第十三讲——链状硅酸盐

第十三讲教学内容：第十三章硅酸盐矿物——链状硅酸盐教学重点：链状硅酸盐中阳离子的占位、解理形式及产生原因、辉石族矿物与角闪石族矿物质成分、结构、形态及物性等方面的对比教学难点：链状硅酸盐中阳离子的占位、解理形式及产生原因、辉石族矿物与角闪石族矿物质成分、结构、形态及物性等方面的对比思考题：1、简述辉石族矿物与角闪石族矿物质成分、结构、形态及物性等方面的异同。

2、绘图说明在辉石族矿物与角闪石族矿物的晶体结构中，链间有几种空隙类型、如何分布，空隙由哪些阳离子占据，解理产生方向及夹角。

第五节链状结构硅酸盐矿物链状结构硅酸盐——由链状硅氧骨干与团外阳离子结合形成的硅酸盐矿物。

一. 化学成分1. 阳离子——类型相对简单，主要为惰性气体型离子如K、Na、Li、Ca、Mg、Al等及过渡型离子如Fe2+、Fe3+、Mn、Cr、Ti等。

由此导致了本类矿物的颜色种类也相对较少（无色、浅色、绿色、墨绿色等）。

2. 附加阴离子——在角闪石族中见有(OH)-、F-、O2-、Cl-等。

3. Fe—Mg可以形成完全类质同象，如：透辉石CaMg [Si2O6]——钙铁辉石CaFe [Si2O6]；透闪石Ca2 Mg5[Si4O11]2（OH）2——铁阳起石Ca2Fe5[Si4O11]2（OH）24. Al的作用：在单链硅氧骨干中有少部分出现Si被Al替代形成铝硅酸盐（如普通辉石、深绿辉石等），在双链硅氧骨干中则可以出现Al替代Si的现象（一般小于1﹕3，但夕线石能达到1﹕1），并含有附加阴离子（如OH－）。

还可以形成铝的硅酸盐（硬玉NaAl[Si2O6]）和铝的铝硅酸盐矿物（普通辉石（Ca，Mg，Fe，Al）2[（Si，Al）2O6]）。

二. 晶体化学特征单链硅氧骨干：[Si n O3n]2n-辉石链－[Si2O6] 4-、硅灰石链－[Si3O9]6-(与三方环骨干相同，具有此类骨干的矿物是何亚类，取决于“团外阳离子”,当Ca为团外阳离子时，矿物为单链结构硅酸盐)、蔷薇辉石链－[Si5O15]10-双链硅氧骨干：角闪石链－[Si4O11] 6-、硬钙石双链—[Si6O17]10-、夕线石双链—[AlSiO5]3-[SiO4]4-沿c轴成链，链内以共价键为主，金属阳离子Mg、Fe、Al等存在于链与链之间，与链（络阴离子团）呈离子键。

硅氧骨干类型是划分族的依据，而链间空隙M2（畸变八面体，“背靠背”）位置上阳离子的占位是划分亚族的依据。

三. 形态及物性一般均为平行于链状骨干的柱状、板状、针状晶形；发育平行链状硅氧骨干方向的解理；玻璃光泽，由于阳离子简单导致了本类矿物的颜色种类也相对较少（无色、浅色、绿色、墨绿色等），一般含Ca、Mg者颜色浅，含Fe、Mn者颜色深。

四．辉石族重要的造岩矿物，主要出现在中性——基性岩浆岩和深变质岩中。

分斜方辉石和单斜辉石两个亚族。

1. 化学成分通式：W1-p（X，Y）1+p[Si2O6]，p＝0或1，0～1W＝Na+，Ca2+——大半径（M2位置）X＝Mg2+、Fe2+、Mn2+、Li+——中等半径Y＝Al3+、Fe3+（Cr3+、Ti4+）——小半径（M1位置）如：顽火辉石Mg2 [Si2O6] ，骨干外阳离子为X类（无W类和Y类）；透辉石CaMg [Si2O6]——钙铁辉石CaFe [Si2O6]，骨干外阳离子为X类和W类（无Y类）；硬玉NaAl[Si2O6]，骨干外阳离子为W类和Y类（无X类）；普通辉石（Ca，Mg，Fe，Al）[（Si，Al）2O6]，骨干外阳离子为W类、X类和Y类，由于骨干那有Al替代Si（小于1﹕3），导致团外阳离子变得复杂，Al也出现在团外，替代Ca、Mg、Fe等。

2. 晶体结构特征：（1）单链硅氧骨干的投影图一般为垂直c轴的投影，为一梯形图。

（2）链间空隙及阳离子占位：单链硅氧骨干靠[SiO4]4－中两个桥式氧联结，[SiO4]4－取向相反，交叉出现。

这样链间会产生两种空隙（阳离子充填其中）：M1位置＞M2位置M1位置：位于四面体尖对尖的地方，空隙小，相对稳定，为2个八面体空隙，，构成配位八面体，充填2个阳离子，配位数为6。

由X、Y类阳离子（如Mg2+、Fe2+、Al3+、Fe3+）充填。

M2位置：位于四面体背对背的地方，空隙大。

不同的阳离子占位会导致该位置的空隙类型不同。

当Mg2+、Fe2+占位时，进入八面体空隙中，构成畸变配位八面体（2个）——斜方辉石亚族；当Ca2+、Na+、Li+等占位时，进入立方体空隙中，构成配位立方体（8次配位，2个）——单斜辉石亚族。

（3）关于阳离子占位对晶体结构的影响：M1位置相对阳离子占位时比较稳定，而M2阳离子占位时则会引起整个结构的变化，因此M2位置上的占位阳离子的种类是划分亚族的依据。

a－如有大半径阳离子Ca、Na、Li等，则优先占据M2位置，导致晶体结构呈单斜对称，将其划分为单斜辉石亚族；b－如无大半径阳离子Ca、Na、Li等，则Mg、Fe优先占据M2位置，导致晶体结构呈斜方对称，将其划分为斜方辉石亚族。

3. 分类和命名：分2个亚族：斜方辉石亚族和单斜辉石亚族。

（1）斜方辉石亚族：成分特点：主要为中等半径的X类阳离子（如Mg2+、Fe2+等）；无大半径的W类阳离子（如Ca2+、Na+等）；也无小半径的Y类阳离子（如Al3+、Fe3+等）。

矿物种的划分：按Mg2 [Si2O6]和Fe2 [Si2O6]两组分的相对含量来划分。

顽辉石Mg2 [Si2O6]——铁辉石Fe2 [Si2O6]为完全类质同象系列，以50%为界划分出顽辉石和铁辉石2个矿物种。

这样的划分虽然减少了不必要的矿物种数，但用起来受一定局限（如判断变质矿物的成因等），因此，常采用以下的习惯划分方法：在两个端员矿物之间又划分出2个矿物种（还有4个的），根据Fe2 [Si2O6]的含量多少来划分：Fe2 [Si2O6]—0-10％（即Mg2 [Si2O6]>90％）：顽辉石；Fe2 [Si2O6]—10-30％（即Mg2 [Si2O6]—90-70％）：古铜辉石；Fe2 [Si2O6]—30-50％（即Mg2 [Si2O6]70-50％）：紫苏辉石；Fe2 [Si2O6]>50％（即Mg2 [Si2O6]<50％）：铁辉石；Mg2 [Si2O6] Fe2 [Si2O6]100 90 70 50 30 12 0顽火辉石古铜辉石紫苏辉石铁紫苏辉石尤莱辉石斜方铁辉石（2）单斜辉石亚族：成分特点：中等半径的X类阳离子（如Mg2+、Fe2+等）、大半径的W类阳离子（如Ca2+、Na+等）和小半径的Y类阳离子（如Al3+、Fe3+等）都存在。

矿物种的划分：因为本亚族的成分复杂，所以矿物种的划分也复杂些。

a—钙辉石组：分3种矿物：W类和X类阳离子：透辉石CaMg [Si2O6]——钙铁辉石CaFe [Si2O6]，以50％为界，还有细分为次透辉石、铁次透辉石的。

W类、X类和Y类阳离子：普通辉石（Ca，Mg，Fe，Al）2[Si2O6]b—钙钠辉石组：1种矿物：W类、X类和Y类阳离子：霓辉石（Ca，Na）（Mg，Fe，，Fe，Al）2[Si2O6] c—钠辉石组：2种矿物：W类和Y类阳离子：硬玉（翡翠）NaAl[Si2O6]；W类和Y类阳离子：霓石NaFe[Si2O6]。

d—锂辉石组：1种矿物：X类Y类阳离子：锂辉石LiAl [Si2O6]。

注意：霓石可和透辉石——钙铁辉石形成类质同象混晶，霓石是其中间过渡矿物。

4. 形态及物理性质（1）形态：受[Si2O6]链约束，辉石族矿物呈平行链延长方向的（短）柱状（硅灰石——板状），横切面呈假正方形或假八边形。

（2）光学性质：颜色与阳离子种类有关（以绿色为主），玻璃光泽，透明。

无色——浅绿色——绿黑色——褐色、褐黑色Ca、Na、Li Fe、Mg（Mn、Ti）（3）力学性质（在小空隙——“尖对尖”位置上，充填的小半径、高电价的阳离子，使链间的联结力增强，不易破裂）：解理：平行于｛110｝近直交中等－完全解理，夹角87º或93º。

在“背靠背”的位置处破裂、产生；裂开：部分单斜辉石亚族矿物，由于可出现接触双晶和聚片双晶，沿双晶结合面产生裂开，其裂开方向为｛100｝和｛001｝，肉眼鉴定时要注意；硬度：5－6.5，单斜辉石可达到6.5（如锂辉石6.5，硬玉6.5-7），也说明其硬度稍微大于小刀，用力可以刻划动。

比重：中等比重矿物，3.1－3.6。

5. 成因产于基性－超基性岩浆岩和深变质岩中，在岩石分类中起重要作用，如辉绿岩、辉长岩、玄武岩、麻粒岩、榴辉岩等。

锂辉石是富锂花岗岩中的特征矿物（标型矿物），硬玉是典型的高压变质矿物。

6. 用途（1）硬玉——“翡翠”，是致密隐晶质集合体。

呈鲜艳翠绿色（祖母绿色）的翡翠为上品，其次是菠菜绿色、暗绿色、灰绿色、90％的翡翠来自缅甸（金三角地区），其次来自美国、前苏联等地，但质量较差。

“赌石”（2）锂辉石——锂的原料来源之一（原子能工业、医疗、焰火、照相、玻璃公业等）。

色泽美丽的亦可作宝石。

四. 角闪石族重要的造岩矿物，主要出现在中性——酸性岩浆岩和中级变质岩中。

分斜方角闪石和单斜角闪石两个亚族。

1. 化学成分通式：W0－1X2Y5[Si4O11] 2（OH）2（共有7个阳离子）W＝K+，Na+（大半径阳离子）：A位置（用来平衡晶体结构中的电价）X＝Na+，Ca2+、Li+，Mg2+、Fe2+、Mn2+（中等半径阳离子）：M4位置Y＝Mg2+、Fe2+、Mn2+，Al3+、Fe3+（小半径阳离子）M1、M2、M3位置如：直闪石(Mg,Fe)7[Si4O11] 2(OH)2，骨干外阳离子为X类（无W类和Y类）；阳起石Ca2(Mg,Fe)5[Si4O11] 2(OH)2，骨干外阳离子为X类(无Y类和W类),但不出现Na；蓝闪石Na 2Mg3Al2[Si4O11] 2(OH)2，骨干外阳离子为X类和Y类（无W类）, 但不出现Ca；普通角闪石(Ca,Na)2-3(Mg,Fe,Al)5[(Si,Al)4O11]2(OH)2，骨干外阳离子为W类、X类和Y类，这里Mg、Fe、Mn在X类和Y类中均出现，而Na在X类和W类中出现。

在普通角闪石中，出现Al替代Si，形成铝硅酸盐，为平衡电荷，络阴离子团外还出现了Al，从而形成了铝的铝硅酸盐矿物。

结构中存在附加阴离子如(OH)-、F-、Cl-、O2-等，由此可知，本类矿物的化学成分复杂了，是已知矿物中成分最为复杂者之一。

2. 晶体结构特征：（1）硅氧四面体的连接方式：相当于两个辉石单链在侧向连接而成沿c轴方向延伸的双链硅氧骨干，其投影图一般为垂直c轴的投影，为一梯形图。

（2）链间空隙及阳离子占位：[SiO4]4-有的有2个桥式氧，有的有3个桥式氧。