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章氏硼镁石
（Hungchaoite）

一、简述

1963年6—8月，本书编者谢先德和曲一华等在我国青海大柴旦盐湖进行野外调查时，发现了一种新的含水镁硼酸盐矿物 ^[1，2] ，经化学分析，计算出其化学式为MgO·2B ₂ O ₃ ·9H ₂ O。为了纪念我国地质事业的创始人和地质教育事业的导师——章鸿钊先生（1877—1951），将其命名为章氏硼镁石（Hungchaoite）。有关该矿物的研究成果分别用中文、俄文发表在1964年的《地质学报》和 Scientia Sinica 上 ^[1，2] 。据查，章氏硼镁石是国际上第一个以中国人的姓名命名的新矿物，开创了以我国学者的姓名、姓氏命名新矿物的先河。

对章氏硼镁石的研究，共进行了化学全分析、偏光显微镜和弗氏台上测定光性常数、比重瓶法测定矿物比重、粉晶X射线衍射分析、差热分析和脱水分析等。为了确认这些常数的可靠性，还人工合成了章氏硼镁石［即二硼酸镁，用MgO（2g）加H ₃ PO ₃ （8g），再加水（132~150g）静置15~20d］，并对人工合成的章氏硼镁石进行了上述内容的研究，测得二者的物理和化学参数完全相同 ^[1] ，从而进一步证实了章氏硼镁石存在于自然界中。

我国学者董继和于1974年对章氏硼镁石再次进行了粉晶X射线衍射分析，确定章氏硼镁石属三斜晶系，并对X射线粉末图做了指标化的工作，测得了章氏硼镁石的晶胞参数 ^[3] 。

在大柴旦盐湖发现章氏硼镁石不久，1970年J. F. McAllister在美国加州的死谷地区也发现了章氏硼镁石。由于其晶体较大，更易进行深入研究，如1977年，美国华盛顿大学的C. Wan和S. Ghose对章氏硼镁石进行了晶体结构分析 ^[4] ；1979年，美国联邦地质调查所的R. C. Erd和 J. F. McAllister等对该矿物做了较全面的研究，研究内容包括板状晶体图形绘制、光性测定、粉晶X射线衍射分析和晶胞参数测定等 ^[5] ，并先后于1977年和1979年在 American Mineralogist 上发表论文 ^[4，5] 。

二、产状

章氏硼镁石首次发现于青海大柴旦盐湖的沉积层中，盐类沉积层之下为含砂淤泥层，盐类沉积物自下而上为褐色细粒石膏层、含石膏-水方硼石层、含库水硼镁石-石膏层，最顶部为一层褐黄色盐盖。章氏硼镁石赋存于含石膏-水方硼石层中，呈不规则豆状体，其边缘包裹一层次生石膏，并与次生钠硼解石密切共生。从产状及矿物的共生关系来看，它可能是溶液中镁和硼浓度较高时已沉积的硼酸盐矿物发生分解而形成的，同时还形成了次生石膏。

在美国加州死谷的黑山东南部山脚丘陵区的硼酸盐带中也发现了章氏硼镁石，它存于破碎玄武岩风化表层中，环绕白硼钙石和硬硼钙石的脉生长。其共生矿物主要为钠硼解石和石膏，其次为库水硼镁石、多水硼镁石、三方硼镁石、基性硼钙石、多水硼钠石、天然硼酸和劳硼钙石等。

三、晶体形态和物理性质

大柴旦盐湖产出的章氏硼镁石晶体细小，显微镜下测定颗粒直径为0.02~0.04 mm，粒度均匀，集合体为直径3~6mm的豆状体，较为松散。章氏硼镁石为纯白色，具玻璃光泽，集合体呈油脂光泽，硬度为1~2，密度为1.732g/cm ³ 。章氏硼镁石以其细粒状松散集合体形态和油脂光泽，可与共生的纤维状钠硼解石相区别；又以其纯白色和豆状集合体形态，可与伴生的褐黄色鲕状集合体的水方硼石相区别 ^[1] 。

弗氏台和偏光显微镜下研究确定章氏硼镁石为三斜晶系，晶体呈假六方片状和柱状（图1-1），光学性质为二轴晶（-）， N g=1.489 8， N m=1.489 1， N p=1.441 5， Δ =0.048 3，2 V =36°。人工合成的章氏硼镁石亦为三斜晶系的假六方片状晶体，无色至白色，具玻璃光泽，硬度为1~2，密度为1.72g/cm ³ ，光学性质为二轴晶（-）， N g=1.490， N m=1.485， N p=1.442， Δ =0.052，2 V =36°。上述实测数据表明大柴旦盐湖产天然章氏硼镁石和人工合成的章氏硼镁石的主要物理和光学性质基本一致 ^[1] 。

美国加州死谷产出的章氏硼镁石为自形到它形的{100}板状无双晶的晶体，颗粒直径在0.5mm左右。该晶体的形态表明，章氏硼镁石为三斜晶系的板面晶，解理以{-111}和{-1-11}为好，{010}解理较差。钠光下测得其折光率为 N g=1.490（2）， N m=1.485（2）， N p=1.445（2）（括号中的数字是最后一位数字的标准偏差，余同）， Δ =0.0450，二轴晶（-）。硬度为2.5，实测密度为1.706（5）g/cm ^{3 [5]} 。

四、化学成分

大柴旦盐湖产章氏硼镁石与其他矿物密切共生，而且晶粒极小，测试成分的样品是在双目镜下手工挑选，并在干燥空气中蒸发干燥得到的。除对样品进行了化学全分析外，还进行了显微镜下物相鉴定和粉晶X射线照相检查，发现样品中除章氏硼镁石外，还含有少量石膏和岩盐杂质。章氏硼镁石样品的化学分析结果为：MgO——10.32wt%，CaO——1.61wt%，B ₂ O ₃ ——34.96wt%，SO ₃ ——2.25wt%，K ₂ O——0.18wt%，Na ₂ O——2.88wt%，Cl——3.43wt%，H ₂ O——44.11wt%，不溶物——1.24wt%，合计100.98wt% ^[1] 。

据上述分析数据，经化学计算CaO和SO ₃ ，及K ₂ O、Na ₂ O和Cl 的分子（或离子）个数比，恰与石膏和岩盐分子（或离子）个数比相符合。把这两种杂质矿物的含量除去后，再换算得章氏硼镁石化学组成的百分含量为MgO——11.68wt%，B ₂ O ₃ ——39.58wt%，H ₂ O——48.74wt%，合计100wt% ^[1] ，此结果与理论计算值很接近。所以章氏硼镁石的化学式应写为MgO·2B ₂ O ₃ ·9H ₂ O。章氏硼镁石在冷水中可部分溶解；在酸中极易分解，并生成硼酸晶体，若以浓硫酸溶解后加入数滴乙醇并点燃，可呈现鲜艳的绿色火焰；若加入1，4，5，8四羟基蒽醌试剂，则发生明显的蓝色硼反应。

五、粉晶X射线衍射分析

我国产章氏硼镁石晶体细小，未能进行单晶研究，但完成了粉晶X射线衍射分析。实验条件为：Fe靶，未滤光，照相时电压为28kV，电流为8mA，曝光3~6h。实验共获得了53条衍射谱线，其中的10条强线 为：7.18 (6)，6.67 (7)，5.84 (6)，5.34 (6)，4.07 (10)，2.902 (10)，3.34 (9)，2.734(9)，2.569 (7)，2.510 (7)。

董继和经过对大量X光实验数据的计算和处理，确定我国产章氏硼镁石属三斜晶系；在粉末图指标化以后，测得其晶胞参数为： a =9.360±0.001Å， b =11.169±0.001Å， c =9.978±0001Å； α =135°54′， β =99°53′， γ =101°00′， Z =2 ^[3] 。

Wan和Ghose对美国产章氏硼镁石进行X光单晶结构测定，也得出了如下结果：属三斜晶系，空间群为 P -1， a =8.811（1）Å， b =10.644（2）Å， c =7.888（1）Å； α =103°23（1）′， β =108°35（1）′， γ =97°09（1）′； V =666.2（1）Å ³ ， Z =2 ^[4] 。由此可见，Wan和Ghose测得的晶胞参数与上述董继和的实验数据差别较大，原因不详。

六、晶体结构

从Wan和Ghose进行的X光单晶结构测定结果可知，章氏硼镁石是由一个 八面体和与其共（OH）角顶的一个四硼酸络阴离子 ，以及两个结晶学上有区别的水分子组成的中性分子综合体［Mg（H ₂ O） ₅ B ₄ O ₅ （OH） ₄ ］所构成的（图1-2） ^[4] 。

在 八面体中，Mg被5个水分子和1个完好八面体角顶上的氢氧根离子环绕，而四硼酸络阴离子 由2个BO ₃ （OH）四面体和2个共角顶的BO ₂ （OH）三角形构成。四面体和三角形中B与O的间距分别为1.477Å和1.368Å。氢键在章氏硼镁石的结构中起着很重要的作用，所有18个氢原子都参与到三维氢键的网络中，从而使章氏硼镁石能以固态相存在 ^[4] 。

七、热学性质

对国产章氏硼镁石进行差热分析和脱水分析可知，章氏硼镁石的差热分析曲线上有明显的两个吸热谷和一个放热峰 ^[1] 。第一个吸热谷出现于90~180 ℃，为脱失结晶水的吸热反应；第二个吸热谷出现在944~1 040 ℃，为矿物熔融破坏晶格构造的吸热反应；其放热峰则出现在660~713 ℃，为脱失结晶水后的非晶质物重新结晶的放热反应。

章氏硼镁石的失重分析表明其加热至48℃时开始脱水失重，至160 ℃时主要结晶水失尽，其失重量不少于38%，约相当于7个H ₂ O，其他的H ₂ O则在160~700 ℃范围内逐渐脱失，其纯失重量不少于9.5%，约相当于2个H ₂ O。据此可以推断其化学式中的9个H ₂ O可能有两种存在形式：一种为结晶水（H ₂ O），另一种为结构水（OH）。据上述热分析可以推测章氏硼镁石的晶体化学式可能为Mg［B ₄ O ₅ （OH） ₄ ］·7H ₂ O，即其晶体结构中可能存在四硼酸络阴离子。此结果可被章氏硼镁石的晶体结构分析证实。

八、矿物命名

为纪念中国地质事业的创始人和地质教育事业的导师——章鸿钊先生（图1-3），该新矿物的中文名由章老先生的姓氏加其化学成分组成，命名为章氏硼镁石，其英文名则取章老先生的名字“鸿钊”命名为Hungchaoite ^[1，2] 。

章鸿钊，男，1877年3月11日出生，湖州荻港三瑞堂人，著名地质学家，中国地质学创始人。幼年就读于积川书塾，21岁时东渡日本，毕业于日本东京帝国大学地质系，获理学学士学位。章鸿钊是我国在北京京师大学堂（现北京大学）讲授地质学的第一人。1913年我国地质研究所在北京正式成立，章鸿钊任首任所长。在科学落后的旧中国，章老先生做了很多开拓性的地质调研工作，并依托研究所培育了22名我国第一代地质矿业人才，其中有谢家荣、李学清、王竹泉、赵汝钧、朱庭祜、周赞衡、谭锡畴等著名学者，他们为我国发现了很多金属矿产和石油资源。

1921年，章鸿钊先生出版了经典巨著《石雅》（图1-4），对我国古代典籍中所出现的岩石矿物名称做了详细的考证。全书分为三篇，上篇为玉石，中篇为非金属矿物，下篇为金属矿物，共计11卷。该书是我国第一部矿物学专著，我们现在使用的许多矿物的名称就是章鸿钊先生在该书中初次使用的。

1922年，在章鸿钊先生的积极倡导下，中国地质学会成立了，章鸿钊先生被推选为首任会长。抗日战争时期，章鸿钊先生拒绝与日本人合作而闭门著书。1945年抗日战争胜利后，他受聘于南京国立编译馆，主编了《岩石学名词》和《地质学论丛》，获中国地质学会授予的金质葛利普奖章。

中华人民共和国成立后，章鸿钊先生受到党和国家的重视和关怀，1949年9月出任浙江省财政经济处地质研究所顾问，1950年6月12日被中国科学院聘任为专门委员，1950年8月25日，全国地质工作计划指导委员会（中国地质矿产部的前身）在北京成立，李四光出任主任委员，周恩来总理任命章鸿钊先生为该委员会顾问。章鸿钊先生到北京出席委员会成立大会时，受到了与会者的热烈欢迎，并由他主持了成立大会的开幕式。

1951年9月6日，章鸿钊先生因患肝癌不幸逝世于南京，享年74岁。中国地质学会为章鸿钊先生举行了隆重的追悼会，李四光在会上说：“章先生为人正直而有操守，始终不向恶势力妥协。他站在中国人民一边，多次拒绝和日本人合作，对中国地质事业的开创贡献尤大。因此中国地质事业的创始人不是别人，而是章先生。”此后，国人将章鸿钊、翁文灏、丁文江、李四光四位地质学家称为中国地质科学的四大奠基人。

1969年，李四光将章鸿钊先生所著的《石雅》给毛泽东主席参阅，同年英国大英图书馆将《石雅》存入档案。除了上述巨著《石雅》外，章鸿钊先生还从近代地质科学角度研究了中国古籍中有关古生物、矿物、岩石和地质矿产等方面的知识，撰写了《三灵解》《古矿录》《六六自述》《宝石说》等31部著作，开创了我国地质科学史研究的先河。

参考文献

［1］ 曲一华，谢先德*，钱自强，等．章氏硼镁石（一种新发现的含水镁硼酸盐矿物）［J］．地质学报，1964，44（3）：351-356.

［2］ QU Y H, XIE X D*, QIAN Z Q, et al. Preliminary reporton the occurrence of a new hydrous magnesium borate-hungchaoite, MgO·2B ₂ O ₃ ·9H ₂ O, in China［J］. Scientia Sinica, 1964, 13（3）：525-557.

［3］董继和．章氏硼镁石X射线粉末图的指标化及晶胞参数测定［J］. 地球化学，1974，3：204-212.

［4］ WAN C, GHOSE S. Hungchaoite, Mg（H ₂ O） ₅ B ₄ O ₅ （OH） ₄ ·2H ₂ O: a hydrogen-bonded molecular complex［J］. American Mineralogist, 1977, 62（11-12）：l135-1143.

［5］ ERD R C, MCALLISTER J F, EBERLEIN G D. New data on hungchaoite, the second world occurrence,Death Valley region, California［J］. American Mineralogist，1979, 64: 369-375. BMLKvKnMWsNLQ8a5PNarGPXZFBTMa2fMjQ3NVlk+mA01m46LBZ49hu3gRsaABzlS