실험 2. 광물의 관찰

개관
방법
결과 및 토의
3D 광물 관찰 (모스굳기계)
3D 광물 관찰 (규산염광물)

개관

(1) 광물(鑛物)의 정의

광물은 일정한 화학 조성과 규칙적인 원자 배열을 갖고 있는 결정질 고상(固相)으로서 자연에서 무기적(無機的) 과정에 의해 생성된 것으로 정의한다. 광물은 그것을 이루는 원소의 종류와 원자의 배열에 따라 종류가 달라지며, 현재까지 알려진 광물은 약 4,800여 종에 이른다.

인조 금강석, 유리, 설탕 등은 인공적인 것이므로 광물로 취급하지 않으며, 수은은 액체이고 시모넬라이트 (C₁₅H₂₀)와 웨델라이트(CaC₂O₄·2H₂O) 등은 유기 화합물이지만 광물로 취급한다. 석영, 정장석, 사장석, 감람석, 휘석, 각섬석, 운모, 방해석 등 수십 종의 광물이 지각을 주로 구성하고 있는데, 모든 광물이 고르게 분포되어 있는 것은 아니다.

(2) 광물의 종류

광물은 그것을 구성하는 기본 단위인 원소의 종류에 따라 다음 표와 같이 분류할 수 있다.

원소 광물		금[Au] , 황 [S] , 금강석 [C] 등
화합물 광물	규산염 광물	사장석, 정장석, 감람석, 휘석, 각섬석, 흑운모, 석영 [SiO₂] 등
	탄산염 광물	방해석 [CaCO₃] , 능철석 [FeCO₃] , 마그네사이트 [MgCO₃] 등
	황산염 광물	석고 [CaSO₄·2H₂O] , 중정석 [BaSO₄] 등
	황화 광물	방연석 [PbS] , 황동석 [CuFeS₂] , 황철석 [FeS₂] , 진사 [HgS] 등
	산화 광물	적철석 [Fe₂O₃] , 강옥 [Al₂O₃] 등
	할로겐화 광물	암염 [NaCl] , 형석 [CaF₂] 등

(3) 광물의 성질

광물을 정확하게 분류하기 위해서는 광물의 성질을 알아야 한다. 광물의 성질은 크게 물리적 성질, 화학적 성질, 광학적 성질로 구분할 수 있다. 물리적 성질은 색, 조흔색, 광택, 쪼개짐과 깨짐, 비중, 굳기, 자성 등이다. 화학적 성질은 광물의 화학 조성과 관련된 성질이며, 광학적 성질은 빛이 광물을 통과하며 나타나는 성질이다.

광물을 감정하고 분류하는 데 이용되는 물리적 성질과 간단한 화학적 성질은 다음과 같다.

① 결정형: 광물이 성장할 때 성장에 방해를 받지 않은 경우 광물마다 독특한 외형을 나타내게 되는데, 이를 결정 형이라고 한다.


<석영-육각기둥 모양>	<정장석-두꺼운 판 모양>	<흑운모-얇은 판 모양>	<방해석-능면체 모양>

② 색: 광물이 화학 조성과 결정 구조, 불순물, 물리적 효과 등에 의해 가시광선 중 어느 파장의 빛을 흡수하느냐 또 는 반사하느냐에 따라 광물의 색이 달라진다. 순수한 광물의 색을 자색, 광물속에 포함된 불순물이나 결합 구조에 의한 색을 타색이라고 한다. 예를 들어 석영의 자색은 투명하지만, 미량의 철(Fe)에 의해 보라색, 망가니즈(Mn)에 의해 연분홍 등 타색이 나타난다.


<석영>	<황수정>	<자수정>	<장미수정>	<흑수정>

③ 조흔색: 조흔색은 광물을 초벌구이 백색 자기판인 조흔판에 긁었을 때 나타난 광물 분말의 색이다. 조흔판의 굳 기는 약 7이므로 조흔판보다 굳기가 더 큰 광물의 조흔색은 알아내기 어렵다. 조흔색은 비금속 광물보다는 색이 같거나 비슷한 금속 광물들을 구별하는 데 효과적이다.

광물	색	조흔색	광물	색	조흔색
금	황색	연한 황색	자철석	흑색	흑색
황철석	연한 황색	흑색	적철석	암흑색	적갈색
황동석	진한 황색	녹흑색	갈철석	암갈색	황갈색

④ 광택: 광택은 광물의 표면에서 반사된 빛이 우리 눈에 주는 느낌을 말한다. 금속 광택과 비금속 광택이 있으며, 이 두 가지 광택의 중간에 해당하는 것을 아금속 광택이라고 한다. 금속 광택은 불투명 광물이 보여 주는 반짝이 는 광택을 말한다. 비금속 광택은 비금속 광물에서 관찰할 수 있는 것으로, 금강 광택, 견사 광택, 유리 광택, 진 주 광택, 지방 광택, 토상 광택 등이 있다.

⑤ 투명도: 투명도는 광물에 빛이 통과되는 정도를 말하며 투명, 반투명, 불투명으로 구분된다. 투명은 광물을 통 하여 그 뒤에 있는 물체의 윤곽이 완전히 보이는 것이고, 반투명은 빛은 통과하나 그 뒤쪽에 있는 물체가 보이지 않는 경우이다. 불투명은 광물이 아무리 얇아도 빛이 통과하지 않는 경우이다.

⑥ 형광과 인광: 광물이 자외선, X선 또는 음극선에 노출되어 빛을 발하는 현상을 형광이라고 하고, 자극 에너지 를 제거한 후에도 수초 내지 수일간 발광이 계속되면 이를 인광이라고 한다.

⑦ 쪼개짐(벽개)과 깨짐: 광물이 물리적 충격을 받을 때 일정한 방향으로 갈라지는 성질을 쪼개짐, 일정한 방향 없이 불규 칙하게 깨어지는 성질을 깨짐이라고 한다. 쪼개짐은 광물을 구성하고 있는 원자들의 배열 상태, 즉 결정 구조에 따라 다르게 나타나며, 깨짐은 깨진 면의 모양에 따라 패각상, 평탄, 불평탄, 침상, 섬유상, 토상 등으로 구분된다.

⑧ 굳기(경도): 광물의 단단한 정도를 굳기라고 한다. 모스(Mohs)는 굳기가 가장 약한 것을 1, 가장 강한 것을 10 으로 하여 구분하였다. 이때 굳기는 상대적인 값이며, 모스 굳기계는 다음 표와 같다.

굳기

표준 광물

활석

(talc)

석고

(gypsum)

방해석

(calcite)

형석

(florite)

인회석

(apatite)

정장석

(orthoclase feldspar)

석영

(quartz)

황옥

(topaz)

강옥 (corundum)

금강석 (diamond)

비교 물질

종이에 긁힘

손톱(2.5)

동전(3)

쇠못(4.5)

유리(5.5)

줄칼(6.5)

⑨ 비중: 같은 부피의 4c C 물의 질량에 대한 광물의 질량비를 비중이라고 한다. 금속 광물의 경우 비중이 4 이상 인 경우가 많다.

⑩ 자성: 자석에 붙거나 철을 끌어당기는 성질이며, 자철석이 대표적으로 자성을 띠는 광물이다.

⑪ 염산 반응: 광물에 묽은 염산을 떨어뜨렸을 때 거품이 발생하는 성질로서 탄산염 광물의 특징이다.

방법

(1) 목표

광물의 물리적 성질과 화학적 성질을 이용하여 여러 가지 종류의 광물을 분류할 수 있다.

(2) 준비물

모스 굳기계 광물 표본, 조흔판, 칼, 유리, 망치, 자석, 돋보기(루페), 묽은 염산, 전자저울, 눈금실린더, 물, 각종 광물 표본(석영, 정장석, 사장석, 흑운모, 자철석, 적철석, 황철석, 황동석, 방해석 등), 보안경

(3) 과정

광물의 색을 관찰한다.
광물의 신선한 면을 밝은 곳에 놓고, 빛이 반사될 때 광택을 관찰한다.
광물을 조흔판에 그어서 조흔색을 조사한다.
광물을 통해 물체가 보이는지 투명도를 알아본다.
모스 굳기계의 광물과 손톱, 동전, 칼, 유리 등을 이용하여 광물의 굳기를 정한다.
광물에 충격을 주어 쪼개짐과 깨짐을 판단한다.
광물에 자석을 가까이 대어 광물이 끌리는지 알아본다.
비중을 측정해 본다.
묽은 염산을 떨어뜨려 반응의 유무를 판단한다.
위의 과정을 관찰한 후 광물명을 결정한다.


<조흔색>	<굳기 비교>	<쪼개짐>	<자성>	<염산 반응>

(4) 유의점

염산을 취급할 때에는 손이나 피부에 묻지 않도록 주의한다.
망치나 면도날, 유리 등을 사용할 때는 다치지 않도록 주의한다.
망치로 광물에 충격을 줄 때 광물의 파편이 눈에 들어가지 않도록 보안경을 착용한다.

결과 및 토의

(1) 관찰한 결과를 다음과 같이 표로 정리해 보자.

표본 번호	색	광택	조흔색	투명도	굳기	쪼개짐 깨짐	자성	비중	염산 반응	기타 특성	광물명

(2) 염산과 반응을 일으키는 광물은 어느 것인가? 반응을 화학식을 써서 설명해 보자.

(3) 광물을 분류할 때 이 실험에서 제시한 물리적 또는 화학적 성질을 관찰하는 방법 이외에 다른 방법이 있다면 그것들을 제시 하고 설명해 보자.

(4) 보석 광물을 감정하는 데 이용되는 광물의 물리적 성질을 조사해 보자.

3D 광물 관찰 (모스굳기계)

금강석 (diamond)

금강석은 3D가 없어요 ㅠ;

3D 광물 관찰 (규산염광물)

감람석 (olivine)

olivine by rockdoc on Sketchfab

휘석 (pyroxene)

Pyroxene andesite, Spain by Sara Carena on Sketchfab

각섬석 (amphibole)

UBC EOSC 210 Amphibole by UBC EOSC 210 on Sketchfab

흑운모 (biotite)

Biotite by Earth Sciences, University of Newcastle on Sketchfab

석영 (quartz)

Quartz crystal by Earth Sciences, University of Newcastle on Sketchfab

실험 2. 광물의 관찰

개관

(1) 광물(鑛物)의 정의

(2) 광물의 종류

(3) 광물의 성질

방법

(1) 목표

(2) 준비물

(3) 과정

(4) 유의점

결과 및 토의

3D 광물 관찰 (모스굳기계)

활석 (talc)

석고 (gypsum)

방해석 (calcite)

형석 (fluorite)

인회석 (apatite)

정장석 (orthoclase feldspar)

석영 (quartz)

황옥 (topaz)

강옥 (corundum)

금강석 (diamond)

3D 광물 관찰 (규산염광물)

감람석 (olivine)

휘석 (pyroxene)

각섬석 (amphibole)

흑운모 (biotite)

석영 (quartz)