИ КАРБОНАТВМІСНИХ АПАТИТІВ КАЛЬЦІЮ

Проблематика. Включення йона CO32- у структуру апатиту призводить до помітних змін хімічних та фі­зич­них характеристик мінералу. За наявності карбонатних іонів істотно знижується швидкість росту кристала гідроксоапатиту (ГАП), зменшується стійкість зубної емалі та кісток до кислот. У той же час концентрацією CO32- у кістковому апатиті контролюються форма та розмір нанокристалів цього мінералу, що є важливою умовою збереження нанорозмірних ефектів цих кристалів і, відповідно, відіграє важливу роль у процесах метаболізму в кістці. Мета дослідження. Теоретичне дослідження впливу включення йона CO32- у структуру апатиту на атомну структуру та електронну будову мінералу. Методика реалізації. Розрахунки в рамках теорії функціоналу щільності (DFT) у наближенні повно­по­тенціального методу (лінеаризованої) доповненої пласкої хвилі + локальні орбіталі ((linearized) augmented plane-wave + local orbitals, (L)APW) + lo) у рамках пакета Wien2k із використанням узагальненого гра­дієн­т­ного наближення Пердю–Бурке–Ернцергофа для твердих тіл (PBEsol-GGA). Результати дослідження. В рамках теорії функціоналу щільності (DFT) розраховано координати атомів, довжини зв’язків, повні та парціальні щільності електронних станів апатитів Са10(РO4)6(ОН)2, Са10(РO4)6СО3, Са10(РO4)6ОН(СО3)0,5, Са9Ñ(РO4)5(СО3)(ОН)2. Досліджено вплив ізоморфного заміщення типу А і В на електронну будову апатитоподібних сполук. Проаналізовано зміни в атомній структурі апатиту при включеннях у його структуру йонів CO32- у позицію як аніона, так і фосфатного тетраедра. Проведено зіставлення розрахункових даних з експериментальними. Висновки. Показано, що структура зайнятої частини валентних смуг ізоморфнозаміщених апатитів кальцію обох типів зберігає виражений зонний характер із різною протяжністю окремих підсмуг. Виявлено дві розділені за енергією структурні області – верхню частину валентної смуги та нижню частину валентної смуги – субвалентні стани. Структура середньої частини валентної смуги (області валентних станів з енергією від ~14 до 19 еВ) мало виражена. Основний внесок у формування головних особливостей верхньої частини валентної смуги досліджуваних апатитів вносять гібридизовані s-, p- і частково d-електронні стани іонів кальцію та фосфору. Структура субвалентних станів визначається s-станами кисню, фосфору та частково металу. Під­ґратка кисневих тетраедрів є визначальною у формуванні форми та головних особливостей кривої повної густини електронних станів ізоморфнозаміщених апатитів кальцію. У