미네랄 광물 수집 기초 상식 : 광물이란? 화학 원자 이온 주기율표 동위 원소 화학 반응 화학 결합 이온 결합

[백산]

미네랄 광물 광석 기초 상식

출처: Kimberly Schulte  소스: EK 이페어케이 플러스

단단한 흙은 광물로 만들어진 암석으로 이루어져 있습니다. 암석을 이해하려면 광물과 광물이 식별되는 방법에 익숙해져야 합니다. 이 기본 사항 페이지는 광물 식별을 위한 정보가 포함된 광물 분류 표에 사용된 용어를 이해하는 데 필요한 배경 지식을 제공합니다.

미네랄이란?
흑요석과 석탄을 제외한 모든 암석은 광물로 이루어져 있습니다. (흑요석은 유리로 만들어진 화산암이고 석탄은 유기 탄소로 만들어졌습니다.) 대부분의 암석은 특정 암석 유형의 혼합물에 여러 광물을 함유하고 있습니다. 암석을 식별할 때는 먼저 해당 암석을 구성하는 개별 광물을 식별해야 합니다. 

미네랄은 자연적으로 발생하는 무기 고체로 명확한 화학 조성과 결정 격자 구조를 가지고 있습니다. 지구상에 수천 종의 광물이 존재한다는 사실이 밝혀졌지만, 지각의 대부분을 차지하는 광물은 단 10개에 불과하다 – 플라지오클라아제, 석영, 오르토클레아제, 암피볼, 파이록센, 감람석, 방해석, 비오타이트, 석류석, 점토.

화학식(화학 원소의 종류와 비율)과 결정 격자(원자가 배열되고 결합되는 방식의 기하학)는 함께 광물의 물리적 특성을 결정합니다. 광물의 화학식과 결정 격자는 실험실에서만 결정할 수 있지만 광물을 검사하고 몇 가지 물리적 특성을 결정하면 광물을 식별할 수 있습니다. 먼저 광물의 물리적 특성과 이를 인식하는 방법을 숙지해야 합니다.

미네랄의 화학
광물의 화학을 연구하는 이유는 무엇입니까? 광물은 원자로 이루어져 있습니다. 광물로 만들어진 광물과 암석의 거동을 이해하고, 설명하고, 예측하려면 원자와 원자가 어떻게 행동하는지에 대한 몇 가지 기본 사실을 이해해야 합니다. 이를 위해서는 약간의 화학에 대한 이해가 필요합니다. 우리는 원자가 만들어지는 세 가지 아원자 입자의 관점에서 우리의 생각에서 원자를 구성하는 것으로 시작할 것입니다.

원자
원자는 양성자, 중성자, 전자로 구성됩니다. 양성자는 양전하(+)를 가지고 있습니다. 중성자는 전기적으로 중성입니다. 전자는 양성자의 전하와 정확히 같고 반대되는 음전하(-)를 가지고 있습니다. /

원자 질량의 대부분은 작은 핵에 꽉 차 있습니다. 원자핵은 양성자와 중성자로 이루어져 있습니다. 원자핵 주위의 특정 궤도에 배열된 것은 전자입니다. 전자의 질량은 양성자나 중성자의 질량에 비해 작은 질량이지만 전자는 원자 부피의 대부분을 차지합니다.

이온
중성 원자는 양성자와 같은 수의 전자를 가지고 있습니다. 전자를 잃거나 얻은 원자는 더 이상 전기적으로 중성인 원자가 아닙니다. 전기적으로 중성이 아니고 전하가 있는 이러한 유형의 원자를 이온이라고 합니다. 전자를 얻은 원자는 음전하를 띤 (-) 전하를 띤 이온 또는 음이온입니다. 전자를 잃은 원자는 양전하를 띤 (+) 이온 또는 양이온입니다. 

실제로 함께 결합된 작은 원자 그룹인 이온을 가질 수도 있습니다. 이들은 다원자 이온으로 알려져 있습니다. 다원자 이온의 한 예는 탄산염 이온(CO3)2-, 두 개의 추가 전자가 있어 순 전하가 2-입니다.

주기율표
지구에서 자연적으로 발견되는 원자는 핵에 양성자가 하나뿐인 수소에서 핵에 92개의 양성자가 있는 우라늄에 이르기까지 다양합니다. 이들은 탄소, 산소, 철 등과 같이 일반적으로 알려진 원소를 포함하는 자연적으로 발생하는 화학 원소입니다. 

주기율표는 모든 화학 원소를 나열하여 각 원소에 몇 개의 양성자가 있는지, 전자가 어떻게 배열되어 있는지, 각 원소의 일반적인 화학적 거동이 무엇인지 알려줍니다.

 
각 화학 원소는 핵의 양성자 수로 구별됩니다. 원소의 원자 번호는 원소가 얼마나 많은 양성자를 가지고 있는지 알려줍니다. 예를 들어, 산소 원소의 모든 원자는 핵에 8개의 양성자를 가지고 있습니다. 그래서 산소의 원자 번호는 8입니다. 원자핵에 양성자가 8개 이상이면 산소가 아니라 다른 화학 원소입니다. 주기율표에서 각 원소의 원자 번호는 원소의 화학 기호 위에 나열됩니다.

주기율표의 화학 원소는 그룹이라고 하는 열을 형성합니다. 그룹의 모든 원소는 유사한 화학적 거동을 가지고 있습니다. 그것은 그룹의 모든 원소가 원자에서 유사한 전자 배열을 가지고 있고 원소의 화학적 거동을 결정하는 것이 전자 배열이기 때문입니다.

동위 원소
특정 화학 원소의 원자는 원자 번호에 의해 주어진 양성자 수를 핵에 가져야합니다. 그러나 핵에 있을 수 있는 중성자의 수는 다양합니다. 화학 원소의 원자가 중성자의 수가 다를 수 있다는 사실은 각 화학 원소가 여러 동위 원소를 갖게합니다. 동위 원소는 핵에 다른 수의 중성자를 가진 주어진 화학 원소의 원자입니다.

예를 들어, 산소 원소의 모든 원자는 핵에 8개의 양성자를 가지고 있지만, 그 산소 원자는 8개, 9개 또는 10개의 중성자를 가질 수 있습니다. 핵에 있는 중성자의 수가 다르기 때문에 산소의 세 가지 동위원소를 구별할 수 있습니다. 

산소-16은 핵에 8개의 중성자가 있는 산소의 동위원소입니다. 숫자 16을 원자 질량 번호라고 합니다. 원자 질량 번호는 동위 원소의 핵에있는 양성자와 중성자의 총 수입니다. 이 정의에서 모든 산소 원자가 핵에 8개의 양성자를 가지고 있다는 것을 알면 산소-17은 9개의 중성자를 가진 산소 동위원소이고 산소-18은 10개의 중성자를 가진 산소 동위원소라고 추론할 수 있습니다. 기호로 축약되어 산소의 세 동위 원소는 다음과 같이 작성됩니다. 16O, 17O와 18O.

동위원소는 광물을 이해하는 데 그다지 중요하지 않지만, 방사성 동위원소 측정을 사용하여 암석과 광물의 나이를 측정하는 방법, 빙하기 동안 지구의 온도를 결정하기 위해 빙하 얼음 층의 산소 동위원소를 사용하는 방법 등 화학과 핵물리학을 지질학에 적용하는 방법을 이해하는 데 중요합니다.

화학 반응
미네랄은 화학 반응의 결과로 형성됩니다. 화학 반응은 주로 원자에서 전자의 배열과 재배열에 의해 주도됩니다. 광물에서 원자는 전자에서 파생되는 화학 결합에 의해 함께 유지됩니다.

전자는 원자에서 에너지 준위 또는 껍질을 차지하는 것으로 생각할 수 있습니다. 에너지가 가장 낮은 껍질은 핵에 가장 가깝습니다. 각 껍질은 제한된 수의 전자만 수용할 수 있습니다. 첫 번째 껍질은 2개의 전자를 담을 수 있고, 두 번째와 세 번째 껍질은 8개의 전자를 담을 수 있으며, 다음 두 개의 껍질은 18개의 전자를 담을 수 있습니다. 원자를 저에너지 상태에서 여기시키기 위해 원자에 에너지를 추가하지 않는 한, 원자의 전자는 원자가 사용할 수 있는 가장 낮은 에너지 껍질을 차지할 것입니다.

화학 결합
원자가 다른 원자와 상호 작용하면 다른 원자에게 전자를 얻거나 잃거나 다른 원자와 전자를 공유할 수 있습니다. 개별 원자에서 가장 안정적인 배열은 전자의 완전한 외부 껍질입니다. 따라서 원자가 다른 원자와 만나 전자 구성을 보다 안정적이고 낮은 에너지 배열로 변경할 때 화학 반응이 일어나고 원자를 서로 고정하는 화학 결합이 형성되며, 이는 일반적으로 원자에서 완전한 외부 전자 껍질을 달성하는 것을 포함합니다.

이 안정된 구성, 즉 전자의 완전한 외피는 불활성 가스에 의해 예시됩니다. 주기율표에서 불활성 가스는 오른쪽 마지막 열인 18족 또는 VIIIA의 원소입니다. 불활성 가스는 전자의 완전한 외피를 갖기 위해 화학 반응을 겪거나 다른 원자와 화학 결합을 형성할 필요가 없습니다. 불활성 가스는 이미 전자의 완전한 외부 껍질을 가지고 있습니다. 

그렇기 때문에 화학적으로 불활성입니다. 그들의 전자는 배열될 수 있는 만큼 안정적입니다. 이러한 이유로 불활성 가스는 화학 반응을 겪을 가능성이 극히 낮으며 다른 원자와 결합하는 것이 거의 불가능합니다. 액체, 고체, 분자 또는 광물을 형성하기 위해 다른 원자와 결합하지 않기 때문에 불활성 기체는 기체 상태에서 서로 분리되어 있는 원자로 구성됩니다.

다른 모든 화학 원소의 개별 원자는 중성 원자일 때 불활성 기체처럼 전자의 완전한 외부 껍질을 갖지 않습니다. 따라서 그들은 가능한 한 가장 안정적인 전자 배열을 가지고 있지 않습니다. 

그렇기 때문에 대부분의 화학 원소는 전자를 얻거나 잃거나 원자가 전자, 즉 외피의 전자의 다른 배열에 들어가는 경향이 강합니다. 화학 반응과 화학 결합은 일반적으로 원자가 원자 내부와 원자 사이에서 재배열되어 원자에 완전한 외부 전자 껍질을 제공하는 결과입니다.

원자가 하나의 전자를 잃거나 얻는 것은 두 개의 전자를 잃거나 얻는 것보다 더 적은 에너지를 필요로 하며, 이는 다시 세 번째 전자를 잃거나 얻는 것보다 더 적은 에너지를 필요로 합니다. 개별 원자가 4개의 전자를 얻거나 잃는 것은 별과 같은 극도로 높은 에너지 환경에서만 발생합니다. 

지구상의 일반적인 화학 반응과 화학 결합의 형성에서 어떤 원소도 4 개의 전자를 완전히 얻거나 잃지 않습니다. 이것은 원자 양이온의 전하를 +1, +2 또는 +3으로 제한하고 원자 음이온의 전하를 -1, -2 또는 -3으로 제한합니다.

여기까지 읽으면서 주기율표의 원소 그룹인 18족인 불활성 기체에 대해 배웠습니다. 주기율표의 또 다른 화학 원소 그룹은 알칼리 원소입니다. 알칼리 원소는 나트륨 (Na)과 칼륨 (K) 원소를 포함하여 왼쪽 열 인 그룹 1 또는 IA를 구성합니다.

수소는 주기율표에서 1족에 표시되어 있기 때문에 일반적으로 알칼리 원소로 간주되지 않습니다. 수소는 매우 가볍고 작으며 핵에 양성자가 하나뿐이므로 몇 가지 독특한 거동을 가지고 있으며 그 자체로 클래스로 간주됩니다.

알칼리 원소는 외부 전자 껍질에 단일 전자를 가지고 있습니다. 알칼리 원소가 단일 전자를 잃으면 +1 전하와 완전한 외피를 가진 이온이 됩니다. 기회가 생기면 알칼리 원소는 쉽게 +1 양이온으로 바뀝니다.

이온 결합
이제 주기율표에서 불소(F), 염소(Cl) 등의 화학 원소를 포함하는 17족 또는 VIIA족을 보십시오. 이들은 할로겐 원소입니다. 할로겐 원소가 단일 전자를 얻으면 -1 전하와 완전한 외부 전자 껍질을 가진 이온이 됩니다. 기회가 생기면 할로겐 원소는 여분의 전자를 흡수하여 -1 음이온이 되는 경향이 강한데, 그렇게 함으로써 전자의 완전한 외피를 얻을 수 있기 때문이며, 이는 가능한 가장 안정적인 전자 배열입니다.

나트륨과 염소 원자가 소금물의 증발 용액과 같은 적절한 조건에서 결합하면 각 나트륨 원자는 염소 원자에 전자를 포기합니다. 이것은 나트륨 원자를 나트륨 이온(Na)으로, 염소 원자를 염화물 이온(Cl)으로 바꾼다.+–. 반대 전하가 끌어당기므로 나트륨 이온과 염화물 이온은 이온 결합이라고 하는 것으로 결합되어 서로 달라붙는 경향이 있습니다.

나트륨과 염화물 이온은 이온 결합을 통해 서로 결합하는 경향이 매우 강할 뿐만 아니라 대부분의 상황에서 낭비되는 공간과 낭비되는 에너지가 없는 구성으로 자연스럽게 배열됩니다. 이것은 광물 할라이트의 결정 격자를 형성하도록 유도합니다. 할라이트는 화학식 NaCl, 염화나트륨을 가진 광물로, 원자 사이의 결합은 모두 이온 결합입니다.

결정 격자에 배열된 나트륨과 염화물 이온을 보여주는 할라이트 다이어그램을 보십시오. 모든 이온 결합은 같은 각도와 같은 거리에 있으므로 모두 동일한 강도를 갖습니다. 이것은 이온의 가장 낮은 에너지 배열, 가장 안정적인 배열입니다. 

이온이 다른 각도 또는 다른 거리에 배치되어 있으면 추가 에너지를 사용할 수 있습니다. 이 여분의 에너지는 여분의 에너지가 소진되고 이온이 가장 낮은 에너지 상태로 배열될 때까지 서로 동일한 각도와 거리로 이온을 구동합니다. 그렇기 때문에 원자가 현재 사용할 수 있는 가장 낮은 에너지 상태로 배열되는 자연스러운 방법으로 광물이 형성됩니다.

공유 결합(Covalent bonds)

탄소(C) 및 규소(Si)와 같은 일부 원소는 반쯤 찬 원자가 껍질을 가지고 있습니다. (원자가 껍질은 가장 반응성이 높은 전자가 있는 외부 껍질의 또 다른 이름입니다.) 탄소와 같은 원소가 4개의 전자를 얻거나 4개의 전자를 잃는다면 완전한 원자가 껍질을 갖게 됩니다. 그러나 원자가 4개의 전자를 얻거나 잃는 것은 매우 어렵습니다

– 에너지 장벽이 너무 강해집니다. 따라서 탄소와 실리콘은 몇 가지 다른 원소와 함께 외부 전자를 다른 원자와 공유하는 다른 유형의 결합을 형성하는 경향이 있으며, 다른 원자는 다시 탄소(또는 규소) 원자와 외부 전자를 공유합니다. 원자는 모두 전자의 일부 또는 전부가 이웃 원자와 공유되더라도 전자의 완전한 외부 껍질로 끝납니다. 이 전자 공유는 원자를 서로 결합시킵니다. 이러한 유형의 화학 결합을 공유 결합이라고 합니다.

공유 결합이 상대적으로 강한 것은 드문 일이 아닙니다. 극단적인 예는 다이아몬드일 수 있습니다. 다이아몬드는 탄소 원자로만 구성된 광물이므로 화학식은 단순히 C입니다. 다이아몬드 결정 격자의 각 탄소 원자는 4개의 인접한 탄소 원자와 원자가 전자를 공유하면서 공유 결합됩니다. 다이아몬드 결정은 모든 방향에서 매우 강한 공유 결합에 의해 결합되어 다이아몬드를 매우 단단한 광물로 만듭니다.

메탈릭 본드
금은 자연적으로 발생하는 다소 순수한 금인 Au의 광물을 형성하며, 이는 또 다른 유형의 결합인 금속 결합으로 결합되어 있습니다. 금과 구리와 같은 금속 원소는 다른 금속 원소와 결합할 때 인접한 원자뿐만 아니라 전체 물질에 걸쳐 전자의 일부를 공유합니다. 

그렇기 때문에 구리, 금, 알루미늄과 같은 금속 물질이 그토록 좋은 전기 전도체를 만드는데, 그 이유는 "느슨한" 전자가 금속의 전체 범위를 통해 반응하도록 하는 것이 매우 쉽기 때문입니다.

수소 결합
일부 광물에서 발생하는 또 다른 유형의 화학 결합은 수소 결합입니다. 수소 결합은 극성 분자의 양극과 음극 끝이 서로를 고정된 위치에 고정할 수 있을 만큼 충분히 강하게 끌어당겨 발생합니다. 예를 들어, 물 분자는 수소 결합을 통해 결합하여 얼음으로 알려진 광물을 형성할 수 있습니다. 물 분자에서 H2O, 각 수소 원자는 산소 원자와 공유 결합을 형성합니다. 

공유 결합을 형성하기 위해 각 수소 원자는 산소 원자와 한 쌍의 전자를 공유합니다. (이것은 분자의 모든 원자에 완전한 외부 전자 껍질을 제공합니다.) 분자에서 두 개의 수소 원자는 반대쪽 끝이 아닌 산소 원자의 한쪽 쪽으로 산소 원자에 결합됩니다.

 산소 원자는 전기 음성이기 때문에 수소 원자와 공유하는 전자 쌍은 산소의 핵 쪽으로 기울어져 있습니다. 이것은 분자의 수소 쪽에 순 양전하를 남기고 분자의 산소 끝에 순 음전하를 남겨 물 분자가 극성 분자, 양극 끝과 음의 끝을 가진 분자가 됩니다. 이러한 분자는 수소 결합을 형성할 수 있습니다.

온도가 충분히 낮으면 물 분자는 수소 결합으로 함께 유지되어 얼음을 형성할 수 있을 만큼 충분히 천천히 움직입니다. 얼음 결정에서 물 분자는 물 분자의 음의 끝이 다른 물 분자의 양의 끝을 향하도록 배열하여 수소 결합을 형성합니다. 

얼음은 결정 격자에 6면 대칭을 가진 광물입니다. 얼음 속의 물 분자 사이의 수소 결합은 상대적으로 약합니다. 그렇기 때문에 얼음은 이온 결합 또는 공유 결합으로 결합된 광물의 용융 온도에 비해 그리 높지 않은 온도에서 녹습니다.

반 데르 발스 채권
고려해야 할 또 다른 유형의 화학 결합이 있는데, 이는 일부 광물에서 발생하는 약한 유형의 결합입니다. 그것은 발견자의 이름을 따서 반 데르 발스 채권이라고 불립니다. 반 데르 발스 결합은 평행 시트 또는 평행 한 원자 라인 사이에 형성되며, 원자 시트 또는 원자 라인의 전하가 변동하고 플럭스에 반응하여 발생합니다 (예 : 원자 시트 일부의 전하가 변동하여 더 음수가 될 수 있음). 

이에 대응하여 인접한 시트가 양수로 변동할 수 있습니다. 이러한 양극과 음극 영역 사이에는 인력이 있을 것이며, 원자 시트를 함께 고정하는 경향이 있습니다. 원자 사이에서 전하가 이동하고 변동함에 따라 전기적 인력이 이동하고 변동하지만, 전기적 인력이 한 곳에 오래 머물지 않더라도 병렬 구조의 일부에서 항상 발생합니다. 그 결과 약한 결합 효과인 반 데르 발스 결합이 발생합니다.

흑연은 부분적으로 반 데르 발스 결합에 의해 함께 유지되는 광물입니다. 흑연은 공유 결합 된 탄소 원자 시트로 구성됩니다. 탄소 원자의 각 시트는 시트 전체에 걸쳐 2차원으로 강하게 결합되어 있습니다. 

그러나 3차원에서는 약한 반 데르 발스 결합만이 탄소 원자 시트를 함께 고정합니다. 흑연 시트를 서로 떼어내는 것은 연필로 종이에 쓰는 것만큼 쉽습니다. 현미경으로 보면 연필 자국이 여러 개의 작은 흑연 조각으로 이루어져 있음을 알 수 있습니다.

규산염 광물과 규산염 사면체
지구상의 미네랄은 대부분 규산염 광물입니다. 규산염 광물을 만드는 필수 성분인 규산염 광물의 구성 요소는 규산염 사면체입니다. 규산염 사면체는 중앙 실리콘 원자 주위를 돌 수 있을 만큼 가깝게 배열된 4개의 산소 원자로 구성됩니다. 

그 결과 사면체로 알려진 피라미드 모양이 형성되며, 4개의 첨단에 각각 산소 원자가 있습니다. (꼭지점은 세 모서리가 만나는 사면체의 점입니다.)

실리콘 원자 자체는 외피에 4개의 전자를 가지고 있습니다. 규산염 사면체에서 이 네 개의 전자 각각은 부착된 네 개의 산소 원자 중 하나와 공유됩니다. 차례로, 각 산소 원자는 외부 껍질에 있는 6개의 전자 중 하나를 공유합니다.

그 결과 사면체의 중심에 있는 실리콘은 사실상 8개의 전자가 들어 있는 완전한 외피를 갖게 됩니다. 이 여덟 개의 전자는 사면체의 네 개의 산소 원자와 쌍으로 공유됩니다. 

사면체의 각 산소 원자는 차례로 4개의 산소 원자에 결합된 하나의 실리콘 원자 외에는 시스템에 더 많은 것이 없는 경우 외부 껍질에 7개의 전자를 갖게 됩니다. 이것은 각 산소 원자가 전자의 완전한 외부 껍질을 갖지 못하게 할 것입니다.

그러나 산소는 강한 전기 음성 원소이므로 대부분의 상황에서 다른 원소의 전자를 핵으로 끌어당기는 힘이 있습니다. 광물에서, 규산염 사면체의 각 산소 원자는 실제로 8 개의 전자를 가질 것입니다 : 

각 산소 원자가 외부 전자 껍질에 가지고 있던 6 개의 전자, 사면체의 실리콘 원자와 공유 결합으로 한 쌍의 전자를 공유하여 얻은 전자, 그리고 광물의 다른 원자 (또는 다른 작은 원자 그룹)의 전자 하나 이상, 사면체 외부.

규산염 사면체는 많은 다른 결정 격자 배열에서 많은 공통 성분과 결합할 수 있습니다. 또한 규산염 사면체는 고리, 시트, 사슬 및 3차원 네트워크를 포함한 다양한 기하학적 배열로 다른 규산염 사면체와 결합할 수 있습니다.

왜 미네랄을 공부해야 할까요?
왜 미네랄을 공부해야 할까요? 단단한 지구는 거의 전적으로 광물로 이루어져 있기 때문에 지구를 이해하려면 광물의 성질, 광물이 형성되는 방식, 지구와 그 역사에 대한 정보의 원천으로 광물을 분석하는 방법을 이해해야 합니다. 

대부분의 암석은 전적으로 광물로 이루어져 있기 때문에 암석과 암석 순환을 깊이 이해하려면 광물을 분석, 식별 및 해석할 수 있어야 합니다.

각 광물에는 광물이 형성된 장소와 시간에 지구 안팎에 존재했던 화학, 압력 및 온도에 대한 정보가 포함되어 있습니다. 예를 들어, 다이아몬드는 순수한 탄소로 만들어진 광물로, 지각의 바닥보다 더 깊은 곳에서 발생하는 고압에서만 형성되며, 지구의 맨틀에 비정상적으로 높은 농도의 탄소가 존재하는 곳입니다. 

우리는 다이아몬드와 다이아몬드가 공존했던 다른 광물들을 분석하여, 지구 맨틀에 있는 이 특별한 장소들의 온도, 압력, 화학적 성질을 알아낼 수 있다. 따라서 다이아몬드는 지구의 탐사선 역할을 하여, 우리가 땅을 파거나 시추할 수 있는 것보다 훨씬 더 깊은 곳에서 지질학적 정보를 가져다줍니다.

미네랄은 일반적으로 광물의 초기에 형성된 부분의 표면에 부착되는 층에서 자랍니다. 광물이 환경의 화학적 성질, 압력 및 온도 변화에 따라 변하는 다양한 화학 조성을 가지고 있는 경우 광물 성장 층을 분석하여 광물이 성장한 변화하는 조건을 추적할 수 있습니다. 

예를 들어, 화산암의 장석 결정의 층을 분석하면 마그마가 식으면서 광물이 성장한 다음 화학 조성이 다른 더 뜨거운 마그마의 침입 배치와 혼합되면서 다시 가열될 수 있으며, 이는 마그마가 지구 표면으로 분출하기 직전에 발생하여 용암류로 빠르게 냉각되고 응고되었을 수 있습니다.

광물은 결정화될 때 방사성 원소를 원자 구조에 통합할 수 있으며, 방사성 원소의 붕괴 속도와 함께 결정 내부에 갇혀 있을 수 있는 안정적인 딸 생성물로의 원소 붕괴를 통해 광물의 원소 분석을 사용하여 광물의 나이를 측정할 수 있습니다. 이것은 지질학적 물질의 연대가 측정되는 방법이다.

물론 광물은 석영에서 컴퓨터용 실리콘 칩(또는 창문용 유리)을 만들기 위한 석영에서부터 콘크리트 혼합물용 시멘트를 만들기 위한 방해석, 세라믹을 만들기 위한 점토에 이르기까지 건설, 산업 및 기술에 대한 자원을 제공합니다. 도로 및 건물. 따라서 경제 지질학자로 알려진 일부 지질학자는 자원으로 가치 있는 특정 광물을 전문으로 하며 광물이 집중되고 접근 가능한 장소를 찾기 위해 지구를 탐사합니다.

에메랄드, 다이아몬드, 루비(보석) 또는 석류석(준귀중)과 같은 보석과 준보석은 모두 금과 마찬가지로 광물입니다. 그러한 광물의 아름다움과 내구성은 그 풍부함의 한계와 함께 사람들에게 가치가 있습니다. 석영과 같은 일반적인 광물조차도 일부 사람들이 수집하여 아름답거나 비정상적으로 다채로운 결정 형태로 발견되면 전시합니다.

광물의 물리적 특성은 무엇입니까?
광물의 물리적 특성은 화학적 조성(원자의 종류와 비율)과 결정 격자(원자가 배열되고 결합되는 3차원 기하학적 패턴)에 의해 제어됩니다.

석영 결정(SiO2)는 6면체이고 할라이트 결정(NaCl)은 입방체입니다. 이것은 결정 격자의 기하학 때문입니다. 석영은 유리를 긁을 만큼 단단하고 눈에 보이는 정도로 물에 녹지 않는 반면 할라이트는 유리를 긁지 않고 물에 쉽게 녹는 것도 우연이 아닙니다. 

이러한 차이는 미네랄의 화학 성분이 다르기 때문입니다. 나트륨(Na)과 염소(Cl)는 화학적 특성으로 인해 쉽게 결합을 끊고 물에 용해된 이온이 됩니다. 석영의 규소(Si)와 산소(O)는 강한 결합으로 연결되어 있어 물의 용해력에 쉽게 굴복하지 않습니다.

각 광물은 고유한 물리적 특성을 나타냅니다. 따라서 광물을 식별하는 주요 작업은 물리적 특성을 결정하는 것입니다. 우리가 고려할 물리적 특성은 색상, 광택, 줄무늬, 분열, 골절, 경도, 결정 모양 및 선택된 특수 특성입니다.

색
색상은 종종 유용하지만 의존해서는 안 됩니다. 일부 미네랄은 다양한 색상으로 제공됩니다. 예를 들어, 석영은 투명, 흰색, 회색, 갈색, 노란색, 분홍색, 빨간색 또는 주황색일 수 있습니다. 따라서 색상이 도움이 될 수 있지만 색상을 결정 속성으로 사용하지 마십시오.

광택
광택은 광물의 표면이 빛을 반사하는 방식입니다. 색상과 같은 것이 아니므로 광택과 색상을 구별하는 것이 중요합니다. 예를 들어, "반짝이는 노란색"으로 묘사되는 광물은 광택("광택")과 색상("노란색")으로 설명되며, 이는 두 가지 다른 물리적 특성입니다. 

광택의 표준 이름에는 금속, 유리, 진주, 매끄러운, 기름기 및 둔한 것이 포함됩니다. 광물에 금속 광택이 있는지 먼저 확인하는 것이 유용한 경우가 많습니다. 금속 광택은 광택이 나는 금속처럼 반짝이는 것을 의미합니다. 

예를 들어, 크롬, 강철, 티타늄, 구리 및 황동으로 된 세척된 광택 조각은 모두 다른 많은 광물과 마찬가지로 금속 광택을 나타냅니다. 비금속 광택 중 유리질이 가장 일반적이며 광물 표면이 유리처럼 빛을 반사한다는 것을 의미합니다. 

진주 광택은 가장 일반적인 유형의 광물인 장석을 식별하는 데 중요합니다. 진주 광택은 진주가 빛을 반사하는 것과 같은 방식으로 반사된 빛의 미묘한 자극 또는 색상 유희를 나타냅니다. 

비금속 광택 중 유리질이 가장 일반적이며 광물 표면이 유리처럼 빛을 반사한다는 것을 의미합니다. 진주 광택은 가장 일반적인 유형의 광물인 장석을 식별하는 데 중요합니다. 진주 광택은 진주가 빛을 반사하는 것과 같은 방식으로 반사된 빛의 미묘한 자극 또는 색상 유희를 나타냅니다. 실키(Silky)는 실크와 같은 광택으로 빛을 반사하는 것을 의미합니다. 

기름진 광택은 굳은 베이컨 기름의 광택과 비슷해 보입니다. 광택이 둔한 광물은 빛을 거의 반사하지 않습니다. 광택을 식별하려면 약간의 연습이 필요합니다. 광택과 색상을 구별하는 것을 잊지 마십시오.

행진
줄무늬는 분말로서의 광물의 색상입니다. 줄무늬 판에 미네랄을 긁고 남은 줄무늬의 색상을 확인하여 결정합니다. 줄무늬, 분말로서의 미네랄의 색상은 전체 미네랄 색상과 다를 수 있습니다.

분열
자연적으로 완벽하게 평평한 표면으로 부서지는 광물은 분열을 나타냅니다. 모든 미네랄에 분열이 있는 것은 아닙니다. 분열은 결정 격자의 약화 방향을 나타냅니다. 분열 표면은 광택이 나고 매끄럽고 균일한 것처럼 일관되게 빛을 반사하는 방식으로 구별할 수 있습니다. 

광물의 분열 특성은 분열의 수와 둘 이상의 분열인 경우 절단 사이의 각도로 설명됩니다. 분열의 수는 미네랄이 쪼개지는 수 또는 방향입니다. 광물은 서로 평행한 100개의 절단 표면을 나타낼 수 있습니다. 그것들은 표면이 모두 동일한 방향으로 향하기 때문에 단일 분열을 나타냅니다. 

광물이 가질 수 있는 가능한 절단 수는 1,2,3,4 또는 6입니다. 1개 이상의 분할이 있고 각도 측정 장치를 사용할 수 없는 경우 절단이 90°에서 교차하는지 또는 90°가 아닌지 간단히 명시하십시오.

광물 분열을 보려면 강한 빛 아래에서 광물을 들고 이리저리 움직이고 좀 더 움직여 다른 면이 빛을 반사하는 방식을 확인합니다. 분열 방향은 광물의 한 세트의 평행한 표면에 의해 반사되는 매끄럽고 반짝이며 균일하게 밝은 빛의 광택으로 나타납니다.

골절
모든 미네랄에는 균열이 있습니다. 골절은 분열 방향이 아닌 방향으로 발생하는 파손입니다. 석영과 같은 일부 광물에는 분열이 전혀 없습니다. 분열이 없는 광물을 망치로 쪼개면 사방으로 부서집니다. 

석영은 콘코이드 골절을 나타낸다고 합니다. 콘코이드 골절은 두꺼운 유리 조각이 깨진 표면의 동심원의 곡선 융기로 부서지는 방식입니다. 

그러나 일부 석영 결정은 결함이 너무 많아서 콘코이드 파괴를 나타내는 대신 단순히 불규칙한 파괴를 나타냅니다. 불규칙한 골절은 다른 골절 유형의 특성을 나타내지 않는 골절의 표준 용어입니다. 지질학 입문에서 기억해야 할 주요 균열 유형은 대부분의 광물에서 나타나는 불규칙성과 석영에서 볼 수 있는 콘코이드입니다.

경도
경도는 광물이 표면이 긁히거나 구멍이 뚫리는 것에 저항하는 강도입니다. 특수 도구 없이 손으로 시료를 채취할 때 광물 경도는 모스 경도 척도에 의해 지정됩니다. 

모스 경도 척도는 가장 부드러운 활석(모스 경도 1)에서 가장 단단한 다이아몬드(모스 경도 10)에 이르기까지 10개의 기준 광물을 기반으로 합니다. 상대적 또는 비선형 척도입니다. 경도 2.5는 광물이 석고보다 단단하고(모스 경도 2) 방해석(모스 경도 3)보다 부드럽다는 것을 의미합니다. 

두 광물의 경도를 비교하려면 어떤 광물이 다른 광물의 표면을 긁는지 확인하십시오.

크리스탈 모양
모든 광물은 결정질이지만 일부만이 결정의 모양, 결정 형태를 나타낼 수 있습니다. 입문 지질학 실험실의 많은 광물은 결정 형태를 나타내지 않습니다. 광물이 자라는 동안 공간이 있으면 광물의 내부 결정 격자의 기하학적 구조를 반영하는 결정 모양으로 천연 결정을 형성할 수 있습니다. 결정의 모양은 결정 격자의 대칭을 따릅니다. 예를 들어, 석영은 6면 결정을 형성하여 결정 격자의 육각형 대칭을 보여줍니다. 

여기서 기억해야 할 두 가지 복잡한 요소가 있습니다: (1) 광물이 자랄 때 항상 좋은 결정을 형성하는 것은 아니며, (2) 결정면은 분열면과 다릅니다. 미네랄의 성장 중에 결정면이 형성됩니다. 절단면은 광물이 파손될 때 형성됩니다.

특수 속성
소수의 광물 또는 단일 광물만 구별하는 데 도움이 되는 몇 가지 특성이 있습니다. 이러한 특수 특성의 예는 염산(5% HCl)의 약한 용액에 대한 방해석의 발포 반응입니다. 방해석은 HCl 용액이 이를 용해시키고 CO를 생성함에 따라 거품이 나거나 발포됩니다

2 기체. 방해석은 HCl에 대한 반응을 테스트하지 않고도 경도, 광택 및 분열로 쉽게 식별할 수 있습니다.

또 다른 특별한 특성은 자성입니다. 이것은 작은 자석이 광물에 반응하는지 확인하여 테스트할 수 있습니다. 강한 자성을 갖는 가장 일반적인 광물은 미네랄 마그네타이트입니다다

plagioclase 장석의 일부 샘플에서 나타나는 특별한 특성은 분열 표면에 줄무늬를 나타내는 경향입니다. 줄무늬는 완벽하게 직선이고 미세한 평행선입니다. plagioclase 절단 표면의 줄무늬를 보려면 확대가 필요할 수 있습니다. 다른 특별한 특성은 광물 대 광물 기준으로 발생할 수 있습니다.

미네랄을 식별하는 방법
첫째, 좋은 빛과 핸드 렌즈 또는 돋보기가 필요합니다. 핸드 렌즈는 배율이 8배 이상인 소형 양안 돋보기로, 일부 서점이나 자연 서점에서 구입할 수 있습니다.

광물은 이전 섹션에서 설명한 물리적 특성을 기반으로 식별됩니다. 광물을 식별하려면 자세히 관찰해야 합니다. 언뜻 보기에 방해석과 석영은 비슷해 보입니다. 둘 다 일반적으로 무색이며 유리 같은 광택이 있습니다. 그러나 다른 속성은 완전히 다릅니다. 

석영은 훨씬 더 단단하고 유리를 긁을 수 있을 만큼 단단합니다. 방해석은 부드러우며 유리를 긁지 않습니다. 석영은 광물 분열이 없으며 유리가 깨지는 것과 같은 불규칙한 방식으로 파손됩니다. 방해석은 90°가 아닌 다른 각도에서 만나는 세 개의 분열 방향을 가지고 있으므로 완벽하게 평평하고 매끄럽고 반짝이는 면을 가진 단단한 조각으로 나뉩니다.

광물을 식별할 때 다음을 수행해야 합니다.

보이는 모든 면을 자세히 살펴보면 빛을 어떻게 반사하는지 알 수 있습니다

경도를 테스트하십시오

분열 또는 골절 확인

그 광택의 이름을 지정합니다.

광물의 정체를 결정하는 데 필요한 기타 물리적 특성을 평가합니다.

이 섹션과 함께 제공되는 광물 표에서 광물은 광택과 색상에 따라 그룹화됩니다. 그들은 또한 경도와 분열 또는 골절에 따라 분류됩니다. 이러한 물리적 특성 중 몇 가지를 식별할 수 있다면 광물을 식별할 수 있습니다.

성찰 질문

이 콘텐츠가 어떤 기술을 개발하는 데 도움이 되나요?

이 콘텐츠에서 다루는 주요 주제는 무엇입니까?

이 섹션의 내용은 특정 기술을 숙달했음을 입증하는 데 어떻게 도움이 될 수 있습니까?

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기여자 및 저작자 표시
Kimberly Schulte(Columbia Basin College)의 원본 콘텐츠와 Lumen Learning의 보완 콘텐츠입니다. 이 페이지의 콘텐는 Creative Commons Attribution 4.0 International 라이선스에 따라 저작권이 있습니다.