지구의 구성물질(지구화학적 광물)

-. 지구의구성물질

 

지구의화학조성

 

자연계에서 자연적으로 산출되는 92개 원소들로 구성

8대 원소를 제외하면 다른 원소들의 합은 미량임

 

-. 지각 구성물질의 원자비와 체적비

-. 원소들의 결합형태

이온결합 (ionic bond) : 전기음성도의 차이가 큰 두 원소 사이

공유결합 (covalent bond) : 결합력이 가장 크다

금속결합 (metallic bond) : 자유전자가 존재

반데르바알스결합 (Van der Waals bond) : 순간쌍극자

(수소결합 : hydrogen bond) : 영구쌍극자

지각 구성물질(광물)들의 주요한 결합형태는 이온결합과 공유결합이다.

-. 지구는 어떤 물질로 구성되어 있는가 ?

가장 작은 단위 → 광물(鑛物, minerlas)

광물의 집합체 → 암석(岩石, rocks)

하나 혹은 그 이상의 광물들의 집합체

 

-. 광물의 정의

자연계에서 산출되는

무기적인 과정에 의하여 형성된

고상의 물질로서

일정한 화학조성과

원자들의 내부 배열이 규칙적인 물질(구조가 일정)

↓

결정질(結晶質, Crystalline) (반대: 비정질)

↓

일정한 결정의 외형

 

○ Nicholas Steno(1669) : 면각일정의 법칙

동일한 광물의 대응하는 면각은 일정하다

원자의 내부 규칙성에 의하여 일정한 결정의 외형(외부적인 형태)이 만들어진다

이러한 개념은 후에 R. J. Haüy(1743-1826)에 의하여 정립

Steno가 자연산 석영과 적철석의 결정으로부터

다양한 결정형 관계로부터 면각일정의 법칙을 정리하였음

 

 

면각일정의 법칙을 설명하는 그림

성장되는 방향에 따라 달라진 성장속도의 차이에 의하여 나타난 결정의 외형은 다르지만 대응하는

면각은 동일하다

R. J. Hauy에 의하여

제안된 원시적인 단위포의 개념

↓

결정의 외형은 내부의 규칙성에 기인된다는 개념의 정립

방연석(PbS)의 결정구조 내의 Pb와 S의 규칙적인 배열을 나타낸 그림

↓

육면체의 한 모서리 1cm의 길이에는 Pb와 S가 1022개 배열된다

Scanning-tunneling microscope로 방연석의 표면에서 관찰한 원자들의 (유황; 큰 것, 납; 작은 것) 배열

원자들의 배열의 결과로 나타나는 결정형의 여러 가지 형태들 중 몇가지 결정형(crystal habbit)의 예

-. 결정의 성장

 

핵의 형성

120여개의 이온

NaCl의 1cm 능 → 1023개의 이온들

Critical Size (임계크기)

10Å → 결정의 에너지상태가 낮아지게 되어 성장가능

용액에서의 결정성장경로

과포화도 증가 : A → B' - C'

온도의 감소 : A → B - C

결정의 성장

결합에너지 크기의 순서 : 4 ≥ 3 〉2 〉1

성장속도에 따른 결정면의 형성

 

위 그림에 나타낸 것처럼

1) 빠른 성장면 → 성장할수록 결정면의 크기는 감소

2) 느린 성장면 → 성장할수록 결정면의 크기는 증가

아래 그림은 황철석의 성장 조건에 따라 다양하게 나타나는 결정형을 나타낸 그림이다. 이처럼 동일한 광물이라해도 나타나는 결정형은 여러 가지로 달라진다.

단형 → 한 가지 결정형으로 나타난 결정

취형 → 두 가지 이상의 결정형으로 구성된 결정

 

 

현재까지 알려진 광물의 수는 ?

약 3500 여종의 광물종이 기재

흔한 산출상을 보이는 것은 불과 수십종류에 불과

지각 구성은 단지 8가지의 원소로 구성

모든 원소들의 조합이 불가능

산소와 규소의 결합 → 74 wt. %