4 보석의 화학 4.2 보석 동형 치환

[백산]

보석  - 보석의 화학 - 보석 동형 치환

출처:  Gemology Project  소스: EK 이페어케이 플러스

동형 교체는 보석의 형태가 변하지 않고 보석의 특정 요소를 동일한 원자가의 다른 요소로 대체하는 것입니다. 

동형이라는 단어는 iso (동일)와 morph (형태)에서 유래했습니다.

 따라서 보석의 화학적 구성은 변하지만 결정 형태는 변하지 않습니다. 

이 현상을 설명하는 데 사용되는 가장 좋아하는 보석 품종은 석류석 그룹입니다.

기초의
동형 치환을 설명할 때 석류석기가 설명에 가장 적합합니다.

가닛을 두 개의 주요 그룹으로 나눌 수 있습니다(자세한 설명은 가닛 참조).

Pyralspite (pyrope - almandine - spessartine)

Ugrandite (uvarovite - grossular - andradite)

이 두 그룹의 각 구성원은 "이상적인" 화학적 구성을 가지고 있습니다.

 예를 들어, pyralspites의 경우 다음과 같습니다.

Pyrope - 마그네슘 알루미늄 규산염

Almandine - 철 알루미늄 규산염

Spessartine - 망간 알루미늄 규산염

위의 pyralspite 목록에서 언급된 첫 번째 요소는 멤버에서 멤버로 변경됩니다. 

그러나 자연에서는 그러한 순수한 화학 성분을 가진 파이로프 석류석을 결코 찾을 수 없습니다. 

대신, 성장하는 동안 다른 원소 (pyrope가 자라는 용융물에 존재)가 혼합되었습니다.

철(위의 알만딘에서 볼 수 있듯이)이 파이로프 석류석이 자라는 동안 혼합되면 마그네슘-철 알루미늄 실리케이트를 얻을 수 있습니다. 

파이로프의 마그네슘 함량 중 일부는 철로 대체되었습니다.

마그네슘/철분 함량은 파이로프와 알만딘을 구분하는 선입니다. 

화학 성분에 마그네슘이 풍부하면 파이로프입니다. 철분이 우세할 때는 알만딘 석류석입니다.

혼합물이 그 사이 어딘가에 있을 때, 우리는 그것을 pyrope-almandine garnet이라고 부릅니다. (이러한 혼합물에는 로돌라이트와 같은 이국적인 이름이 있을 수 있지만 여기서는 중요하지 않습니다.) 

그것이 pyrope 또는 almandine 인 경계는 무거운 논쟁의 여지가 있습니다.

그림 \(\PageIndex{1}\): pyrope-almandine에서 마그네슘/철의 동형 치환 타임라인

마그네슘이 철로 대체된 것을 보여주는 "타임라인" 이미지에서 볼 수 있듯이 보석의 물리적 및 광학적 특성도 변화합니다. 

이 예(pyrope-almandine)에서는 굴절률과 비중이 증가합니다.

위의 예에서 파이로프(마그네슘)와 알만딘(철)은 특정 보석에 얼마나 많은 마그네슘 또는 철이 존재하는지에 따라 그 사이에 가능한 모든 값을 가진 두 개의 "최종 부재"입니다.

마찬가지로 pyrope와 spessartine 사이 또는 almandine과 spessartine 사이에 "타임 라인"을 그릴 수 있습니다. "pyralspite 삼각형"에서 pyralspite 그룹의 3 개의 "최종 멤버"사이에 모든 값이 가능하며 물리적 및 광학적 특성이 매우 길게 변한다는 것이 분명합니다.

후자는 동일한 값이 없기 때문에 석류석을 테스트할 때 기억하는 것이 매우 중요합니다. 대신 값은 "범위" 내에 있습니다. 사실, 최종 멤버 세 명이 모두 섞여 있을 수도 있습니다.

마찬가지로, ugrandite 석류석에 대해 타임라인과 삼각형을 그릴 수 있으며, ugrandite 석류석에 존재하는 pyralspite의 요소가 있을 수도 있습니다. 가능성은 거의 무한합니다.

그러나 석류석의 습관은 변하지 않습니다.

메모

원소의 혼합은 원석이 형성된 후가 아니라 형성될 때 발생합니다. 따라서 동형 교체는 결정화 후에 발생하지 않습니다.

동형 대체의 원자가

석류석의 화학식은 L입니다.3M2(시오4)3즉, 

첫 번째 요소의 원자가는 2입니다. 동일한 원자가를 가진 원소는 석류석의 경우와 같이 서로를 쉽게 대체하여 새로운 화학 결합을 형성할 수 있습니다. 

미량 원소의 존재를 동형 대체와 혼동해서는 안됩니다. 미량 원소는 "이상적인" 화학 성분의 일부가 아닙니다. +

동형 보석

석류석 외에도 동형 교체를 보여주는 다른 보석 품종이 있습니다.

석류 석

첨정석

올리빈(페리도트)

Plagioclase 장석

고급

두 개의 이온이 합쳐지면 반발력이 갑자기 시작되어 더 가까이 접근하지 못하는 거리가 있습니다. 

이온을 접촉하는 "구"로 간주하는 것이 편리하며 중심 사이의 거리는 두 이온의 반지름의 합으로 간주됩니다. 

산소 이온과 같은 음이온은 이온 반경이 큰 반면 양이온은 반경이 훨씬 작습니다.

결정의 구조에 들어가는 일반적인 양이온은 종종 비슷한 크기의 반경을 가진 양이온이며 공간 격자를 과도하게 변형시키지 않고 구조 내에서 서로를 대체 할 수 있습니다. 이것은 동형 및 동형 치환 현상을 설명합니다.

석류석과 스피넬 그룹에서는 마그네시아(MgO)와 산화철(FeO)이 서로를 광범위하게 대체합니다. 

마찬가지로, 알루미나(Al2O3) 및 산화철(Fe2O3)는 결정의 격자 내에서 서로를 쉽게 대체할 수 있습니다. 

이러한 교체가 발생하면 내부 구조에 큰 영향을 미치지 않고 화학 조성에 상당한 변화가 있을 수 있습니다. 

이것은 같은 종의 특정 보석에서 비중과 굴절률이 표본마다 일정하지 않다는 사실을 설명합니다. 

석류석, 스피넬, 전기석 및 베릴기의 일부 구성원(베릴, 스토파니이트, 인디아라이트 및 바자이트)과 같은 일부 종에서는 굴절률과 비중 값이 넓은 매개변수 내에서 달라질 수 있습니다. 

이것은 보석을 테스트할 때 명심해야 할 중요한 요소입니다.