지각의 화학 성분과 광물

지각의 화학 성분

 

지각은 암석으로 되어 있으며, 암석은 여러 종류의 광물의 집합체로 되어 있고 이들 광물은 다시 여러 종류의 원소의 화합물로 되어있다. 현재까지 발견된 원소의 수는 105 종이나, 1940년까지는 92종의 원소만이 알려져 있었다. 105 종의 원소 중에서 지각을 구성하는 중요한 원소는 8종이며, 이것들은 각각 지각 구성 성분의 1% 이상을 차지하므로 지각을 구성하는 8대 원소라고 한다. 이밖의 다른 원소들은 각각 1% 이하이며, 모두 합하여도 1.97%에 불과하다. 인류 생활에 사용되는 금속 원소의 대부분(Al, Fe 제외)은 그 양이 적어서 기타 0. 414% 중에 들어 있으며, 이들이 지각 한 곳에 모여 있는 곳에서만 채취가 가능하다. 

지각을 구성한 원소들의 무게 100 분율에서 산소는 45.2%로 거의 반을 차지하나 부피로 따지면 암석권의 약 92%를 차지하여 암석은 거의가 산소로 이루어져 있는 셈이다. 나머지 약 8%가 Si, Al, Fe 및 기타의 양이온으로 되어 있음에 불과하다. 이렇게 산소가 물과 암석 속에 압도적으로 많은 부피를 차지하는 것은 산소이온의 지름이 금속원소들의 그것에 비하여 크기 때문이며 조암광물에는 반드시 산소가 많이 들어 있기 때문이다. 

 

광물

광물(鑛物)은 1종 또는 그 이상의 원소의 화합물로 되어 있으며, 지각을 이루는 암석의 구성 단위이다. 광물의 종류는 3,500종에 달하나 암석 중에서 발견되는 광물의 대부분은 장석ㆍ석영 ·운모·각섬석·휘석·방해석·점토광물이고, 이 밖의 광물의 양은 대체로 희소하다. 그러나 지각의 특수한 부분인 광상(鑛床)이나 변성작용을 받은 암석 중에는 여러 종류의 광물이 생성되어 있다. 이런 곳에도 100 종류 정도의 광물이 흔히 나타난다.

 

광물의 정의

이상적인 광물의 정의는 다음과 같다. ‘자연계에서 산출되는 무기물의 단체(單體) 또는 화합물로서 그 한 개체(個體) 안에서는 어떤 부분이나 화학 성분이 일정하거나 한정된 범위 안에서 화학 성분이 변하며, 내부 구조(원자들의 배열 상태)가 일정한 고체이다.’

위에 적은 광물의 정의를 이상적인 것이라고 한 것은 엄밀한 의미에서 한 개의 광물은 어느 부분이나 화학 성분이 일정치 않고 미량의 차이가 있으며 내부 구조도 약간 다를 수가 있기 때문이다. 자연계에서 산출되는 비결정질인 무기물의 고체, 석탄과 같은 유기물의 고체, 액체인 수은과 석유(유기물), 기체인 천연가스는 광물이 아니나 넓은 의미의 광물에 넣을 수 있으며, 이들을 준광물(準鑛物:mineraloid)이라고 한다.

 

 

결정질과 결정

물질을 만드는 원소(元素)의 원자(原子)들이 일정한 관계를 가지고 질서정연하게 배열되어 있는 고체 (固體)를 결정질(結晶質:crystalline)이라고 한다. 결정질인 고체가 만들어질 때에 그 주위의 상태가 그 고체의 성장에 지장을 주지 않으면 이는 규칙적인 평면으로 둘러싸인 결정(crystal)을 이룬다. 그러므로 같은 종류의 광물은 이상적인 상태에서 그 겉모양·내부 구조·화학 성분·광(光)에 대한 성질이 일정한 결정으로 나타나게 된다. 물론 유기물이나 약품의 결정도 많으나, 이들은 광물이 아니다. 광물과 성분이 같아도 사람이 만든 것이면 이를 인조광물(人造鐵物)이라고 한다.

광물의 외형 (外形)이 결정면으로 둘러싸여 있으면, 이것을 자형 (自形:euhedral), 부분적으로만 결정면이 발달되어 있으면 반자형 (subhedral), 결정면이 나타나지 않으면 이것을 타형 (他形:anhedral)이라고 한다.

 

광물의 화학 성분

1종의 원소로 되어 있는 광물을 원소광물(素鑛物:element minerals)이라고 하며 금강석 · 자연금·자연동·흑연이 그 좋은 예이다. 그러나 대부분의 광물은 2종 이상의 원소의 화합물로 되어 있다. 석영은 SiO2, 황철석은 FeS2, 돌소금은 NaCl, 방해석은 CaCO3, 자철석은 Fe,O, 로 되어 있는 비교적 간단한 성분을 가진 비규산염광물(非珪酸鹽鐵物)들이다. 그러나 이 밖의 광물들은 Si 를 포함한 규산염광물(silicate minerals)로서 대체로 복잡한 화학 성분을 가진다. 예를 들면 정장석은 K2O·Al2O3·6SiO2, 흑운모는 K(Mg•Fe2+) AlSigO (OH)2로 되어 있다. 다만 광물의 특성을 나타내기 위하여 그 화학식의 원소, 또는 분자의 위치를 바꾸어 나타내는 경우가 있으므로 책마다 분자식이 다를 수 있음에 유의하여야 한다.