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电气石

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电气石
铁电气石，又称黑碧玺
基本资料
类别环矽酸盐矿物
化学式(Ca,K,Na,[])(Al,Fe,Li,Mg,Mn)3(Al,Cr, Fe,V)6
(BO3)3(Si,Al,B)6O18(OH,F)4
IMA记号Tur[1]
施特龙茨分类9.CK.05
戴纳矿物分类61.3.1
晶体空间群复三方锥体 (3m)
(H-M记号相同)
性质
颜色黑色、透明、绿、粉红、红、蓝、黄等，或是2~3种颜色。
晶体惯态十二面体或假八面体
晶系三方晶系
解理不完全解理
断口不规则/参差断口、贝状断口
韧性/脆性脆性
莫氏硬度7-7.5
光泽玻璃光泽
条痕白色
比重3.06 (+.20 -.06)
密度2.82–3.32g/cm³
折射率nω=1.635–1.675, nε=1.610–1.650
双折射-0.018 to −0.040
参考文献[2][3]

电气石（英语：tourmaline），工艺品名称碧玺，为含硼的环状硼矽酸盐矿物，并含有铝、铁、镁、钠、锂或钾元素。在宝石的分类中，电气石属于半宝石，并有多种颜色。早期的斯里兰卡透明高質量的电气石是由荷兰东印度公司带入欧洲来满足好奇心和宝石市场，在当时并不认为铁电气石（黑电气石）和电气石是同一种矿物[2][4]。由于电气石具有压电效应，因此在19世纪就被用以做为偏振光实验的材料[5]。

名称

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电气石的英文名“tourmaline”为音译为托玛琳，由坦米尔语和僧伽罗语的“Turmali”（තුරමලි）或“Thoramalli”（තෝරමල්ලි）衍生而来，当时在斯里兰卡电气石被发现用类做为宝石而命名的。

在中文历史文献中，“碧玺”也被称为“砒硒”、“碧霞希”、“碧霞玺”、“碧霞玭”、“碧亚”、“碧牙𤥒”、“碧鸦犀”、“碧鸦犀”、“碧牙西”、“碧亚么”、“碎邪金”、“玺灵石”等。

种类

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常见电气石主要有铁电气石、镁电气石、锂电气石。

铁电气石

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铁电气石，义大利米兰产

铁电气石（schorl）成分含有铁和钠，颜色主要为褐色到黑色，因此又称为黑电气石或黑碧玺，为电气石中最常见的种类，95%的电气石可能都是此种。 最早的铁电气石可以追溯到西元1400年前，德国萨克森州的小村庄茨肖尔劳，当地人已经将该类矿物称之为"schorl"或相近的名称，由于该村庄附近有锡矿因此连带锡石和铁电气石一同在当地发现，1562年，铁电气石首次出现在Johannes Mathesius撰写的文献中，当时称"schürl"为铁电气石，大概在16世纪德语多以"Schurel"、"Schörle", 和 "Schurl"称呼，到了18世纪以"Schörl"名为主流，而英文则到18世纪都用"shorl"和"shirl"，到19世纪至现代才以"schörl", "schorl"和"iron tourmaline"称呼铁电气石。[6]

镁电气石

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褐色镁电气石

镁电气石（dravite）成分含有镁和钠，颜色主要为深黄到到褐色少数绿色，又称褐电气石。 英文名称"dravite"最早来自一位维也纳大学的教授Gustav Tschermak在他的书中描述产于德拉瓦河一处(现在的斯洛维尼亚德拉沃格勒)富含镁(以及钠)的电气石，他以德拉瓦河来命名他所发现的矿物。而当时他所提出的化学式为NaMg3(Al,Mg)6B3Si6O27(OH)，与现在所知的镁电气石化学式极为相符。[7]


锂电气石

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双色锂电气石

锂电气石（elbaite）颜色则从红、蓝、绿到无色，如果同时出现红色和绿色又称西瓜电气石。 英文名称“elbaite”源于义大利厄尔巴岛，当地产的有色和无色的电气石首次被化学验出为含锂的电气石，在1850年开始就已经有化学家在研究电气石所含的元素，直到1914年地质学家弗拉基米尔·维尔纳茨基才以"Elbait"称来自义大利厄尔巴岛发现富含锂、钠、铝的电气石，并将其化学式简化为(Li,Na)HAl6B2Si4O21，到1933年Winchell将化学式改为H8Na2Li3Al3B6Al12Si12O62该化学式可以写成 Na(Li1.5Al1.5)Al6(BO3)3[Si6O18](OH)3(OH)。[8]

电气石矿物群的化学式

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电气石矿物群的化学式可以说是矽酸盐矿物中最复杂的，由于置换作用（英语：Multiple isomorphous replacement）(固溶体)导致电气石的化学通式变得很广泛，整体的化学通式如下

XY3Z6(T6O18)(BO3)3V3W [9]

其中 X = Ca, Na, K, □(空位)

Y = Li, Mg, Fe2+, Mn2+, Zn, Al, Cr3+, V3+, Fe3+, Ti4+, □

Z = Mg, Al, Fe3+, Cr3+, V3+

T = Si, Al, B

B = B, □

V = OH, O

W = OH, F, O

电气石的分类

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电气石中根据电气石化学通式X的位置可以分成三个群体，碱金属电气石类、钙电气石类、晶格空缺类。 [10] [11]

碱金属电气石类（Alkali Group）中的化学通式X的位置皆为碱金属，例如钠和钾。[10][11]

名称 化学式 IMA记号
镁电气石 NaMg3Al6Si6O18(BO3)3(OH)3OH Drv
铁电气石 NaFe3Al6Si6O18(BO3)3(OH)3OH Srl
铬-镁电气石 NaMg3Cr6Si6O18(BO3)3(OH)3OH Cdrv
氟-镁电气石 NaMg3Al6Si6O18(BO3)3(OH)3F Fdrv
氟-铁电气石 NaFe3Al6Si6O18(BO3)3(OH)3F Fsrl
氧钒-镁电气石 NaV3(V4Mg2)Si6O18(BO3)3(OH)3O Ovdrv
钒氧铬-镁电气石 NaV3(Cr4Mg2)Si6O18(BO3)3(OH)3O Vocdrv
锂电气石 Na(Li1.5,Al1.5)Al6Si6O18(BO3)3(OH)3OH Elb
氟-锂电气石 Na(Li1.5,Al1.5)Al6Si6O18(BO3)3(OH)3F Felb
波翁德拉石[12](Povondraite) NaFe3+3(Fe3+4Mg2)Si6O18(BO3)3(OH)3O Pov
铬铝-波翁德拉石 NaCr3(Al4Mg2)Si6O18(BO3)3(OH)3O Capov
氧-镁电气石 Na(Al2Mg)(Al5Mg)Si6O18(BO3)3(OH)3O Odrv
氧-铁电气石 Na(Fe2+2Al)Al6Si6O18(BO3)3(OH)3O Osrl
氧铬-镁电气石 NaCr3(Mg2Cr4)Si6O18(BO3)3(OH)3O Ocdrv
钒氧-镁电气石 NaV3(Al4Mg2)Si6O18(BO3)3(OH)3O Vodrv
Darrellhenryite[注 1] NaLiAl2Al6Si6O18(BO3)3(OH)3O Dhry
氟-钠铁电气石[注 2] NaFe3+3Al6Si6O18(BO3)3O3F Fbu
钠铝电气石 NaAl3Al6Si6O18(BO3)3O3OH Ole
丸山电气石(Maruyamaite) K(MgAl2)(Al5Mg)Si6O18(BO3)3(OH)3O Mry

钙电气石类（Calcic Group）中的化学通式X的位置皆为钙。[10][11]

名称 化学式 IMA记号
足立电气石(Adachiite) CaFe2+3Al6(Si5AlO18)(BO3)3(OH)3OH Adc
镁钙电气石(Feruvite) CaFe2+3(MgAl5)Si6O18(BO3)3(OH)3OH Fer
钙镁电气石(Uvite) CaMg3(Al5Mg)Si6O18(BO3)3(OH)3OH Uvt
氟-钙镁电气石 CaMg3(Al5Mg)Si6O18(BO3)3(OH)3F Fluvt
氟-钙锂电气石 Ca(Li2Al)Al6Si6O18(BO3)3(OH)3F Fld

晶格空缺类（Vacancy Group）又称X-位置空缺类（X-vacancy Group），其在化学通式X的位置出现空缺的情形。[10][11]

名称 化学式 IMA记号
福伊特石(Foitite)[12][注 3] □(Fe2+2Al)Al6Si6O18(BO3)3(OH)3OH Foi
罗氏电气石(Rossmanite)[注 4] □(LiAl2)Al6Si6O18(BO3)3(OH)3OH Rsm
镁-福伊特石 □(Mg2Al)Al6Si6O18(BO3)3(OH)3OH Mfoi

不在三个分类之中

名称 化学式 IMA记号
Luinaite-(OH)[注 1] (Na,□)(Fe2+,Mg)3Al6Si6O18(BO3)3(OH)3OH Lui-OH

物理性质

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晶体结构与晶癖

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电气石主要是由六个矽氧四面体组成的环状矽酸盐矿物属于三方晶系，因此晶体会呈现棱柱形或是柱状晶体，其横截面通常为呈现边为有弧度的三角形。

六个矽氧四面体组成的环状矽酸盐

颜色

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电气石有多种颜色，在富含铁的电气石通常为黑色至深褐色；富含镁的电气石颜色则由褐到黄；富含锂的电气石则有多变的颜色，如蓝、绿、红、黄、粉红等等，甚至有更稀有的无色，而具有两色到多种颜色的晶体也很常见，其反映了在结晶过程当中液体内部化学成分的变化。另外具有双色或多色电气石的两端为粉色或绿色，该种锂电气石又可称为西瓜电气石。

当电气石暴露辐射之下，其颜色呈现粉红色，其原因是在于当电气石暴露在自然伽玛射线的环境底下Mn3+离子变多使其呈现粉红和红色。另外电气石可使用辐射来提高其成色，这些电气石的价值比起完全天然的，其价值会大大下降。[13]

产地

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电气石的产地有许多地方，在巴西和非洲电气石被大量有大量开采做为宝石和矿物标本，而在斯里兰卡透过掏金的方式采集的电气石也适合做为宝石。除了巴西之外在坦尚尼亚、尼日、肯亚、马达加斯加、莫三比克、纳米比亚、阿富汗、巴基斯坦、斯里兰卡和马拉威等地，都有在开采电气石。 [14]

美国

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在美国的电气石最早于1822年在加利福尼亚州圣地牙哥郡被发现，刚开始被发现的电气石晶体并没有那么清澈，在1890年才有文献纪载，当时查尔斯·罗素奥克特（英语：Charles Russell Orcutt）在圣地牙哥郡Pala（英语：Pala, California）发现了粉红色的电气石并记录下来，尔后当地成为了Stewart Mine矿区，到了1900年代早期圣地牙哥郡产区开始大量开采电气石做为宝石并成为世界最大的产区，当地所产的电气石为绿色到粉红色的双色电气石。由于清朝慈禧太后非常喜欢粉红色的电气石，因此当时她从圣地牙哥郡Himalaya Mine矿区买了大量的宝石和雕饰，而在当地印地安原住民把电气石作为陪葬品已有很长一段时间了。 [15] [16]

巴西

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在巴西几乎可以找到各色的电气石，尤其是在米纳斯吉拉斯州和巴伊亚州，另外在帕拉伊巴州所产的含铜锂电气石（Cuprian Elbaite）[17]又称帕拉伊巴电气石（Paraiba Tourmaline），由于大量的内含物和含铜的关系，该电气石颜色呈现蓝色到绿色，另外除了帕拉伊巴州外，在该州旁的北里约格朗德州也产大量相同品种的电气石，该地的电气石颜色并没有那么强烈，但是却可以找到很多質量良好的标本。[18]

图集

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参看

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参考资料

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  1. ^ Warr, L.N. IMA–CNMNC approved mineral symbols. Mineralogical Magazine. 2021, 85 (3): 291–320. Bibcode:2021MinM...85..291W. S2CID 235729616. doi:10.1180/mgm.2021.43 可免费查阅. 
  2. ^ 2.0 2.1 Mindat tourmaline group （页面存档备份，存于互联网档案馆） Accessed September 12, 2005. This website details specifically and clearly how the complicated chemical formula is structured.
  3. ^ Gemological Institute of America, GIA Gem Reference Guide 1995, ISBN 0-87311-019-6
  4. ^ Jiri Erhart, Erwin Kittinger, Jana Prívratská. Fundamentals of Piezoelectric Sensorics: Mechanical, Dielectric, and Thermodynamical Properties of Piezoelectric Materials. Springer. 2010: 4 [2017-03-02]. （原始内容存档于2021-04-28）. 
  5. ^ Draper, John William. A Textbook on chemistry. New York: Harper and Brothers. 1861: 93. 
  6. ^ Ertl, A. About the etymology and the type localities of schorl (PDF). Mitteilungen der Österreichischen Mineralogischen Gesellschaft. 2006, 152: 7–16 [2017-03-02]. （原始内容 (PDF)存档于2021-04-28）. 
  7. ^ Ertl, A. About the type locality and the nomenclature of dravite (PDF). Mitteilungen der Österreichischen Mineralogischen Gesellschaft. 2007, 153: 265–275 [2017-03-02]. （原始内容 (PDF)存档于2021-04-28）. 
  8. ^ Ertl, A. About the nomenclature and the type locality of elbaite: A historical review (PDF). Mitteilungen der Österreichischen Mineralogischen Gesellschaft. 2008, 154: 35–44 [2017-03-03]. （原始内容 (PDF)存档于2021-04-28）. 
  9. ^ Hawthorne, F.C. & Henry, D.J. Classification of the minerals of the tourmaline group. European Journal of Mineralogy. 1999, 11 (2): 201–215 [2017-03-02]. doi:10.2138/am.2011.3636. （原始内容存档于2007-10-16）. 
  10. ^ 10.0 10.1 10.2 10.3 Darrell J. Henry, Milan Novák, Frank C. Hawthorne, Andreas Ertl, Barbara L. Dutrow, Pavel Uher, and Federico Pezzotta. Nomenclature of the tourmaline-supergroup minerals (PDF). American Mineralogist. 2011, 96: 895–913 [2017-03-05]. doi:10.2138/am.2011.3636. （原始内容 (PDF)存档于2012-03-26）. 
  11. ^ 11.0 11.1 11.2 11.3 Frank C. Hawthorne and Dona M. Dirlam. Tourmaline: Tourmaline the Indicator Mineral: From Atomic Arrangement to Viking Navigation. Elements. 2011, 7 (5). doi:10.2113/gselements.7.5.307. 
  12. ^ 12.0 12.1 何明跃. 新英汉矿物种名称. 北京: 地质出版社. 2007. ISBN 9787116052598. 
  13. ^ Kurt Nassau. Gemstone Enhancement: Heat Irradiation, Impregnation, Dyeing and Other Treatments Which Alter the Appearance of Gemstones and the Detection of Such Treatments. Butterworth-Heinemann. 1984. ISBN 9780408014472. 
  14. ^ Cornelis Klein, Cornelius S. Hurlbut, Jr. Manual of Mineralogy (after James D. Dana) 21st Edition. New York: Wiley. 1999. ISBN 9780471312666. 
  15. ^ Fred Rynerson. Exploring and Mining Gems and Gold in the West. New York: Naturegraph. 1977. ISBN 9780911010602. 
  16. ^ Paul Willard Johnson. Common Gems of San Diego. Gems and Gemology. 1968, 12: 358–371. 
  17. ^ Mindat Cuprian Elbaite （页面存档备份，存于互联网档案馆） Accessed March 6, 201.
  18. ^ Rossman, G.R., Fritsch E., & Shigley J.E. Origin of color in cuprian elbaite from São José de Batalha, Paraíba, Brazil (PDF). American Mineralogist. 1991, 76: 1479–1484 [2017-03-06]. （原始内容 (PDF)存档于2021-04-27）. 

注解

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  1. ^ 1.0 1.1 暂时无中文名称
  2. ^ 又名氟-布格电气石
  3. ^ 暂时无中文名称又名铁电气石，但是容易和另一种黑色铁电气石(Schorl)混淆
  4. ^ 又名罗斯曼石

外部链接

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