규산염광물
[ silicate minerals , 硅酸鹽鑛物 ]
- 요약
SiO4 사면체의 네 모서리 중 세 모서리를 인접하는 사면체와 결합하여 수평적으로 연결되는 구조로 이루어진 광물을 말한다.
규산염광물
기본적으로 지각을 구성하는 조암 광물 (Rock forming mineral)은 규산염광물과 비규산염 광물로 분류한다. 이 중 규산염 광물이란 SiO4 사면체의 네 모서리 중 세 모서리를 인접하는 사면체와 결합하여 수평적으로 연결되어 판상 구조로 이루어진 광물을 말한다. 지각 내에 가장 많이 분포하는 원소인 산소(O)와 규소 (Si)로 구성되어 있기 때문에 지각에 분포하는 조암광물의 대부분 (약 90 %)이 규산염광물에 속한다. 이들 중 주요한 규산염 광물들이 차지하는 양을 부피로 보면, 사장석이 약 40 %, 알칼리장석이 약 20 %, 석영이 약 18%, 각섬석과 휘석이 약 9 %, 나머지는 흑운모, 감람석 등이 차지한다.
대부분의 규산염 광물은 고용체로서, 자연상에서는 금속 양이온들 (Al3+, Fe3+, Ca2+, Mg2+, Fe2+, Na+, K+)이 팔면체판에서의 치환과 OH-과 F- 등의 음이온 치환에 의해 복잡한 조성을 갖는다. 크게는 규산염 사면체 내 Si 이온의 치환상태, 수화광물과 무수광물 (구조 내 OH-의 포함 여부), 철과 마그네슘의 관계 (모두 2가 양이온일 경우 이온 크기가 비슷)에 따라 광물구조가 달라진다. 그렇기 때문에 같은 규산염광물이더라도 다양한 조성과 그에 따른 층전하 차이에 따라 수 많은 종류로 구분되는 것이 특징이다.
규산염 광물의 기본구조
규산염 광물은 SiO44-의 음이온 부분과 금속 양이온 부분으로 구성되어 있다. 규소이온은 4배위(配位)로 그 둘레에 4개의 산소이온이 정사면체 모양으로 배치한다. 사면체판에서 인접한 사면체와 공유되지 않는 모서리는 모두 한 방향으로 배열되는데 이들 모서리에 있는 산소를 정점산소 (apical oxygen)라고 하며, 인접한 사면체와 공유되는 바닥의 산소를 저면산소(basal oxygen)이라 한다. 이러한 구성 원소와 구조는 자연상에서 안정성이 높아 다른 광물들에 비해 풍화에 강하다.
물론 규산염광물의 종류는 워낙 방대하여 분류하기가 쉽지않지만 일반적으로 결합구조에 따른 분류 방법을 가장 많이 사용한다. 규산염 광물은 SiO4 정사면체가 결정 구조의 기초를 이루며, 금속 양이온과의 결합과 배열상태에 따라 여섯 가지 구조로 분류할수 있다.
1. 층상규산염 (Sheet silicate minerals): SiO4 사면체가 3개의 산소원자와 공유하여 판상형의 층상구조를 만든다. 대부분 구조 내에 수산기 (OH)를 갖는 함수(含水) 광물이다. 사면체판과 팔면체판의 배열에 따라 1:1층형 (TO 구조), 2:1층형 (TOT구조) 으로 구분된다. 대표적인 광물로는 스멕타이트, 일라이트, 녹니석, 백운모, 흑운모 등이 있다.
2. 망상규산염 (Framework silicate minerals): SiO4 사면체가 이웃하는 사면체와 그 정점산소 원자 모두를 공유하여 복잡한 3차원의 입체구조를 만든다. 이 때 규소와 산소의 비율은 1:2이다. 규소와 산소가 모두 이어져 버리면 이론적으로 전하가 중성을 이루기 때문에 양이온이 더 이상 치환되어 들어갈 수 없어 화학식이 SiO2로 고정되어 석영이 된다. 그렇지만 자연상에서는 양이온들이 구조내로 치환되어 들어가 있는 경우가 흔하며 대표적인 광물로는 정장석, 준장석, 제올라이트 등이 있다.
3. 환상 규산염 (Ring silicate minerals): 3개, 4개 혹은 6개의 SiO4 사면체가 꼭짓점의 산소 원자를 공유하며 고리 모양을 이루고 있다. 모두 규소와 산소의 비율은 1:3이다. 주로 육각환형의 규산염 광물이 지표에서 많이 발견되며 삼각환형과 사각환형 규산염 광물들은 매우 드물게 산출된다. 대표적인 광물로는 녹주석, 근청석, 전기석, 파파고아이트, 베니토아이트 등이 있다.
4. 그물형 규산염 (Chain silicate minerals): SiO4 사면체의 2개의 사슬이 평행으로 결합한 것으로, 각각의 사슬은 1개 간격으로 상대 사슬과 1개의 산소원자를 공유한다. 규소와 산소의 비율은 4:11이다. 대표적인 광물로는 휘석, 각섬석 등이 있다.
5. 독립사면체 규산염 (Orthosilicate minerals): SiO4 사면체가 꼭짓점의 산소원자를 공유하지 않고 독립된 규산이온을 이루어져 있다. 규소와 산소의 비는 1:4가 된다. 대표적인 광물로는 감람석, 석류석, 홍주석, 지르콘, 황옥, 석류석 등이 있다.
6. 복사면체 규산염 (Disilicate minerals): SiO4 사면체가 꼭짓점의 산소원자를 공유하고 유한한 무리를 이루고 있으며 규소와 산소의 비율이 2:7이다. 이극석, 황장석, 옥염석, 베수비아나이트, 로소나이트 등이 있다.