环状基型硅酸盐矿物

5.3.2　环状基型硅酸盐矿物

环状基型硅酸盐矿物分为简单环状基型、复杂环状基型。环状基型的硅氧骨干由硅氧四面体共角顶相连，并封闭成环。在硅酸盐矿物中，有7种不同类型的环，分成单层环和双层环两大类。单层环有三环［Si₃O₉］、四环［Si₄O₁₂］、六环［Si₆O₁₈］、九环［Si₉ O₂₇］和斧石环，如图5.6所示。双层环有双四环［Si₈ O₂₀］、双六环［Si₁₂ O₃₀］，如图5.7所示。

环状基型硅酸盐矿物中拥有矿物种的多少依次为六环和双六环、三环和四环、双四环、斧石环和九环。在环状硅酸盐矿物中连接环的主要阳离子有Ca²⁺，Na⁺，K⁺，Al³⁺，Fe²⁺，Fe³⁺，Mn²⁺，Mg²⁺，Li⁺，Zr⁴⁺等。一般在环的大空隙中，常为水分子、OH－或较大阳离子所占据。

1．环状基型硅酸盐矿物晶体结构

(1)三环基型，如图5.6(a)所示，由3个硅氧四面体各共2个角顶所组成，为环硅灰石族矿物所具有。

(2)四环基型，如图5.6(b)所示，由4个硅氧四面体各共2个角顶而组成，为钙钇铒矿、羟铝铜钙石、纤硅钡铁矿和包头矿所具有。

(3)六环基型，如图5.6(c)所示，由6个硅氧四面体各共2个角顶连接而成。

属于六环基型硅酸盐矿物的有绿柱石、堇青石、电气石和透视石等族的矿物。但是六环在各族矿物中存在着差异。绿柱石族和堇青石族矿物的六环基本相似。

绿柱石六环中硅氧四面体的活性氧连线(即棱)与环平面垂直，平行于c轴。环本身具有L⁶对称。而堇青石六环中有一硅氧四面体为锷产四面体所代替，使晶体结构对称降低为斜方。

(a)三方环;(b)四方环;(c)六方环;(d)三环和九环共存;(e)斧石环(带耳的六环)

图5.6　单层环硅氧骨干及斧石环硅氧骨干的不同类型

电气石族矿物的六环是环内硅氧四面体的两个活性氧的指向与绿柱石、堇青石环，其中一个指向在环平面内，另一个指向与环平面大致垂直，六环中的硅氧四面体两两相同，使环本身具有L³对称。透视石的六环虽与绿柱石相似，但环内每个硅氧四面体的活性氧棱不是与环平面垂直，而是与环平面斜交，并且环内6个硅氧四面体是相间重复的，环本身具有L³对称。

(4)三环和九环两种环基共存，如图5.6(d)所示，如异性石族矿物。

(5)斧石环基型是斧石族矿物具有的，为带耳的六环，现称之为斧石环，如图5.6(e)所示，它由两个硅氧双四面体同两个硼氧四面体相间连接成六环。其中两个硼氧四面体又各与另一硅氧四面体相连如耳状，以［B₂O₂(Si₂O₇)₄］或［Si₈ B₂O₃₀］表示。

(6)双四环基型是由2个四环共4个角顶所组成的双层四环，比如硅钙铀钍矿族矿，如图5.7(b)所示。

(7)双六环基型是由2个六环共6个角顶对接而成的，是一种双层六环，如图5.7(c)所示。双层六环内的Si可部分地为Al所代替。双六环为大隅石族和整柱石族所特有。

图5.7　三种类型的双层环硅氧骨干

2．环状基型硅酸盐矿物的物理性质

环状基型硅酸盐矿物的晶体结构中，由于具有二向展平的单层环和短柱双层环的存在，以及环在结构中的立方位经常呈平行分布，所以使矿物在形态上常呈三方、六方和四方的板状、板柱状、柱状的外形，这显然是与环本身的对称有关的。另一方面，环本身虽然具有三方、六方及四方的对称，但由于它们与阳离子连接方式的不同，常降低了对称，而呈斜方、单斜或三斜。尽管如此，但它们多少总摆脱不了环本身对称的影响，而常具有假三方、假六方及假四方的特征。环状基型硅酸盐矿物从原子堆积密度上看，比岛状基型稍小，反映在密度、硬度和折射率一般也要比岛状基型硅酸盐稍低。值得注意的是，环状基型硅酸盐矿物中由于环本身的非等轴性的存在，导致环状硅酸盐矿物无论在形态和物理性质上都表现出异向性，其程度比岛状基型硅酸盐稍大，比链状和层状基型硅酸盐要小得多。一般与环平面一致的方向折射率较高，与之垂直的方向折射率较低，重折率存在，通常呈一轴晶或二轴晶负光性。多色性和吸收性与环方位相应的过渡元素离子的分布密切相关，异向性表现明显，电气石是最为突出的例子。