광물학 2: 광물화학 2.5: 광물의 조성 변화
출처 덱스터 퍼킨스 노스다코타 대학교 소스: EK 이페어케이 플러스
2.5: 광물의 조성 변화
2.19 Clea bandite (알베이트가 풍부한 사장석)
대부분의 천연 광물은 많은 원소들의 조합으로 형성됩니다. 기계적 혼합물(두 가지를 함께 갈아서 만드는 것과 같은)과 달리 원소들은 서로 질서가 잡히고 밀접하게 결합됩니다.
생성된 결정질 용액은 고체 용액입니다.
예를 들어, 일반적인 사장석 (장석)은 대부분 CaAl2Si2O8 (아노타이트) 및 NaAlSi3O8 (알바이트)의 용액입니다. 그것은 또한 소량의 오르토클라아제 (KALSi3O8)를 포함할 수도 있습니다. 아노타이트, 알바이트 및 오르토클라아제는 사장석 최종 구성원입니다.
최종 구성원 공식은 고체 용액 광물을 구성하는 이상적인 구성 요소를 설명합니다.
그림 2.19에서 볼 수 있는 사장석 샘플은 은회색 백운모 몇 조각과 함께 클리브랜드라이트라고 불리는 다양한 사장석의 블레이드를 포함합니다. 클리브랜드라이트는 최종 구성원 알바이트에 가까운 구성을 가지고 있습니다.
혼블렌드와 같은 일부 광물은 많은 원소를 포함하고 길고 복잡한 공식을 가진 복잡한 고체 용액입니다. 사장석과 다른 장석을 포함한 다른 광물들은 구성 변화가 제한적입니다.
플루오르라이트(CaF2) 또는 석영(SiO2)과 같은 다른 광물들은 비교적 단순한 공식을 가지고 있고 이상적인 구성과 거의 다르지 않습니다.
우리는 광물을 구성하는 원소들을 크게 세 가지 범주 중 하나로 분류할 수 있습니다
: 주요 원소, 부원소, 미량원소. 주요 원소들은 광물의 기본적인 원소들입니다;
그것들은 광물의 기본적인 원자 구조와 총체적인 성질을 조절합니다. 그것들은 광물 안에 있거나 아니면 광물이 잘못 식별되었습니다.
부원소는 소량으로 존재하는 것으로, 보통 주요 원소의 대체물로 사용됩니다.
그러한 원소들은, 아마도 몇 중량%까지 영향을 미칠 수 있지만, 광물의 기본적인 원자 배열은 주요 원소 화학에 의해 제어됩니다.
광물들은 또한 미량 원소라고 불리는 매우 적은 양의 원소들을 포함하고 있습니다.
미량 원소들은 모든 광물에 있으며 특정 광물들이 어떻게, 언제, 어디에서 형성되었는지를 알아내려는 지질학자들에게 귀중한 정보를 제공합니다.
그것들은 대부분의 광물의 특성에 거의 영향을 미치지 않습니다.
이것에 대한 주목할 만한 예외는 가끔 색상입니다; 심지어 미량의 일부 원소들도 광물의 색상에 큰 영향을 미칠 수 있습니다.
광물학자들은 여러 가지 방법으로 광물 분석을 얻을 수 있습니다.
과거에는 대부분의 화학 분석이 적정과 다른 "습윤 화학" 기술에 의해 결정되었습니다.
오늘날 우리는 원자 흡수 분광 광도계와 전자 미세 프로브를 포함한 정교한 분석 도구를 사용합니다.
우리는 보통 산화물의 중량 백분율을 나열하여 분석 결과를 보고합니다. 우리가 광물 공식을 가지려면 중량 백분율 값을 몰 값으로 변환해야 합니다.
2.20 감람석의 결정
광물의 화학적 변동성의 예로 올리빈을 고려해 보겠습니다.
올리빈의 예는 위의 그림 2.20에 나와 있으며 아래 표는 서로 다른 지질 환경에서 온 여섯 개의 올리빈에 대한 분석을 나열합니다.
표의 상단 부분은 원소 중량 %로 분석한 내용을 나타내고, 중간 부분은 산화물 중량 %로 동일한 정보를 나타내고, 하단 부분은 올리빈 공식의 원자 수로 구성된 내용을 나타냅니다.
표의 세 부분은 중복됩니다. 한 쪽의 값은 정규화라고 불리는 산술 과정에 의해 다른 쪽의 값으로 변환될 수 있습니다(이 장 뒷부분에 설명됨).
대부분의 광물학자와 석유학자는 원소 중량 % 대신 산화물 중량 % 또는 원자 수(원자 수가 광물 공식으로 직접 변환되기 때문)를 고려하는 것을 선호합니다.
올리빈 분석
위의 분석에서 알 수 있듯이 Mg, Fe 및 Si는 올리빈의 주요 원소입니다.
올리빈에는 Ca, Mn, Ti 및 때로는 Ni 또는 Cr이 포함될 수 있지만 극히 드문 경우를 제외하고 이러한 원소는 미량 또는 미량 원소입니다.
이 여섯 개의 올리빈의 조성은 모두 다릅니다. 규소, 마그네슘, 철은 특히 가변적입니다.
어떻게 하면 우리가 그것들을 더 잘 이해할 수 있을까요? 정답은 위 표의 맨 아래 3분의 1에 있는 원자 번호를 사용하여 각 올리빈에 대한 공식을 작성하는 것입니다.
올리빈의 이상적인 화학량론 (원소의 비율)은 (R)2SiO4이며, 여기서 R은 보통 Fe, Mg, Mn, 또는 Ca입니다.
따라서 일반적인 공식은 (Fe,Mg,Mn,Ca)2SiO4이며, 올리빈 분석을 잘 하면 이에 가까운 공식을 만들 수 있습니다.
아래 표에 있는 6개의 올리빈 각각에 대한 공식은 – 이상에 매우 가깝습니다. 이상적인 화학량론으로부터의 명백한 편차 (예를 들어, 공식의 Si 수는 정확히 1과 같지 않음)는 대부분 올리빈 내의 다른 광물의 포함 또는 분석 오류에 기인할 수 있습니다.
표준화된 올리빈 공식
일부 광물의 화학적 치환은 많은 원소를 포함하고 복잡합니다.
올리빈에서 치환은 비교적 간단합니다.
우리는 대부분의 천연 올리빈의 조성을 포르스테라이트(Mg2SiO4), 파얄라이트(Fe2SiO4), 테프로이트(Mn2SiO4) 및 칼치오-올리빈(Ca2SiO4)이라고 불리는 최종 부재의 조합으로 설명할 수 있습니다.
올리빈과 대조적으로, 많은 광물(예를 들어, 양각형 및 운모)은 긴 공식을 가지며 구조를 대체하는 많은 원소를 가지고 있습니다. 그
러한 광물의 경우, 유용한 최종 부재를 선택하는 것은 어렵고 임의적입니다.
2.21 올리빈 조성 비교
위에서 고려한 6개의 올리빈은 포르스테라이트와 파얄라이트 외에는 거의 포함하지 않습니다. 이것은 대부분의 올리빈에 대해 일반적이며, 우리가 다른 성분을 무시하면 표의 오른쪽에 있는 두 열에서 백분율 값을 얻습니다.
각 올리빈의 Mg/(Mg+Fe) 및 Fe/(Mg+Fe)의 비율로부터 각각 % 포르스테라이트와 % 파얄라이트를 계산했습니다. 아래의 이진법(2성분) 다이어그램(그림 2.21)은 왼쪽에 순수한 포르스테라이트와 오른쪽에 순수한 파얄라이트로 고정된 선에 표시된 조성을 보여줍니다.
버마의 샘플은 거의 100% 포르스테라이트(Mg2SiO4)인 반면, 독일의 샘플은 100% 파얄라이트(Fe2SiO4)입니다. 다른 올리빈들은 그 사이에 속합니다.
원소가 서로를 대체할 수 있는 정도는 원소와 광물에 따라 다릅니다.
올리빈에서는 Fe와 Mg가 자유롭게 혼합되므로 파얄라이트와 포르스테라이트 사이의 어떤 조성도 가능합니다. 그러나 올리빈은 소량의 Ca만을 포함할 수 있으므로 자연에서는 칼치오-올리빈과 포르스테라이트 사이의 조성이 발견되지 않습니다.
대조적으로 Ca, Mg, Fe는 일부 다른 광물, 예를 들어 가넷에서 자유롭게 혼합됩니다. 천연 가넷은 최종 구성원 그로스큘러(Ca3Al2Si3O12), 알마딘(Fe3Al2Si3O12) 및 파이로페(Mg3Al2Si3O12) 사이에 임의의 조성을 가질 수 있습니다.