규산염 광물의 결합 구조와 종류

핵심 정리

규산염 광물의 기본 단위는 규소 원자 하나가 산소 네 개에 둘러싸인 규산염 사면체(SiO₄)이다. 사면체는 꼭짓점의 산소를 이웃한 사면체와 공유하며 결합하고, 이 공유 방식에 따라 광물의 결합 구조가 정해진다. 사면체가 더 많은 산소를 공유할수록 결합 구조는 더 복잡해진다.

사면체는 산소를 공유하지 않는 독립 구조나 쌍, 고리로 존재할 수 있으며, 공유가 이어지면 단사슬·복사슬·판상 구조를 이룰 수 있다. 사면체가 모든 방향으로 연결되면 망상 구조가 형성된다.

공유하는 산소가 많아질수록 산소 원자 수/규소 원자 수 비는 작아지고, 규소 원자 수/산소 원자 수 비는 커진다. 따라서 규산염 광물의 결합 구조를 비교할 때는 어느 원자 수를 기준으로 한 비인지 확인해야 한다.

결합 구조는 광물의 물리적 성질과 연결된다. 사면체가 입체적으로 연결된 구조의 광물은 결합 방향에 따른 결합력 차이가 작아 쪼개짐이 나타나지 않는다. 반면 판상 구조의 광물은 층 사이의 결합이 약해 한 방향으로 잘 쪼개진다.

규산염 광물은 규산염 구조 단위를 포함하며, 산화 광물로 분류되지 않는다. 주요 구성 원소와 결합 구조를 함께 살펴보면 여러 광물을 비교할 수 있다.

자세히

규산염 광물의 결합 구조는 사면체 하나에서 시작해 산소 공유가 늘어나는 방식으로 살펴본다. 사면체 하나는 산소 네 개를 모두 자기만 가지므로 공유 산소가 없다. 이 사면체가 이웃한 사면체와 산소 한 개를 공유하면 두 사면체가 한 쌍을 이룬다. 공유가 이어져 사면체가 한 줄로 늘어서면 단사슬 구조가 된다. 단사슬 구조에서 이웃한 사면체가 공유하는 꼭짓점 산소 수는 판상 구조보다 적다.

단사슬 두 개가 나란히 결합하면 복사슬 구조가 되며, 각섬석이 대표적인 예이다. 각섬석은 SiO₄ 사면체가 이중 사슬 구조를 이룬다. 휘석은 사면체가 단사슬 구조를 이루며 망상형 구조가 아니다. 두 광물은 사슬이 한 줄인지 두 줄인지에 따라 구별한다.

사슬이 넓은 평면으로 퍼지면 판상 구조가 된다. 판상 구조의 규산염 광물은 SiO₄ 사면체가 세 개의 산소를 공유하며 층을 이룬다. 운모가 대표적이며, SiO₄ 사면체가 층상으로 연결된 판상 구조를 가진다. 백운모와 흑운모는 모두 판상 구조이며, 육각형 고리가 평면으로 이어진다.

사면체가 모든 방향으로 연결되면 3차원 골격인 망상 구조가 된다. 망상 구조의 규산염 광물은 사면체의 네 산소를 모두 공유하므로 단사슬 구조보다 사면체당 공유 산소 수가 많다. 석영이 대표적이며, 석영은 SiO₂이므로 산소 원자 수는 규소 원자 수의 두 배이다.