광물의 성질과 분류

책상 위에 비슷해 보이는 까만 광물 세 알갱이가 있다. 흑운모, 각섬석, 자철석 가운데 하나씩이라고 한다. 첫째는 손톱으로 긁히고 얇은 판으로 벗겨졌다. 둘째와 셋째는 손톱으로 긁히지 않고 유리판에 흠을 냈는데, 셋째만 자석에 달라붙었다. 저울로 재어 보니 셋째는 같은 크기의 다른 알갱이보다 훨씬 무거웠다. 세 알갱이는 각각 무엇일까? 광물의 어떤 성질들이 이름을 가려 줄까?

1.6.1여러 성질을 함께 보기

광물은 원자들이 일정한 규칙으로 배열된 고체여서, 같은 광물은 언제나 같은 물리적 성질을 보인다. 색은 불순물에 따라 쉽게 바뀌므로 믿기 어렵지만, 굳기, 쪼개짐, 조흔색, 자성, 밀도, 염산과의 반응 같은 성질은 광물마다 거의 일정하다. 굳기는 서로 긁어 보아 긁히는 쪽이 무르다. 쪼개짐은 결합이 약한 방향으로 매끈하게 갈라지는 성질이다. 조흔색은 초벌구이 자기판에 긁어 생긴 가루의 색으로, 덩어리의 색보다 일정하다. 한 가지 성질로는 비슷한 광물이 많으므로, 여러 성질을 차례로 따져 범위를 좁힌다.

예를 들어 흑운모는 원자들이 판 모양으로 쌓여 판과 판 사이의 결합이 약하므로 한 방향으로 얇게 벗겨지고, 굳기가 2.5에서 3으로 손톱에 긁힌다. 각섬석은 굳기 5에서 6이고 약 120°와 60°로 엇갈린 두 방향의 쪼개짐이 있다. 자철석은 굳기 약 6이고 자석에 붙으며, 철이 많아 밀도가 5.2 g/cm³로 크다. 처음 질문의 세 알갱이는 이 성질들로 하나씩 가려진다.¹

1.6.2안전하고 공정한 시험

또 굳기를 시험할 때는 광물의 날카로운 모서리로 유리판을 눌러 긁고, 흠이 났는지 손가락으로 문질러 확인한다. 무른 광물의 가루가 유리 위에 묻은 것을 흠으로 착각하기 쉽기 때문이다. 묽은 염산을 떨어뜨리면 방해석은 이산화 탄소 거품을 낸다. 염산은 보안경을 쓰고 한 방울만 쓰며, 시험한 뒤 물로 씻는다. 시험한 결과는 표로 정리해 광물 동정표와 비교한다.

1.6.3예제 풀이

밀어낸 물의 질량은 \(15.6 - 12.6 = 3.0\) g이므로 부피는 3.0 cm³이고, 밀도는 \(15.6/3.0 = 5.2\) g/cm³이다. 자철석의 밀도와 같고 자석에도 붙으므로 셋째는 자철석이다.

한편 둘째 알갱이는 손톱에 긁히지 않고 유리에 흠을 내 굳기가 5.5 근처이며 자석에 붙지 않는다. 각섬석과 비슷한 휘석도 같은 굳기와 색을 가지므로, 쪼개짐의 각도를 보아야 한다. 각섬석은 약 120°와 60°, 휘석은 거의 90°로 엇갈린 쪼개짐을 가진다. 즉 광물은 한 가지 성질이 아니라 굳기, 쪼개짐, 자성, 밀도, 반응을 차례로 따져 범위를 좁혀 가며 동정한다.

아래 탐구 카드에서 여러 광물의 성질을 시험해 기록하고, 동정표와 비교하여 이름을 찾아보자.

1. 모스 굳기는 1812년 독일의 모스가 정했다. 순서만 나타낸 척도여서 간격이 고르지 않아, 실제로 긁히는 정도를 재면 금강석(10)은 강옥(9)보다 네 배쯤 단단하다.