图6-2 碧玺晶体结构示意图
碧玺的矿物学名称是电气石,属电气石族,化学通式为XY3Z6(Si6O18)(BO3)3V3W,是极为复杂的硼铝硅酸盐,以含硼(B)元素为特征,无对称中心,晶体结构如图6-2所示。其中X为Na、Ca2+、K+或空穴,Y为Fe2+、Mg2+、Mn2+、Al3+、Li+、Fe3+或Cr3+,Z为Al3+、Fe3+、Mg2+或Cr3+,T为Si4+、Al3+或B3+,B即为B3+,V为OH-和O2-,而W为OH-、F-或O2-。其中,常发生变化的位置是X、Y、Z和W位,其次是V位。T位是典型的以Si为主,而B位仅为B元素。
电气石根据X的占位情况,可分为碱性族、含钙族和X位空穴族。由于它们都涉及带不同电荷的阳离子(或空穴),所以每个族的组成均与耦合替换有关。根据多价耦合替换,各族又可以被分为若干个亚族。电气石的主要分类依据是化学组成,一般以晶格内特定的、起主导作用化合价位置的主要化学成分作为首要分类依据。W占位的不同是电气石品种分类的基础,以W和X占位分别对电气石分类,会得到不同的结果。
碱性族、含钙族和X位空穴族的分类通常用一个简单的三元关系图表示。电气石族中三个最著名的成员分别是镁电气石、黑电气石和锂电气石,其化学式如下:
镁电气石(Dravite)NaMg3Al6(Si6O18)(BO3)3(OH)4
黑电气石(Schorl)NaFe3Al6(Si6O18)(BO3)3(OH)4
锂电气石(Elbaite)Na(Li,Al)3Al6(Si6O18)(BO3)3(OH)4
其中,镁电气石—黑电气石之间、黑电气石—锂电气石之间形成两个完全类质同象系列。镁电气石和锂电气石之间是不完全的类质同象。
除以上三个常见品种外,其它鲜为人知的成员有钙镁电气石(Uvite)、钙锂电气石(Liddicoatite)、帕拉伊巴电气石(Palaiba)和铁电气石(Buergerite)等。截至2011年,国际矿物学协会(IMA)已经认定了18个电气石品种(表6-1)。
表6-1 国际矿物学协会(IMA)认定的电气石品种
表6-2 部分碧玺颜色、名称、致色因子以及可能的品种类型统计表
电气石属复三方单锥晶类,晶体多呈柱状,常见单形有三方柱、六方柱、三方单锥等。晶体两端晶面不同,所以无对称中心。柱面上纵纹发育,横截面呈球面三角形。电气石集合体常呈放射状、束状和棒状(图6-3),亦可呈致密块状或隐晶质块体。颜色鲜艳,清澈透明的宝石级电气石可称为碧玺。
图6-3 碧玺晶形(图片由程荣欣提供)
碧玺的颜色丰富多彩,可以从无色到各种颜色,其致色原因多数与过渡性金属元素离子间的电荷转移有关,部分与天然辐照所致的晶格点缺陷及发光中心有关,尚有部分颜色成因未明。表6-2列出了部分碧玺颜色、品种、致色原因以及可能的类型统计。