겉모양, 내부, 색

결정의 겉모양

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잘 성장한 결정의 겉모양은 특징이 있다. 결정은 각각의 면과 면이 만나서 생긴 모서리가 서로 평행한 경우도 있으나, 대개는 결정면이 서로 평행하게 마주 보며 발달한다. 결정에는 3가지의 대칭 요소가 있다. 

 

첫째, 어떤 결정을 반으로 나누었을 때 반쪽이 서로 거울에 비친 것처럼 같은 모양이라면, 나눈 면을 '대칭면'이라고 한다. 

둘째, 결정안에 상상으로 직선을 긋고 그 선을 중심으로 360° 회전시킬 경우 똑같은 모양을 거듭하여 관찰할 수 있다면, 그 직선을 '대칭축'이라고 한다. 같은 모양이 몇 번이나 나타나는가에 따라 2회, 3회, 4회, 또는 6회 대칭축이라고 한다.

셋째, 어떤 결정이 평행한 결정면의 쌍으로 완전히 둘러싸인 경우 그 결정의 중심을 '대칭심'이라고 한다.

 

7정계란?

결정은 여러 대칭 요소를 갖고 있고 대칭 요소에 따라 7정계로 구분된다. 7정계 중 등축정계가 가장 대칭을 잘 이루고 있다. 등축정계 중에서도 대칭도가 가장 높은 결정은 9개의 거울면과 12개의 대칭축, 1개의 대칭심을 갖는다. 7정계 중 삼사정계가 가장 대칭을 이루고 있지 않으며, 대칭 요소가 전혀 없는 경우도 있다.

 

결정의 내부

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결정 내부에서 원자들이 이루는 구조, 즉 원자들이 어떻게 배열하고 있고 결합하여 있는가에 따라 결정의 형태와 물리적 성질이 달라진다. 각각의 원자는 특정하게 배열하고 있고, 원자와 원자는 결합력으로 연결되어 있다. 또한, 특정한 광물의 원자들은 항상 같은 방식으로 배열하여 그 광물의 결정형을 이룬다. 결정학 연구가 본격적으로 시작된 지 얼마 안 되어, 1784년에 아베 오이는 결정 내부의 원자들이 규칙적인 배열을 하고 있음을 알아냈다.

 

1808년에 돌턴은, 물질은 원자라고 부르는 작은 입자들의 집합체라는 이론을 세웠다. 1895년에는 뢴트겐이 X(엑스) 선을 발견하였고, 1912년에는 폰 라우에가 X선으로 고체 내부의 원자 배열을 측정할 수 있음을 밝혔다. 이러한 사실과 사건은 우리가 결정의 내부를 이해하는 데 출발점이 되었다.

 

 

흑연 

흑연 속의 탄소 원자는 6각형으로 배열하여 층을 이루고, 이 층들은 서로 일정한 간격으로 연결되어 있다. 이 층들 사이의 결합력은 매우 약하여 외부에서 압력을 받으면 쉽게 미끄러진다. 그래서 흑연은 약한 광물에 속한다.

 

다이아몬드 

다이아몬드에서 탄소 원자는 이웃해 있는 4개의 탄소에 의해 강하고 빽빽하게 결합되어 있다. 따라서 다이아몬드는 흑연보다 강도가 훨씬 크다.

 

결정의 색

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색은 눈에 잘 띄는 결정의 특성 중 하나이다. 많은 광물은 여러 가지 색을 띠고 있으며, 색을 띠는 요인 또한 여러 가지이다. 우리가 관찰하는 광물의 독특한 색은 빛이 우리의 눈에 다르게 반응하기 때문에 생긴 것이다. 백생광(햇빛)을 광물 표면에 비춰 보면 파장의 일부는 흡수되고 남은 일부는 반사된다. 이때, 흡수되고 남은 파장의 빛은 백색이 아닌 다른 색으로 나타난다. 왜냐하면 백색광을 이루고 있던 파장의 일부가 없어졌기 때문이다. 백색광이 결정에 흡수되었다가 아무런 변화 없이 다시 방출되면 그 광물은 무색으로 보인다.

 

 

투명 광물과 불투명 광물

빛을 완전히 통과시키는 광물을 투명 광물이라 하고, 빛의 일부만을 통과시키는 것을 반투명 광물, 빛을 전혀 통과시키지 못하는 것은 불투명 광물이라 한다. 대부분의 보석용 원석은 투명하며, 유색과 무색이 있다.

 

자색 광물

어떤 광물은 항상 고유의 색을 가지는데, 이것은 그 결정 구조 속의 어떤 부분이 일정한 파장의 빛을 흡수하는 원자로 이루어져 있기 때문이다. 이러한 광물은 자색 광물이라 한다. 예를 들면, 구리 광물은 그 안에 들어 있는 구리의 특성 때문에 언제나 적색, 녹색, 또는 청색을 띤다.

 

타색 광물

대부분의 광물은 그 원자 구조 속의 불순물이나 빛을 흡수하는 구조의 결함으로 색을 띠는데, 이 색은 변화의 폭이 넓다. 예를 들면 석영, 금강석, 녹주석, 강옥 등의 광물은 각각 적색, 녹색, 황색, 청색으로 변하는 경우가 있다. 이런 광물은 타색 광물이라고 한다.

 

변채

어떤 광물은 기름막이나 비누 방울의 표면에서 관찰할 수 있는 것과 같은 알록달록한 색을 띠는데 이러한 색을 변채라 한다. 이런 현상은 빛이 결정 속의 쌍정이나 벽개면과 같은 물리적 구조, 또는 결정의 성장기에 생긴 얇은 막에 의하여 영향을 받을 때 일어난다. 또 아주 작은 크기의 포유물이 판 모양으로 함께 성장해 연정을 이루는 경우에도 이러한 빛의 간섭을 일어난다.