결정형과 성장형태 , 벽개, 광택, 새과 조흔색, 경도, 밀도와 비중, 광물의 특성과 결합종류, 결정축과 6정계, 광물의 광학성, 광축 등에 관하여

1. 결정형

- 결정(crystal)이란 평평한 면이 발달하면서 성장하는 고체물질을 말하고, 결정면(crystal face)은 결정을 이루는 평평한 면을 말한다. 그리고 결정형(crystal form)이란 결정면들의 기하학적 배열상태를 말한다.

이런 결정의 크기나 결정면의 크기는 광물의 고유한 특성은 아니다. 니콜라우스 스테노는 광물별로의 고유한 특성은 결정면 크기가 아니라 결정면이 이루는 각도임을 입증하였다. 그는 어떤 두 개의 면이 이루는 각도는 항상 일정하며, 광물의 형태나 크기에 상관없이 항상 동일하다고 발표하였다. 즉, 같은 면에 속하는 면들은 평행하므로 어떤 결정면이든 이들 결정면들이 이루는 각도는 항상 동일하다.

그리고 독일의 물리학자 라우에는 결정들을 이루는 원자들이 어떤 특정한 기하학적 배열형태를 이루고 있다고 X-선을 이용하여 밝혀냈다. 석영 결정과 불규칙한 석영을 구성하는 모든 원자들이 일정한 기하학적 형태로 배열되었음을 라우에의 X-선 연구방법을 이용하여 쉽게 밝혀낼 수 있는데, 석영 결정과 불규칙한 석영은 모두 결정질이다. 딸서 결정이라는 용어보다는 형태와는 무관한 결정질이라는 용어가 광물의 정의를 내리는데 사용될 수 있다.

그림 3.8 석영에서 볼 수 있는 결정면과 각도 같은 결정형을 보여주는 두 개의 석영 결정. 두 결정들은 서로 다른 크기의 결정면을 보여주지만, 같은 번호의 면들이 서로 평행함을 볼 수 있다. 결정의 중요한 특성은 서로 접해 있는 면들이 이루는 각은 결정의 내부구조 때문에 같은 종류의 광물들끼리는 항상 일정하다는 점이다.	그림 3.9 일반적으로 나타나는 불규칙적인 성장 다른 입자들이 잘 형성된 결정면의 발달을 방해하는 조건에서 생성된 석영입자들.

2. 성장 습성

- 각 광물들은 특징적인 결정형을 이룬다. 일부 광물들은 매우 독특한 결정형을 이루므로 이르 이용하여 면각을 측정하지 않아도 광물을 감정할 수 있다. (ex. 황철석, 사문석)

 

그림 3.10 ‘바보들의 금’ 으로 알려진 황철석 황철석의 독특한 결정형. 황철석의 성장 습성 중의 하나는 결정형은 줄무늬가 발달된 면으로 구성된 정육면체 형태로 특징 지워진다.

그림 3.11 크리스탈 섬유 일부 광물들은 잘 발달된 결정면을 보여주지 않더라도 특징적인 성장 형태를 보여준다. 가끔 아주 가느다란 실처럼 성장하는 광물 크리스틸은 방화복을 짜는데 사용할 수 있는데, 이 경우 석면이라 부른다.

3. 벽개

- 광물이 밝고 빛을 반사하는 편편한 면을 따라 특정한 방향성을 가지면서 쪼개지는 경향을 벽개(cleavage)라 한다. 결정면과 벽개면이 유사하게 보이는 경우가 있는데, 벽개면은 깨진 면인 반면, 결정면은 성장할 때 생긴 면이다.

벽개를 따라서 생긴 평평한 면은 결정구조의 영향을 받는다. 벽개면은 원자들간 결합이 비교적 약한 방향과 일치한다. 벽개면이 결정구조의 특징에 따라 형성되므로 같은 광물들의 벽개면들 사이의 각은 항상 일정하다. 결정면간의 각이 항상 일정한 것처럼 벽개면 간의 각도 일정하다. 따라서 벽개도 광물을 판별하는데 중요한 기준이 된다.

그림 3.12 광물의 벽개 A. 소금은 벽개면이 잘 발달되어 있는데 이 면을 따라 작은 조각으로 쉽게 부서진다. B. 깨진 조각과 같은 방향으로 그려진 결정구조의 그림을 보면 깨지는 방향은 같은 수의 Na와 Cl이 배열되는 면과 일치함을 알 수 있다.

 

그림 3.13 운모의 얇은 판 완벽한 벽개면을 보여주는 백운모는 얇은 평평한 면을 따라서 쪼개진다. 벽개면을 따라 깨진 조각은 책의 낱장을 닮았다.

그림 3.14 흔히 볼 수 있는 두 종류 광물의 벽개 특징적인 벽개면을 보여주는 두가지 광물 형석(A)은 네 종류의 면을 따라 깨짐으로써 팔면체 조각을 이룬다. 칼리장석(B)은 서로 평행한 두 면을 따라 깨진다.

 

 

4. 광택

- 광물로부터 반사되는 빛의 양과 특징에 의하여 광택(luster)이라고 부르는 현상이 발생한다. 색이 거의 같은 광물이라도 광택은 매우 다를 수 있다. 광택에는 금속광택, 유리광택, 수지광택, 지방광택이 있다.

 

그림 3.15 광택 서로 다른 광택을 나타내는 3종류의 광물. A. 석영(유리광택) B. 섬아연석(수지광택) C. 활석(진주광택)

 

 

 

5. 색과 조흔색

- 색은 광물을 감정하는데 신뢰할 수 있는 특성이 아니다. 색을 가지고 구분하기 어려운 이유 중의 하나는 풍화 때문이다. 물과 산소는 황철석 같은 광물과 반응하여 원래의 광물과는 다른 색을 띠는 변질된 표면을 형성하게 된다. 색을 판별할 때 실수를 줄일 수 있는 방법으로서 초벌구이 자기판에 광물을 긁어서 생기는 분말인 조흔(streak)을 관찰하는 방법이 있다. 분말은 입자들이 매우 작아 입자크기에 의한 효과가 별로 없기 때문에 신뢰할 수 있는 색을 나타낸다.

그림 3.16 광물의 조흔 적철석의 색과 적철석의 조흔색의 차이를 보여주는 사진. 적철석 덩어리는 불투명하고 금속광택을 띠며 검정색으로 보인다. 조흔판은 적철석의 적색 조흔색을 보여준다.

 

6. 경도

- 경도(hardness)는 광물을 긁었을 때 상대적으로 견뎌내는 경도를 나타내는 용어다. 광물들의 고유한 특성으로 경도는 결정형이나 벽개처럼 결정구조와 원자들 간 결합의 강약에 의한 영향을 받는다. 결합이 강할수록 광물은 단단하다. 상대적인 경도의 수치는 한 광물을 다른 광물로 긁었을 때 긁힐 수 있느냐 없느냐느로 결정할 수 있다. 모스 상대적 경도계(Mohs' relative hardness scale)는 10단계로 구분되는데, 각 경도별로 광물이 지정되어 있다.

표. 모스 상대 경도계

경도	광물	동일한 경도의 물체
10	금강석
9	강옥
8	황옥
7	석영
6	정장석
		칼날;유리
5	인회석
4	형석
		동전
3	방해석
		손톱
2	석고
1	활석

7. 밀도와 비중

- 광물의 다른 물리적 특성으로서 얼마만큼 무겁게 느껴지는지를 나타내기 위하여 밀도라는 용어를 사용한다. 단위는 g/㎤로 표시한다. 하지만 밀도는 정확하게 측정하기는 어렵기 때문에 밀도 대신에 비중이라는 용어를 사용한다. 비중(specific gravity)은 어떤 물질의 무게와 같은 부피의 순수한 물의 무게와의 비율로 나타낸다. 비중은 두 무게의 비이므로 단위는 없고 순수한 물의 밀도가 1g/㎤이므로 어떤 광물의 비중은 밀도와 수치가 일치한다.

 

8. 광물의 특성과 결합종류

- 광물의 특성은 구성 원자들이 어떠한 결합을 하고 있느냐에 주로 영향을 받는다. 단단함과 경도는 광물을 이루는 결정구조에서 결합에 의해서 결정된다. 이온 및 공유결합은 매우 강하므로, 이 결합을 이룬 광물들은 단단하지만 깨지기도 쉽다. 이와 반대로 금속 및 판데르바알스 결합은 훨씬 약하므로, 이러한 결합을 이루는 광물들은 부드럽고 쉽게 변형될 수 있다.

 

표. 결합종류에 따른 광물의 특성

결합종류	광물	결합력	경도	전기전도도	물과 약한 산에서의 용해도
이온결합	방해석	강함	중간 내지 높음	매우 낮음	높음
	소금
공유결합	다이아몬드	매우 강함	높음	매우 낮음	매우 낮음
	섬아연석
이온 및 공유 혼합결합	감람석	매우 강함	중간 내지 높음	매우 낮음	낮음
	백운모
금속결합	금	중간	낮음	높음	매우 낮음
	동
판데르바알스 결합	흑연	매우 약함	매우 낮음	낮음	낮음
	황

 

9. 결정축과 6정계

결정 안에 3개 또는 4개의 축을 적당히 가상하면 다양한 결정형들을 6개군 즉 정계로 나눌수가 있다. 이렇게 결정안에 가상한 축을 결정축이라 한다.

전후, 좌우, 상하로 향한 축을 각각 a, b, c 축이라하고 b축과 c축, a축과 c축, 및 a과 b축 사이의 각을 각각 α, β, γ라하면 여섯정계의 축의 특징은 다음과 같다.

단, 육방정계에는 a1, a2 a3의 3개의 길이가 같은 수평축과 이들의 교점을 직교하는 c축을 생각한다.

등축정계 a=b=c , α=β=γ= 90o

정방정계 a=b≠c , α=β=γ= 90o

사방정계 a≠b≠c , α=β=γ= 90o

단사정계 a≠b≠c , α=γ=90o, β≠90o

삼사정계 a≠b≠c , α≠90o β≠90o γ≠90o

육방정계 a1=a2=a3 , 수평축은 120o로 교차함

 

10. 광물의 광학성

광물내부를 연구하는데 파장이 잛은 X선을 사용한다. 이는 결정을 만드는 원자들이 대단히 좁은 공간격자를 만들기 때문이다. 결정을 분말로 만들어 X선을 쬐이면 결정내부 구조를 알수가 있고 광물에 따라 내부구조를 달리하므로 광물감정도 할 수가 있다

비결정질과 등축정계에 속하는 광물 속을 통과하는 광선의 속도는 그 진행방향에 관계없이 일정하다. 이런 광물을 등방성(isotropic) 광물이라한다. 그러나 등축정계를 제외한 다른정계에 속하는 결정은 통과하는 광선에 복굴절(double refraction)을 일으키며 파동의 방향이 서로 직교하는 두 종류의 편광(ploarized ray)으로 갈라진다. 이 때에 작게 굴절하는것을 상광선(ordinary ray), 크게 굴절하는 것을 이상광선(extraordinary ray)이라고 한다. 이와같이 복굴절을 일으키는 광물을 이방성(anisotropic)광물이라 한다.

광물종류에 따라 편광성이 다르므로 광물이나 암석의 편광성을 검사할수 있는 편광현미경을 사용하면 광물의 감정이 가능하여 암석을 쉽게 연구할 수가 있다.

 

 11. 광축

등축정계를 제외한 모든 결정을 여러방향으로 절단하여 편광현미경으로 검사하면 모두 복굴절을 일으킨다는 것을 알수가 있다. 그러나 특정한 방향에 직각인 결정의 박편은 복굴절을 일으키지 않는다. 이와같이 복굴절을 일키지 않는 방향을 광축이라고 부른다. 그런데 사방, 단사, 삼사의 정계의 속하는 결정에는 복굴절을 일으키지 않는 방향 즉 광축이 두 개가 있다. 광축이 하나인 결정을 일축성 결정, 둘인것을 이축성 결정이라고 한다.

이축성 결정에서 광축 사이의 각도는 광물에 따라 다르다. 그러므로 먼저 광축이 하나인지 또는 둘인지를 검사하고 후자의 경우에는 광축사이의 각도를 측정하여 광물의 종류를 결정하는 데 참고로 한다.

 

----  잘 보셨으면  "좋아요" 부탁해요?  010-3816-1998. 감사함다. -----