美国犹他州玛丽斯维尔火山场Freedom#2矿发现新矿物梁俊石K2(Mo2O5)(SO4)2·3H2O：一种与布斯卡石结构相关的新型钼硫酸盐矿物

《Mineralogical Magazine》：Liangjunite, K2 (Mo2 O5 )(SO4 )2 ·3H2 O, a new mineral from the Freedom #2 mine, the Marysvale volcanic field, Utah, USA

为解决自然界中钼硫酸盐矿物结构多样性及演化关系问题，研究人员开展了对梁俊石（liangjunite）的发现与晶体结构研究。该研究通过单晶X射线衍射、电子探针及拉曼光谱等技术，确定了其理想化学式为K2(Mo2O5)(SO4)2·3H2O，并揭示其结构由沿b轴延伸的异质多面体链构成，与布斯卡石（bouskaite）存在结构相关性。该发现不仅丰富了钼硫酸盐矿物家族，也为理解此类矿物在表生环境下的形成机制提供了新视角。

　　

在矿物学的广阔天地中，每一次新矿物的发现都如同发现一颗新的星辰，它不仅为矿物家族增添了新成员，更可能揭示地球演化过程中的独特化学环境。美国犹他州玛丽斯维尔火山场（Marysvale volcanic field）的Freedom#2矿，正是这样一个不断产出新矿物的“宝库”。该矿床以其丰富的铀钼矿化而闻名，近年来，科学家们在此陆续发现了多种新型钼酸盐和钼硫酸盐矿物，如zhenruite、wangpuite、downsite、vanpeltite和fanguangite等，极大地丰富了我们对钼元素在表生环境（supergene environment）中复杂化学行为的认知。

然而，在这些已知矿物之外，是否还隐藏着结构更为独特、化学组成更为复杂的未知成员？为了回答这个问题，研究人员对来自该矿区的标本进行了细致的矿物学调查。他们发现了一种无色透明、呈叶片状或柱状晶体的未知矿物，其物理性质与已知矿物存在明显差异。为了揭示其真实身份，研究人员利用现代矿物学分析技术，对其进行了全面的物理化学性质表征和晶体结构解析，最终确认这是一种全新的矿物物种，并将其命名为梁俊石（liangjunite），以纪念已故的中国矿物学家、中南大学姜梁俊教授（1913-1992）。

为了开展这项研究，研究人员综合运用了多种关键的技术方法。首先，他们利用电子探针（Electron Microprobe）对矿物进行了化学成分分析，确定了其主要元素组成。其次，通过拉曼光谱（Raman Spectroscopy）技术，获得了矿物的分子振动信息，并与已知矿物进行了对比。最后，利用单晶X射线衍射（Single-crystal X-ray Diffraction）技术，成功解析了矿物的晶体结构，并精修了其晶胞参数和原子坐标。所有分析样品均来自美国犹他州玛丽斯维尔火山场Freedom#2矿。

外观、物理和化学性质

梁俊石以集合体或分散的叶片状、柱状晶体形式产出，晶体尺寸可达0.04×0.02×0.01毫米。在透射光下无色透明，具有白色条痕和玻璃光泽。其莫氏硬度为1/2-2，性能，在{001}面上具有极完全解理。通过油浸法测得其光学性质为二轴晶负光性（biaxial(-)），折射率α=1.52(8), β=1.63(6), γ=1.71(5)。电子探针分析结合结构精修数据，确定了其经验化学式为K_1.62(Mo_2.03O₅)(S_2.03O₈)·3H₂O，理想化学式为K₂(Mo₂O₅)(SO₄)₂·3H₂O。

拉曼光谱

梁俊石的拉曼光谱与布斯卡石（bouskaite）具有可比性。其主要特征峰包括位于284、908、917、959和1023 cm^-1处的强而尖锐的峰，以及位于128、211、237、345、405、463、484、639、680、1111、1196和3065 cm^-1处的中等至弱谱带。通过对比分析，研究人员将3065 cm^-1处的谱带归属于H₂O中的O-H伸缩振动，907、916和958 cm^-1处的谱带归属于(Mo₂O₅)²⁺基团中的Mo-O伸缩振动，而1022、1110和1183 cm^-1处的谱带则归属于(SO₄)^2-基团中的S-O伸缩振动。

X射线晶体学

通过单晶X射线衍射分析，研究人员确定了梁俊石的晶体学参数。它属于三斜晶系，空间群为P-1，晶胞参数为a=5.48124(8) ?, b=9.53596(16) ?, c=14.1235(2) ?, α=97.4013(14)°, β=99.9056(13)°, γ=90.0803(12)°，晶胞体积V=720.94(2) ?³，Z=2。结构精修最终收敛于R₁=0.027, wR₂=0.072。

结构描述与讨论

梁俊石的晶体结构可以看作是由平行于(001)面的三种不同层状结构堆叠而成。A层仅由十配位的K⁺阳离子构成；B层由七配位的K⁺阳离子和H₂O基团构成；C层则是由SO₄四面体与MoO₆八面体二聚体共角连接形成的异质多面体链。这些层沿[001]方向以A-C-B-C-A的顺序堆叠。

与布斯卡石类似，梁俊石中的两个不同的MoO₆八面体（Mo1O₆和Mo2O₆）也表现出显著的畸变，每个八面体都具有三个短Mo-O键（1.688-1.904 ?）和三个长Mo-O键（2.098-2.286 ?）。这种高度畸变的八面体配位是Mo⁶⁺阳离子的典型特征。如果仅考虑Mo⁶⁺和O^2-的离子半径，并将Mo-O键长限制在1.95 ?以内，则单个Mo₂O₅⁺基团可以看作是MoO₃三棱锥通过O13共角连接而成。因此，梁俊石的结构式可以写为K₂(Mo₂O₅)(SO₄)₂·3H₂O。

梁俊石与布斯卡石的主要结构差异在于，布斯卡石中的两个H₂O分子（Ow3和Ow4）在梁俊石中被两个K⁺阳离子（K1和K2）所取代，同时梁俊石中还多了一个H₂O分子（O16）。这种取代通过耦合置换反应实现：2H₂O + 2(SO₃OH)^-? 2K⁺+ 2(SO₄)^2-。由于2K⁺取代了2H₂O，梁俊石的c轴和a轴尺寸显著小于布斯卡石，表明其层间距离和链间距离均有所减小。

本研究成功发现并表征了一种新矿物——梁俊石，其理想化学式为K₂(Mo₂O₅)(SO₄)₂·3H₂O。该矿物属于三斜晶系，空间群P-1，其晶体结构由沿b轴延伸的异质多面体链构成，这些链通过氢键连接形成层状结构。梁俊石在结构上与布斯卡石密切相关，两者之间的差异主要源于K⁺对H₂O分子的取代，这一发现不仅丰富了钼硫酸盐矿物家族，也为理解此类矿物在表生环境下的形成机制和结构演化提供了新的证据。该研究论文已发表于《Mineralogical Magazine》。