실리카 광물

다양한 종류의 실리카 광물이 합성으로 생산되며, 이중에는 키아타이트(keatite)와 실리카라이트(silicalite)가 있다.

스티쇼바이트를 제외한 모든 실리카 광물은 중심에 있는 하나의 규소 원자둘레에 4개의 산소원자가 있는 4면체군(四面體群)으로 구성되어 있다.

각 4면체군은 다른 4면체군과 하나의 산소원자를 공유하여 3차원적 구조를 이룬다. 여러 실리카 광물 사이의 주된 차이는 4면체의 세부적인 기하학적 배열에 따라 나타나며, 이로 인해 서로 다른 결정구조를 이루게 되어 물리적 성질도 달라진다. 다소 큰 공동(空洞)을 갖고 있는 트리다이마이트와 크리스토발라이트에 비해, 석영은 4면체들이 다소 치밀하게 쌓여 있다.

쌓임의 차이는 밀도에 반영되는데, 석영·크리스토발라이트 및 트리다이마이트의 밀도는 각각 2.65, 2.32 및 2.26g/㎤이다.

실리카의 이런 3가지 동질이상은 평형조건하에서 각각의 안정영역을 갖고 있다. 그러나 한 구조에서 다른 구조로의 천이(遷移)가 느리게 일어나기 때문에, 트리다이마이트와 크리스토발라이트가 석영의 안정영역에서 발견되기도 한다.

또한 각각의 동질이상은 구조적으로만 약간 다른 고온형과 저온형을 갖고 있다. 그러므로 저압조건하에서 저온석영은 573℃까지만 안정하며, 그 이상의 온도에서는 고온석영이 안정하다. 867℃ 이상의 온도에서, 고온석영은 트리다이마이트로 천이된다. 고온-저온 천이는 4면체군의 배열이 약간 바뀌게 되면서 급속히 일어난다. 화학성분상으로 석영은 다른 원소를 미량 함유하며 일반적으로 거의 순수하다. 이에 반해 트리다이마이트와 크리스토발라이트는 다른 원소, 특히 알루미늄·나트륨·칼륨·리튬 같은 원소를 쉽게 수용할 수 있는 망상구조 내의 공동 때문에 불순물을 중량비로 약 1％까지 포함하고 있다.

석영은 지구의 지각에서 2번째로 많은 광물이며, 많은 화성암(예를 들면 화강암과 섬장암)과 열수광맥 광상에 존재한다. 석영은 저온에서 화학적·기계적으로 안정하기 때문에 쇄설성 퇴적암에서도 존재한다. 트리다이마이트와 크리스토발라이트는 유문암 같은 화산암에서 산출되며, 서서히 석영으로 전이된다.

실리카 상(相) 중에서 코에사이트와 스티쇼바이트는 석영이 운석충돌에 의해 충격을 받는 곳에서 발견되는 고압형 동질이상이지만, 코에사이트는 지구의 상부 맨틀에서 유래한 약간의 에클로자이트 포획암(包獲岩)에서도 산출된다.

스티쇼바이트는 다른 실리카 동질이상과는 달리 규소원자가 4면체 배위(配位)보다는 8면체 배위에 위치하므로 4.3g/㎤의 높은 밀도를 갖는다. 키아타이트는 고압형 동질이상으로 자연상태에서는 발견되지 않는다. 옥수는 미세한 석영 결정과 극미(極微)한 공극으로 구성된 은정질(隱晶質) 실리카이다. 멜라노플로가이트는 황(黃) 종류를 내포하기에 충분히 큰 공극구조를 갖고 있다.

리카텔리어라이트는 비정질의 실리카 유리이며, 자연상태에서는 드물게 발견된다.