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보석 결정학에 대한 모든 것을 한 번에 알아보는 시간
결정학 형태, 유형, 분류 및 차이점에 대한 포괄적인 가이드북
지구는 무수히 많은 분자와 원자로 구성되어 있습니다. 현대 과학 연구에 따르면 자연의 고체 물질은 서로 다른 화학 원소로 구성되어 있습니다. X-선 분석 결과에 따르면 특정 고체 물질의 원소 속 원자들은 서로 깔끔하고 규칙적으로 배열되어 있습니다. 이러한 물질은 결정으로 분류되거나 결정이라고 하며, 질서 정연한 원자 격자를 결정 구조라고 합니다(그림 2-1-1).
자연과 실험실에서 자라는 대부분의 보석 재료는 결정체입니다. 이 장에서는 결정의 개념, 결정의 분류, 결정과 보석학의 기본 용어와의 관계에 대해 설명합니다.
목차
섹션 Ⅰ크리스탈의 개념과 설명
보석이라고 하면 흔히 반짝이고 반투명한 특성을 떠올리곤 합니다(그림 2-1-2). 지질학자와 보석학자의 관점에서 볼 때, 가장 사랑받는 보석은 기하학적인 형태의 고체 결정에 속합니다. 결정의 아름다움의 본질은 사실 기하학의 아름다움입니다.
1. 크리스탈의 개념
결정은 가장 쉽게 연상되고 자연에서 가장 흔히 볼 수 있는 형태입니다. 결정은 지구의 7대륙에서 모두 발견되며, 자연에서 발견되는 경우 기하학적 다면체의 형태를 띠는 경우가 많습니다(그림 2-1-3). 이를 일반적으로 결정이라고 합니다. 나중에 이 용어는 다이아몬드 및 아쿠아마린 결정과 같이 기하학적 다면체 형태를 가진 자연 발생 고체 물질을 지칭하는 것으로 확장되었습니다(그림 2-1-4). 결정은 표면이 불규칙하거나, 고르지 않거나, 닳거나, 깨지거나, 인위적으로 가공되었지만 원자 배열이 규칙적인 패턴을 따르는 고체 물질도 설명할 수 있습니다. 결정학자들은 모든 결정이 자기 제한성, 균일성, 이방성, 대칭성, 안정성, 고정 융점이라는 6가지 기본 특성을 가지고 있다고 생각합니다.
자기 제한은 화학 원소가 기하학적 다면체 모양을 자발적으로 형성하는 성질을 말합니다. 이 속성은 원소마다 다른 결정 기하학적 모양을 갖는 이유를 설명할 수 있습니다.
균일성은 모든 결정 부분의 물리적, 화학적 특성이 동일하다는 특성을 말합니다. 이 속성은 서로 다른 광물 결정을 구별하고 식별하는 데 도움이 될 수 있습니다.
이방성은 원소의 배열이 방향에 따라 달라져 방향에 따라 물리적 성질이 조금씩 달라지는 특성을 말합니다. 이 성질은 최고 경도의 다이아몬드를 절단하고 연마할 수 있는 이유를 설명할 수 있습니다.
대칭은 결정에서 동일한 부분이나 성질이 규칙적인 패턴으로 반복되는 성질을 말합니다. 이 속성은 크리스탈에 매우 중요하고 특별한 속성으로, 이 장의 두 번째 섹션에서 자세히 설명합니다.
안정성은 결정의 최소 내부 에너지로 인한 결정의 안정성을 말합니다. 결정의 내부 에너지가 높고 불균일하면 스스로 균열이 생기기 쉽습니다. 이 특성은 화염 융합 기술로 합성한 루비 결정이 항상 완전하지 않고 반쪽처럼 보이는 이유를 설명할 수 있습니다.
고정 융점이란 결정이 녹는점이 고정되어 있는 성질을 말합니다.
그림 2-1-3 가넷(왼쪽은 크리스탈, 오른쪽은 폴리싱 처리된 가넷)
그림 2-1-4 아쿠아마린 크리스탈
2. 이상적인 형태의 크리스탈
결정학에서 논의되는 결정은 주로 이상적인 단결정입니다. 이상적인 단결정은 내부 구조가 공간 격자의 규칙을 엄격하게 따르고 그 모양이 규칙적인 기하학적 결합 형태인 결정으로 정의됩니다. 이상적인 단결정의 형태는 단순 형태와 결합 형태의 두 가지 유형으로 나뉩니다.
(1) 간단한 양식
단순 형태는 대칭 요소로 연결된 결정면 그룹의 조합을 말하며, 이상적인 상태의 동일한 모양과 크기의 결정면으로 구성된 기하학적 몸체라고 이해할 수 있습니다(그림 2-1-5). 결정에는 47가지의 단순한 형태가 있습니다.
단순한 형태를 식별하는 핵심 포인트는 크리스탈의 모든 결정면이 동일한 모양과 크기를 가지며 결정면의 방향이 서로 다를 수 있다는 점입니다.
(2) 결합 양식
단순 형태의 집합을 결합 형태라고 하며, 두 개 이상의 서로 다른 단순 형태로 구성됩니다. 모든 단순 형태를 자유롭게 결합 형태로 결합할 수 있는 것은 아니며, 동일한 점 그룹을 가진 단순 형태만 결합할 수 있습니다(그림 2-1-6~2-1-8).
그림 2-1-6 사면체 프리즘과 사면체 디피라미드 결합하기
그림 2-1-7 큐브와 마름모꼴 십면체에서 결합하기
결합 형태 식별의 핵심은 결정에 서로 다른 모양의 결정면이 두 개 이상 존재하는 것입니다.
자연에서 단결정이 발견되면 단결정의 이상적인 형태(그림 2-1-9)와는 항상 큰 차이가 있는데, 이를 왜곡된 결정이라고 하는 결정면의 모양과 크기가 반드시 같지 않거나 결정면이 사라지는 등의 현상이 있습니다.
왜곡된 결정은 성장 환경의 영향을 받아 자연에서 생성되는 실제 결정이라고도 할 수 있습니다. 이상적인 결정에서 고정된 각도로 반복되는 여러 결정면은 반드시 동일한 모양과 크기가 아닐 수도 있습니다. 하지만 동일한 유형의 결정의 경우 동일한 단형의 결정면은 동일한 패턴과 물리적 특성을 가져야 합니다. 해당 결정면 사이의 각도는 변하지 않으며 결정 자체의 고유한 대칭성을 반영합니다. 현실에서 발견되는 결정은 다양한 정도로 왜곡되어 있습니다.
쌍둥이 결정은 성장 환경의 영향을 받아 자연에서 생성되는 실제 결정이라고도 할 수 있습니다. 이상적인 결정에서 고정된 각도로 반복되는 여러 결정면은 반드시 같은 모양과 크기가 아닐 수도 있습니다. 하지만 동일한 유형의 결정이라면 동일한 형태의 면은 동일한 패턴과 물리적 특성을 가져야 합니다. 해당 결정면 사이의 각도는 결정 자체의 고유한 대칭성을 반영하여 변하지 않습니다. 현실에서 발견되는 결정은 정도의 차이는 있지만 모두 쌍으로 이루어져 있습니다.
3. 결정의 결정화 습관
자연에서 형성된 결정은 결코 완벽한 모양을 가질 수 없습니다. 암석 층의 틈새에서 암석으로 둘러싸여 자라면 결정의 자연스러운 모양이 왜곡됩니다. 실험실에서 배양한 결정도 중력의 영향으로 인해 변형됩니다. 국제우주정거장의 무중력 상태에서만 과학자들이 원하는 완벽한 모양의 크리스탈을 배양할 수 있습니다.
결정의 모양은 불완전하지만, 각 유형의 광물 결정은 서로 다른 방식이나 습관으로 성장하거나 서로 뭉치는 경향이 있습니다.
각 광물은 특정 조건에서 형성되는 경향이 있으며, 그 습성은 형성 조건을 반영합니다. 석영과 같은 일부 광물은 형성 조건이 복잡하고 다양합니다. 따라서 석영도 여러 가지 습성을 가지고 있습니다.
일반적으로 결정 습성이란 특정 결정이 특정 외부 조건에서 특정 모양을 형성하는 경향을 나타내는 특성을 말합니다. 때로는 해당 결정의 단순한 형태의 일반적인 유형을 의미하기도 합니다.
3차원 공간에서 결정의 발달 정도에 따라 결정 습관은 세 가지 기본 유형으로 나뉩니다.
(1) Uni-방향성 확장
결정은 한 방향으로 뻗어 있으며 원주형, 침상형, 섬유질 형태 등으로 나타납니다. 베릴, 전기석, 혼블렌드, 말라카이트와 같은 광물은 종종 이러한 습성을 보입니다(그림 2-1-10~그림 2-1-11).
그림 2-1-10 원주형 아쿠아마린(상단)과 결정 습성 다이어그램(하단)
그림 2-1-11 섬유질 말라카이트(상단) 및 결정 습성 다이어그램(하단)
(2) Bi-방향성 확장
울프라마이트, 운모, 플럼바고, 탄자나이트와 같은 광물은 종종 이러한 습성을 나타내므로 결정이 평면으로 확장되어 판 모양, 시트 모양, 비늘 모양 등으로 나타납니다(그림 2-1-12).
(3) 트라이-방향성 아이소메트릭
결정은 세 방향으로 균일하게 발달하여 스피넬, 가넷, 다이아몬드, 황철광, 형석과 같은 등척성, 입상 형태를 나타내며 종종 이러한 습성을 보입니다(그림 2-1-13, 2-1-14).
그림 2-1-12 탄자나이트의 판상형 결정 습성(위)과 결정 습성 다이어그램(아래)
그림 2-1-13 보석 스피넬의 팔면체 결정 습성(위)과 결정 습성 다이어그램(아래)
또한 짧은 기둥형, 판형 기둥형, 스트립형, 두꺼운 판형과 같은 과도기적 유형이 있습니다.
결정의 화학적 구성과 구조는 주로 결정 습관을 결정합니다. 또한 다이아몬드와 합성 다이아몬드 결정의 결정 모양 차이와 같이 결정 형성 중 외부 조건(온도, 압력, 농도, 점도, 불순물 등)과도 밀접한 관련이 있습니다.
4. 크리스탈의 규칙적인 응집
자연에서는 개별 결정(그림 2-1-15)과 두 개 이상의 단결정이 함께 성장하여 전체를 형성하는 것을 볼 수 있습니다. 이렇게 여러 개의 결정이 함께 성장하는 현상을 결정 응집이라고 합니다. 결정 응집은 불규칙한 유형과 규칙적인 유형으로 분류할 수 있습니다. 불규칙한 결정 응집은 집합으로 이해할 수 있으며, 3장에서 자세히 설명합니다. 규칙적인 결정 응집에는 평행 응집, 이결정, 과성장 및 상호 성장의 네 가지 일반적인 유형이 있습니다(그림 2-1-16~2-1-18). 이 섹션에서는 주로 이결정으로 알려진 규칙적인 응집 유형에 대해 설명합니다.
그림 2-1-15 단결정(토르말린)
그림 2-1-16 평행 응집(동일한 유형의 여러 결정이 공간에서 평행하게 성장하는 것을 평행 응집이라고 합니다. 이때 성장한 결정의 해당 결정면과 가장자리는 모두 서로 평행합니다.)
그림 2-1-17 트윈 크리스탈(스피넬)
그림 2-1-18 과성장(특정 결정이 다른 결정의 표면에서 특정 결정학적 방향으로 성장하는 것으로, 에피택셜 성장이라고도 함)
이결정이란 특정 대칭 규칙에 따라 두 개 이상의 동일한 결정이 규칙적으로 모여 있는 것을 말합니다. (쌍축, 쌍면) 인접한 두 개체의 해당 면, 모서리, 각도가 완전히 평행하지 않습니다. 하지만 회전 및 회전 반전과 같은 대칭 연산을 통해 서로를 반영하여 두 개체가 일치하거나 정렬될 수 있습니다.
4.1 이결정 식별을 위한 핵심 포인트
쌍둥이 결정에서 볼 수 있는 오목한 각도(그림 2-1-19).
스타일로라이트: 스타일로라이트 양쪽의 결정 표면의 미세 형태 및 기타 특성은 불연속적입니다(그림 2-1-20).
그림 2 - 1-19 트윈의 오목 각도
그림 2-1-20 스타일라이트(그림의 다른 색상은 서로 다른 크리스탈을 나타내며, 빨간색 선은 트윈 스타일라이트를 나타냅니다)
트위닝 스트라이프: 결정면 또는 절단면은 미세한 쌍둥이 줄무늬를 보입니다(그림 2-1-21).
에칭 그림: 에칭 그림의 모양은 트위닝이 있음을 나타냅니다(그림 2-1-22).
그림 2-1-21 다합성 쌍둥이의 개략도
그림 2-1-22 역삼각형 구덩이가 있는 스피넬의 표면.
의사 대칭의 출현: 결정 단결정의 고유한 점 그룹과 일치하지 않는 대칭 관계의 출현(그림 2-1-23~그림 2-1-24).
그림 2-1-23 크리소베릴 단결정
그림 2-1-24 크리소베릴의 무릎 모양 쌍둥이
트윈은 적층 특성에 따라 접촉 트윈(그림 2-1-25~그림 2-1-26), 다합성 트윈(그림 2-1-27), 상호 침투 트윈(그림 2-1-28), 삼중 결정(그림 2-1-29), 복합 트윈의 다섯 가지 유형으로 구분되며, 이 중 처음 네 가지 유형이 일반적입니다.
그림 2-1-26 스피넬의 접점 트위닝(상단)과 그 회로도(하단)
그림 2-1-27 래브라도라이트의 다합성 쌍둥이(위)와 그 개략도(아래)
그림 2-1-28 장석 쌍둥이 결정(위)과 다른 유형의 상호 관통하는 쌍둥이 결정의 개략도(아래)
그림 2-1-29 크리소베릴의 삼각형 트위닝(위)과 그 개략도(아래)
4.2 이중 결정의 형성
결정이 성장하는 동안 형성되며, 쌍둥이 결정 세균 또는 쌍둥이의 위치에 따라 의존적으로 성장하는 작은 결정에서 발생할 수 있습니다.
α 석영이 β 석영으로 변형되어 쌍둥이를 형성하는 경우와 같이 이형성 변환 과정에서 형성됩니다.
기계적 작용에 의해 형성되며, 결정의 일부가 특정 방향면을 따라 미끄러져 방해석의 쌍둥이와 같은 변형 쌍둥이를 형성합니다.
5. 크리스탈 얼굴 패턴
자연에서 발견되는 결정은 종종 불완전한 모양(그림 2-1-30)과 특별한 표면 패턴을 가지고 있습니다. 때로는 함께 모여 군집을 이루기도 하는데(그림 2-1-31), 이는 큐브나 육각 프리즘과 같이 우리에게 익숙한 표준 기하학적 다면체와 상당한 차이를 보이는 경우가 많습니다. 이러한 현상을 결정의 실제 형태라고 합니다. 결정의 실제 형태는 왜곡된 결정, 볼록한 결정, 곡선 결정, 부유 결정, 결정면 줄무늬, 에칭 도형, 쌍둥이 줄무늬 등과 같이 결정학에서 세부적으로 분류합니다.
그림 2-1-30 루비 크리스탈
그림 2-1-31 황철석 결정(왼쪽은 여러 개의 황철석 결정이 함께 자라는 모습, 오른쪽은 단일 황철석 결정)
이 섹션에서는 주로 실제 크리스탈 형태의 크리스탈 면 패턴에 대해 설명합니다.
이론적으로 결정면은 매끄럽고 평평합니다. 하지만 실제 결정이 성장하거나 용해되는 동안 표면에 약간 고르지 않은 규칙적인 패턴이 남는 경우가 많으며, 이를 일반적으로 결정면 패턴이라고 합니다. 크리스탈 면 패턴에는 성장 줄무늬, 성장 층, 나선형 패턴, 성장 언덕 및 에칭 그림이 포함됩니다. 이 책에서 설명하는 결정면 패턴은 주로 육안으로 또는 저배율 조건에서 관찰할 수 있는 결정면 줄무늬와 에칭 피규어를 말합니다.
크리스탈 표면 줄무늬는 서로 다른 단일 형태의 반복적인 수렴과 번갈아 성장으로 인해 크리스탈 표면에 나타나는 일련의 평행한 직선을 말합니다. "결합 줄무늬"라고도 하는 이 줄무늬는 크리스탈 표면에서만 볼 수 있으며 성장 줄무늬라고도 합니다. 예를 들어, 석영의 육각 프리즘 결정면은 종종 육각 프리즘과 마름모꼴 십면체 미세 결정면이 교대로 발전하여 집합 가로 줄무늬로 나타납니다(그림 2-1-32).
에칭 피규어는 결정이 형성된 후 부식으로 인해 결정면에 남아있는 특정 모양의 구덩이(즉, 에칭 피트)를 나타냅니다. 에칭 피트는 결정면 내의 원소 입자 배열에 의해 제어됩니다. 따라서 에칭 피규어의 모양과 방향은 서로 다른 광물 및 동일한 결정의 단일 형태에 따라 다릅니다. 예를 들어, 다이아몬드 결정의 다양한 단일 형태에서 에칭 형상은 팔면체 결정(그림 2-1-33)에서는 삼각형 피트, 입방면에서는 사변형 피트, 겹치는 사변형 피트는 격자형 패턴, 마름모꼴 십면체에서는 선 패턴 또는 미세한 원반형 패턴을 볼 수 있습니다(그림 2-1-34).
그림 2-1-33 다이아몬드 팔면체 결정에 보이는 역삼각형 구덩이
그림 2-1-34 다이아몬드 모양의 이면체 결정에 보이는 선형 패턴 텍스처
동일한 형태의 동일한 결정면의 에칭 수치만 동일할 수 있으므로 에칭 수치는 종종 광물을 식별하고 결정면이 동일한 단일 형태에 속하는지 여부를 결정하는 데 사용됩니다(그림 2-1-35~그림 2-1-42).
그림 2-1-35 형석 크리스탈 상감 목재 바닥 스타일 줄무늬
그림 2-1-36 루비의 자연스러운 삼각형 에칭 그림(루비의 일반적인 가로 줄무늬, 마름모꼴 방향에 평행한 성장선, 삼각형 또는 육각형 모양의 자연스러운 에칭)
그림 2-1-37 토르말린의 표면 세로 줄무늬
그림 2-1-38 크리스탈 표면의 가로 줄무늬
그림 2-1-39 크리스탈 표면의 에칭 그림
그림 2-1-40 토파즈 표면 세로 줄무늬
그림 2-1-41 토파즈 결정의 지형 이미지
그림 2-1-42 스피넬의 에칭 수치
섹션 II 47가지 결정 형태
결정학에는 146개의 서로 다른 단일 형태가 있으며, 독립적으로 존재할 때 기하학적 모양에 따라 47개의 기하학적 형태로 분류할 수 있습니다. 이러한 기하학적 형태는 다음과 같은 방식으로 명명됩니다:
삼각형 프리즘, 사각형 프리즘, 육각형 프리즘, 마름모꼴 바이피라미드 등 단면 모양의 특징에 따라 명명된 이름입니다.
원통, 이중 원뿔, 큐브 등 단일 형태의 모양에 따라 명명합니다.
단일면, 팔면체 등 기하학적 면의 수에 따라 이름이 지정됩니다.
마름모면체, 오면체 등 기하학적 면의 모양에 따라 이름을 붙입니다.
결정학에서 단일 형태는 일반 형태와 특수 형태, 닫힌 형태와 열린 형태, 규칙 형태와 불규칙 형태, 왼손 형태와 오른손 형태의 네 가지 범주로 나뉩니다. 이 장에서는 닫힌 형태와 열린 형태에 대해 간략하게 설명합니다.
닫힌 형태는 결정면이 닫힌 공간을 둘러쌀 수 있는 형태를 말하며, 다면체 클래스, 스큐 다면체 클래스, 바이피라미드 클래스의 세 가지 주요 카테고리로 나뉘며 총 30가지 종류가 있습니다. 각 범주에는 더 세부적인 분류가 있는데, 예를 들어 다면체 클래스는 사면체 클래스, 팔면체 클래스, 입방체 클래스 등으로 세분화됩니다(그림 2-1-43~2-1-48).
그림 2-1-43 테트라헤드론 클래스
그림 2-1-44 0육면체 클래스
그림 2-1-45 입방체 및 십면체 클래스
그림 2-1-46 기타 다면체 유형
그림 2-1-47 비스듬한 결합 양식 클래스
그림 2-1-48 이중 피라미드 클래스
개방형은 결정면이 폐쇄된 공간을 둘러싸지 못하는 형태를 말하며, 크게 단면, 이중면, 기둥형, 단일 피라미드형 등 4가지로 나뉘며 총 17가지 유형이 있습니다(그림 2-1-49 및 2-1-51).
그림 2-1-49 단면 및 양면
그림 2-1-50 열
섹션 III 크리스탈의 분류
1. 결정의 대칭
대칭은 실제 결정과 가공되지 않은 보석 재료를 연구할 때 사용되는 추상적인 개념입니다. 대칭은 결정 구조를 통과하는 방향이나 평면을 기준으로 할 때 나타나는 반복을 설명합니다. 이것은 결정의 분류를 위한 기초입니다.
결정의 대칭은 미시적 관점에서 결정 구조의 반복성을 설명하는 방법으로, 거시적 관점에서 특정 규칙에 따라 모양과 크기는 같지만 방향이 다를 수 있는 두 개 이상의 기하학적 면이 반복되는 것으로 이해할 수 있습니다. 이러한 반복 패턴은 대칭 축과 대칭 평면을 사용하여 설명할 수 있으며, 각 대칭 축 또는 대칭 평면을 대칭 요소라고 합니다. 물체의 대칭을 관찰하거나 추론할 때 이 작업을 대칭에 대한 연산을 수행하는 것으로 설명합니다.
2. 결정의 대칭 요소
결정학에는 대칭축, 대칭면, 역대칭 대칭축, 대칭 중심이라는 네 가지 대칭 요소가 있습니다. 여기에는 대칭축과 대칭면이라는 두 가지 대칭 요소가 포함됩니다.
2.1 대칭 축
(1) 대칭축의 개념과 표기법.
대칭축은 격자 구조를 이 가상의 선을 중심으로 360° 회전했을 때 기본 레벨(그림 2-2-1~그림 2-2-2)이 같은 위치에 나타나는 횟수를 나타내는 가상의 직선으로, 대칭축을 중심으로 격자 구조가 회전합니다. 이 숫자는 4가지 경우에 2, 3, 4 또는 6번만 가능합니다. 또한 기하학적 몸체의 중심을 통과하는 가상의 선으로 이 선을 따라 기하학적 몸체를 360° 회전하는 것으로 이해할 수도 있습니다. 특정 각도로 회전한 후의 도형의 모양이 초기 0도에서의 도형의 모양과 일치한다고 가정해 보겠습니다. 이 경우 이 가상의 선을 대칭축이라고 합니다.
그림 2-2-1 단일 양식의 기본 레벨 선택.
단일 형태의 기본 수준은 단면을 구성하는 가장 작은 반복 평면입니다. 그림의 왼쪽 위는 한 종류의 면으로 구성된 닫힌 도형인 마름모 십면체를 보여줍니다. 가장 작은 반복 평면은 오른쪽 상단에 표시된 마름모이므로 마름모십이면체의 기본 레벨은 마름모입니다. 그림의 왼쪽 아래는 한 종류의 면으로 구성된 닫힌 도형인 사변형 팔면체를 보여줍니다. 가장 작은 반복 평면은 오른쪽 하단에 표시된 사변면체이므로 사변면체 팔면체의 기저면은 사변면체입니다.
그림 2-2-2 폴리토프의 기본 레벨 선택.
여러 개의 단순한 형태의 집합이 결합 형태를 형성하고, 결합 형태의 기본 수준을 선택하는 것은 결합 형태를 형성하기 위해 결합하는 단일 형태의 판단입니다. 그림의 왼쪽에서 첫 번째 열은 결합형(십이면체와 사면체의 단일 형태가 모여서 형성됨)을 나타내며, 이 도형은 두 종류의 면으로 구성된 닫힌 도형입니다. 육각형은 두 번째 열의 최소 반복 평면을 나타내고, 오른쪽의 마름모는 세 번째 열의 최소 반복 평면을 나타냅니다. 따라서 첫 번째 열의 결합 형태의 기본 레벨은 육각형 또는 마름모 중 하나입니다. 대칭 축을 계산할 때 대칭 기록을 위한 기본 레벨로 하나의 도형만 선택할 수 있습니다.
대칭 축은 대문자 L로 표시되며, 축의 순서는 다음과 같습니다. n 의 오른쪽 상단 모서리에 Lⁿ로 표기합니다. 예를 들어 2배축은 L², 3배축은 L³, 4배축은 L⁴, 6배축은 L⁶로 표시됩니다. L⁶, L⁴, L³는 습관적으로 상위의 축이라고 합니다.
결정은 서로 다른 방향의 대칭 축을 가질 수 있으며, 이러한 일치하지 않는 대칭 축의 수는 일반적으로 L의 왼쪽에 적습니다. 예를 들어, 6개의 2차 축은 6L²(그림 2-2-3~그림 2-2-9), 3개의 3차 축은 3L³(그림 2-2-10~그림 2-2-14), 4개의 3차 축은 4L³(그림 2-2-15~그림 2-2-18), 하나의 육각 축은 L⁶(그림 2-2-19)로 표현됩니다.
결정에 대칭축이 여러 개 있는 경우, 기록 방법은 왼쪽에서 오른쪽으로 내림차순으로 대칭축을 배열하고 해당 축의 왼쪽에 대칭축의 수를 적습니다(예: L⁶6L², 3L⁴4L³6L²).
그림 2-2-3 큐브의 보조 축
그림의 왼쪽은 큐브의 펼쳐진 모습을 보여 주며, 빨간색 점은 가상 선과 가장자리의 교차점을 나타냅니다. 그림의 오른쪽은 닫힌 정육면체를 보여 주며, 보조 축은 평행한 가장자리 선의 중간점, 평행한 직사각형 면의 중간점 또는 직사각형과 유사한 세 개 이상의 평행한 면의 교차점에 나타날 수 있습니다. 직사각형과 유사한 평행한 세 개 이상의 면의 교차점이 나타날 수 있습니다.
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그림 2-2-4 큐브의 첫 번째 보조 축
그림과 같이 평행선의 중간점을 선택합니다. 이 두 모서리의 중간점을 통과하는 직선이 큐브를 360° 회전한다고 상상해 보세요. 색은 다르지만 모양은 같은 기본 레벨은 같은 위치에서 두 번 반복됩니다(빨간색과 파란색 면, 노란색과 녹색 면, 두 개의 무색 면, 세 세트의 반복 면). 가상의 선은 위치와 각도가 변하지 않았기 때문에 세 세트의 반복 면이 나타나지만 보조 축은 한 번만 기록됩니다.) 이 가상의 선이 보조 축으로 기록됩니다.
그림 2-2-5 큐브의 두 번째 보조 축
그림과 같이 평행선의 중간점을 선택합니다. 이 두 모서리의 중간점을 통과하는 직선이 큐브를 360° 회전한다고 상상해 보세요. 색은 다르지만 모양은 같은 기본 레벨이 같은 위치에서 두 번 반복됩니다(빨간색과 녹색 면, 노란색과 파란색 면, 두 개의 무색 면, 세 세트의 반복 면). 이 가상의 선이 두 번째 보조 축으로 기록됩니다.
그림 2-2-6 큐브의 세 번째 보조 축입니다.
그림과 같이 평행선의 중간점을 선택합니다. 이 두 모서리의 중간점을 통과하는 직선이 큐브를 360° 회전한다고 상상해 보세요. 색은 다르지만 같은 모양이 같은 위치에서 두 번 반복됩니다(빨간색과 무색 면, 녹색과 파란색 면, 무색과 노란색 면, 세 세트의 반복 면). 이 가상의 선은 세 번째 보조 축으로 기록됩니다.
그림 2-2-7 큐브의 네 번째 보조 축
그림과 같이 평행선의 중간점을 선택하고 이 두 모서리의 중간점을 통과하는 직선을 상상한 다음 큐브를 360° 회전하면 색은 다르지만 모양이 동일한 기준면이 같은 위치에서 두 번(빨간색과 무색 면, 녹색과 파란색 면, 무색과 노란색 면, 세 세트의 반복 면) 반복되며 이 가상의 직선을 네 번째 보조 축으로 기록합니다.
그림 2-2-8 큐브의 다섯 번째 보조 축입니다.
그림과 같이 평행선의 중간 점을 선택하고 이 두 모서리의 중간 점을 통과하는 직선을 상상하고 큐브를 360° 회전하면 색상은 다르지만 모양이 동일한 기준면이 같은 위치에서 두 번 반복됩니다(빨간색과 무색면, 녹색과 파란색면, 무색과 노란색면, 세 세트의 반복면), 이 상상된 직선이 다섯 번째 보조 축으로 기록됩니다.
그림 2-2-9 큐브의 여섯 번째 보조 축
그림과 같이 평행선의 중간점을 선택합니다. 이 두 모서리의 중간점을 통과하는 직선이 큐브를 360° 회전한다고 상상해 보세요. 색은 다르지만 모양은 동일한 밑면이 같은 위치에서 두 번 반복됩니다(녹색과 무색 면, 빨간색과 노란색 면, 무색과 파란색 면, 세 세트의 반복 면). 이 가상의 선이 여섯 번째 보조 축으로 기록됩니다.
그림 2-2-10 큐브의 3차 축
그림의 왼쪽은 큐브의 펼쳐진 모습을 보여 주며, 빨간색 점은 가상 직선과 가장자리 선의 교차점을 나타냅니다. 그림의 오른쪽은 닫힌 정육면체를 나타내며, 빨간색 점은 가상 직선과 가장자리의 교차점을 나타냅니다. 세 번째 축은 평행 정삼각형의 면의 중간점, 정삼각형과 유사한 세 개 이상의 평행한 면이 교차하는 지점에 나타날 수 있습니다.
그림 2-2-11 큐브의 첫 번째 3차 축.
그림과 같이 세 면의 교차점을 선택하고이 두 모서리의 중간 점을 통과하는 직선을 상상하고 큐브를 360 ° 회전하면 색상이 다르지만 동일한 모양의 참조 평면이 동일한 위치에서 세 번 반복됩니다 (빨간색, 무색 및 파란색면, 녹색, 무색 및 노란색면, 두 세트의 반복면), 이 상상 된 직선이 첫 번째 3 차 축으로 기록됩니다.
그림 2-2-12 큐브의 두 번째 3차 축입니다.
그림과 같이 세 면의 교차점을 선택합니다. 이 두 모서리의 중간 지점을 통과하는 직선이 정육면체를 360° 회전한다고 상상해 보세요. 색은 다르지만 모양은 동일한 기본 레벨이 같은 위치에서 세 번 반복됩니다(빨간색, 무색, 파란색 면, 녹색, 무색, 노란색 면, 두 세트의 반복 면). 이 가상의 선이 두 번째 3차 축으로 기록됩니다.
그림 2-2-13 큐브의 세 번째 3차 축
그림과 같이 세 면의 교차점을 선택합니다. 이 두 모서리의 중간 지점을 통과하는 직선이 정육면체를 360° 회전한다고 상상해 보세요. 색은 다르지만 모양은 동일한 기본 레벨이 같은 위치에서 세 번 반복됩니다(빨간색, 무색, 녹색 면, 파란색, 무색, 노란색 면, 두 세트의 반복 면). 이 가상의 선이 세 번째 3차 축으로 기록됩니다.
그림 2-2-14 큐브의 네 번째 큐브 축.
그림과 같이 세 면의 교차점을 선택하고 두 모서리의 중간점을 통과하는 직선이 큐브를 360° 회전한다고 가정하고 색상은 다르지만 모양 기본 레벨은 동일하다고 가정합니다. 이 위치를 세 번 반복합니다(빨간색, 무색, 녹색 면, 파란색, 무색, 노란색 면, 두 세트의 반복 면). 이 가상의 선이 네 번째 입방축으로 기록됩니다.
그림 2-2-15 큐브의 네 번째 축
그림의 왼쪽은 큐브의 펼쳐진 모습을 보여 주며, 빨간색 점은 가상 선과 가장자리의 교차점을 나타냅니다. 그림의 오른쪽은 닫힌 정육면체를 나타내며 빨간색 점은 가상 선과 평면의 교차점을 나타냅니다. 네 번째 축은 평행한 정사각형 면의 중간 지점, 정사각형과 유사한 세 개 이상의 평행한 면이 교차하는 지점에 나타날 수 있습니다.
그림 2-2-16 큐브의 첫 번째 직교축
그림에 표시된 평면의 중간 점을 선택하고 두 평면의 중간 점을 통과하는 직선이 있다고 가정한 후 정육면체를 360° 회전합니다. 색은 다르지만 모양이 같은 기본 레벨 면이 같은 위치에서 네 번 반복되며(빨간색, 파란색, 녹색, 노란색 면), 이 가상의 직선은 4중 축으로 기록됩니다.
그림 2-2-17 큐브의 두 번째 직교축
그림과 같이 평면의 중간 점을 선택하고 정육면체를 통과하는 직선을 상상한 후 정육면체를 360° 회전하면 색은 다르지만 모양은 같은 밑면이 같은 위치에서 네 번 반복되고(무색, 상단의 파란색 면, 무색, 하단의 녹색 면), 이 가상의 선이 두 번째 직교축으로 기록됩니다.
그림 2-2-18 큐브의 세 번째 쿼터 축
그림과 같이 평면의 중간 지점을 선택하고 큐브를 통과하는 직선을 상상한 다음 큐브를 360° 회전합니다. 색은 다르지만 모양은 같은 기본 레벨이 같은 위치에서 네 번 반복되며(위쪽은 무색, 빨간색 면, 아래쪽은 무색, 노란색 면), 이 가상의 선이 세 번째, 네 번째 축으로 기록됩니다.
그림 2-2-19 육각 프리즘의 6축
왼쪽과 오른쪽 상단의 검은색 선은 육각 프리즘의 여섯 축을 나타냅니다. 오른쪽 아래는 육각 프리즘의 확장입니다. 육각축은 평행 육각형의 면의 중간점 또는 육각형의 여섯 면의 교차점에 나타날 수 있습니다.
(2) 대칭축을 찾을 때 고려할 사항.
대칭축의 위치에는 다섯 가지 유형이 있습니다.
큐브의 보조 축 위치와 같이 평행한 두 모서리의 중간점입니다.
두 평행 평면의 중간점(예: 큐브의 직교축 위치)입니다.
큐브의 3차 축 위치와 같은 두 꼭지점(여러 면의 교차점) 사이입니다.
정사면체의 3차 축의 위치와 같이 꼭지점과 평행면 사이의 중간점입니다.
가장자리 선의 중간점과 평행 평면의 중간점(예: 삼각형 프리즘의 보조 축 위치)입니다.
같은 방향의 대칭축 선택은 최하수의 원칙에 따릅니다. 예를 들어, 최저수 원칙에 따라 한 방향에서 대칭축이 6개, 대칭축이 3개가 발견되면 최종적으로 L³로 기록됩니다. 다른 방향의 대칭축은 발견된 수에 따라 기록해야 합니다.
6배 대칭 축과 4배 대칭 축은 동시에 나타날 수 없고 6배 대칭 축은 하나만 나타날 수 있지만 다른 대칭 축은 다양한 형태 또는 여러 인스턴스가 공존할 수 있다는 점에 유의해야 합니다.
기준평면은 가장 작은 단위 평면으로 선택해야 하며, 교차하는 두 개 이상의 평면을 기준평면으로 선택할 수 없습니다. 그렇지 않으면 대칭축 판단의 정확도에 영향을 미칩니다.
대칭축의 개수를 기록할 때는 평면의 같은 모양과 크기가 같은 위치에서 반복되는 횟수를 파악하는 것이 중요합니다.
수직 대칭의 보조 축이 Lⁿ(n = 3, 4 또는 6)인 경우, Lⁿ에 수직인 보조 축이 n개 있어야 합니다.
2.2 평면 대칭의
(1) 평면의 개념 및 기록 방법 대칭의
대칭 평면은 결정을 이 평면을 따라 절단하면 결정의 각 절반이 다른 절반의 거울 이미지가 될 수 있는 가상의 평면입니다(그림 2-2-20). 동일한 결정 구조에서 이러한 평면은 최대 9번까지 나타날 수 있습니다(그림 2-2-21). 즉, 9가지 방법으로 이등분할 수 있으며 두 반쪽이 완전히 일치할 수 있습니다. 물론 모든 결정 구조가 대칭 평면을 갖는 것은 아닙니다.
대문자 P는 대칭면을 나타냅니다. 일부 결정에는 일치하지 않는 대칭면이 여러 개 있으며, 이러한 대칭면의 수는 일반적으로 P의 왼쪽에 표기됩니다(예: 4개의 대칭면은 4P, 1개의 대칭면은 P로 표시).
그림 2-2-20 종이의 수직면과 빨간색 실선의 방향을 따라 뻗은 평면이 가위를 상부와 하부로 나누고 상부와 하부가 거울 대칭이라고 상상해 보십시오. 이렇게 상상한 평면을 대칭 평면이라고 합니다. 가위를 왼쪽과 오른쪽으로 나누는 빨간색 점선의 방향을 따라 종이 표면에 수직인 또 다른 평면이 있지만 왼쪽과 오른쪽의 가위 모양이 대칭이 아니라고 상상해 보십시오.
그림 2-2-21 큐브의 대칭 평면 9개
(2) 찾기 팁 대칭 평면.
대칭 평면은 대칭 축과 평행하고 일치하는 경우가 많습니다.
대칭 평면은 기하학의 평행 이중 평면과는 다른 결정 기하학을 분할하는 가상의 평면입니다.
대칭 평면에 대칭축 Lⁿ이 포함되어 있으면, Lⁿ을 포함하는 대칭 평면이 n개 있어야 합니다.
(3) 포인트 그룹.
점 그룹은 결정에 있는 모든 대칭 요소의 합입니다. 점 그룹을 기록하는 순서는 대칭축 + 대칭면(예: 3L²3P)입니다(그림 2-2-22). 결정에 대칭축이 여러 개 있는 경우 왼쪽에서 오른쪽으로, 높은 차수의 축에서 낮은 차수의 축으로, 대칭 평면의 순서(예: L⁴4L²5P)로 기록하는 것이 일반적입니다(그림 2-2-23). 결정에는 32가지 유형의 대칭이 있습니다.
그림 2-2-22 3L²3P 포인트 그룹(직사각형 단면의 직육면체)
그림 2-2-23 L⁴4L²5P 포인트 그룹(정사각형 단면의 직사각형 프리즘), 상단에 4개의 2축과 3개의 대칭면이 있고 하단에 1개의 4축과 2개의 대칭면이 있습니다.
3. 크리스탈의 분류
대칭은 결정 분류의 일부입니다. 결정 분류 체계에서 모든 천연 및 인공 결정 보석의 결정 구조를 설명하기 위해 또 다른 개념인 결정 축을 도입해야 합니다. 결정축은 격자 노드가 반복되는 방향과 그 방향을 따라 노드가 반복되는 상대적 거리를 나타내는 결정 구조를 관통하는 가상의 선입니다. 결정축은 대칭축 또는 대칭 평면의 법선과 일치합니다. 대칭축 또는 대칭면이 없는 경우 결정축은 결정 가장자리 방향과 평행하게 선택할 수 있습니다.
대칭 원소와 결정 축을 기준으로 학계에서는 결정을 세 가지 결정 계열과 일곱 가지 결정계로 분류합니다(표 1).
표 1: 크리스탈 제품군 및 시스템 결정을 위한 핵심 사항
| 크리스탈 제품군 | 크리스탈 | 결정의 핵심 포인트 | 일반적인 보석 품종 |
|---|---|---|---|
| 로우 레벨 크리스탈 시스템 | 트라이클리닉 시스템 | 두 번째 축 또는 대칭 평면 없음 | 아마존라이트, 로도나이트, 청록색 |
| 단결정 시스템 | 고차 축, 보조 축 및 대칭 평면이 하나 이상 없어야 합니다. | 경옥, 디옵사이드, 스포두멘, 에피도트 | |
| 사방정계 결정 시스템 | 상위 축, 둘 이상의 보조 축 또는 대칭 평면 없음 | 감람석, 토파즈, 사우알파이트(탄자나이트 포함), 코디라이트, 크리소베릴, 엔스타타이트 | |
| 중급 크리스탈 제품군 | 사각형 결정 시스템 | 4중 축 1개(L로 표현 가능).4) | 다이아몬드 |
| 트라이곤 크리스탈 시스템 | 1 삼각축 (L로 표현 가능)3) | 커런덤, 루비, 사파이어, 토르말린 , 석영 계열의 결정 (예 : 크리스탈, 자수정, 황수정 등), 로도 크로 사이트 | |
| 육각 크리스탈 시스템 | 1 육각 축 (L로 표현 가능)6) | 아쿠아 마린, 에메랄드 및 기타 베릴라이트 계열 보석, 인회석 | |
| 고급 크리스탈 제품군 | 아이소메트릭 크리스탈 시스템 | 4개의 삼각축 (4L로 표현 가능)3) | 다이아몬드, 가넷, 스피넬, 형석 |
4. 일반적인 보석 결정 특성
일반적인 보석에는 다이아몬드, 스피넬, 형석, 가넷, 베릴라이트, 지르콘, 커런덤, 토르말린, 크리스탈, 크리소베릴, 토파즈 등이 있습니다. 각 보석 유형에는 고유한 결정 특성이 있습니다.
높은 수준의 수정 계열 보석은 대부분 결정 습관이 세분화되어 있으며, 일반적인 품종은 종종 고정된 결정 형태로 나타납니다(표 2).
중급 및 저급 결정 계열의 결정 습성은 원주형입니다(표 3).
표 2: 상위 결정 계열의 일반적인 결정 특성
| 보석 톤 이름 | 크리스탈 분류 | 중요한 결정 특성 | |||
|---|---|---|---|---|---|
| 보석 톤 이름 | 크리스탈 분류 | 크리스탈 습관 | 일반적인 결정 형태 | 일반적인 쌍둥이 형태 | 일반적인 크리스탈 페이스 패턴 |
| 다이아몬드 | 아이소메트릭 크리스탈 시스템 | 팔면체 과립에서 흔히 볼 수 있는 세분화된 결정 습관(그림 2-2-24) | 팔면체는 일반적인 결정 형태이며, 마름모꼴 십면체를 포함한 더 복잡한 결정 형태도 나타날 수 있으며, 종종 둥근 결정면이 특징이며 3중 대칭을 나타낼 수 있습니다. | 오목한 각도가 보이지 않는 삼각형 평면 트윈(그림 2-2-25) | 표면은 역삼각형 에칭 피트(그림 2-2-26, 2-2-27)와 기타 결정면 패턴(그림 2-2-28, 2-2-29)을 보여줍니다. |
| 스피넬 | 팔면체 과립에서 흔히 볼 수 있는 세분화된 결정 습관(그림 2-2-30) | 종종 팔면체 형태로 생산되는 결정면은 매우 평평하여 마치 광택이 나는 것처럼 보일 수 있습니다(그림 2-2-31). | 쌍둥이 결정은 매우 평평하며 모서리가 잘린 삼각형 모양과 비슷합니다(그림 2¬2-32). | 표면에서 볼 수 있는 에칭 구덩이, 일부는 역삼각형 모양의 다이아몬드와 유사합니다(그림 2-2-33). | |
| 형석 | 세분화된 결정 습관(그림 2-2-34) | 팔면체 및 입방체 결정 모양(그림 2-2-35) | 상호 침투형 트위닝 | 정사각형 단계 성장 표시, 대부분 쪼개짐 간격, 큐브의 여섯 면 방향과 평행한 색상 띠가 있습니다. | |
| 가넷 | 마름모꼴 이면체 입자에서 흔히 볼 수 있는 세분화된 결정 습관(그림 2-2-36) | 마름모꼴 사면체 또는 사각형 사다리꼴 사면체 | 희귀 | 수정면과 동일한 모양으로 보이는 동심원 링 밴드(그림 2-2-37) | |
그림 2-2-24 다이아몬드 결정 습관
그림 2-2-25 다이아몬드 트윈 습관
그림 2-2-26 다이아몬드 팔면체 결정면의 역삼각형 에칭 그림
그림 2-2-27 다이아몬드 팔면체 결정 표면의 역삼각형 에칭 그림
그림 2-2-28 다이아몬드 팔면체 결정면의 역삼각형 에칭 그림
그림 2-2-29 다이아몬드 팔면체 결정 표면의 역삼각형 에칭 그림
그림 2-2-30 스피넬 크리스탈 습관
그림 2-2-31 스피넬 결정의 일반적인 형태
그림 2-2-32 스피넬의 접점 트위닝
그림 2-2-33 스피넬 표면의 역삼각형 에칭 도형 패턴
그림 2-2-34 형석 결정 습관
그림 2-2-35 형석 결정
그림 2-2-36 가넷 결정 습관
그림 2-2-37 결정면과 동일한 모양을 가진 가닛 결정 표면의 동심원 링 밴드
표 3: 중간 및 저결정 계열의 일반적인 보석 결정 특성
| 보석 톤 이름 | 크리스탈 분류 | 중요한 결정 특성 | |||
|---|---|---|---|---|---|
| 보석 톤 이름 | 크리스탈 분류 | 크리스탈 습관 | 일반적인 결정 형태 | 일반적인 쌍둥이 형태 | 일반적인 크리스탈 페이스 패턴 |
| Beryl | 육각 크리스탈 시스템 | 원주 결정 습관(그림 2-2-38) | 육각형 원주형 결정 형태(그림 2-2-39, 2-2-40) | 희귀 | 눈에 보이는 세로 줄무늬 |
| 리드 스톤 | 사각형 결정 시스템 | 원주 결정 습관(그림 2-2-41) | 정사각형 이중 원뿔과 함께 나타나는 정사각형 단면의 정사각형 기둥(그림 2-2-42) | 눈에 보이는 무릎 모양의 트윈 크리스탈 | 특별한 패턴 없음 |
| Corundum | 트라이곤 크리스탈 시스템 | 판형 결정 습관, 원주형 결정 습관(그림 2-2-43) | 루비는 육각형 프리즘 모양(그림 2-2-44)을 보이는 경우가 많고, 사파이어는 육각형 바이피라미드 배럴 모양의 결정 형태를 보이는 경우가 많습니다(그림 2-2-45). | 흔히 볼 수 있는 이중 결정체입니다. | 눈에 보이는 줄무늬. |
| 토르말린 . | 원주 결정 습관(그림 2-2-46) | 양쪽 끝의 결정면이 다르며 단면은 구형 삼각형입니다(그림 2-2-47). | 희귀 | 눈에 보이는 세로 줄무늬(그림 2-2-48) | |
| 쿼츠(크리스탈 쿼츠) | 원주 결정 습관(그림 2-2-49) | 단면은 육각형이고 육각형 바이 피라미드는 드물고 (그림 2-2-50, 2-2-51) 육각형 모노 피라미드가 일반적입니다. | 바이크리스탈(일본식 바이크리스탈이라고도 함)과의 일반적인 접촉 | 크리스탈 표면의 일반적인 가로 줄무늬 | |
| 크리소베릴 | 트라이곤 크리스탈 시스템 | 원주 결정화 특성(그림 2-¬2-52) | 단결정은 드물다 | 삼결정이 일반적이며(그림 2-2-53), 육각형 및 오목한 각도를 식별 기준으로 사용할 수 있습니다. | 삼결정의 줄무늬는 식별 기준으로 사용할 수 있습니다. |
| 토파즈 | 원주 결정 습관(그림 2-2-54) | 단면은 다이아몬드 모양이며 상단은 종종 봉투 모양으로 보입니다(그림 2-2-55). | 이중 결정은 드물다 | 눈에 보이는 세로 줄무늬 | |
그림 2-2-38 베릴 결정 습관
그림 2-2-39 에메랄드 결정의 일반적인 형태
그림 2-2-40 아쿠아마린 결정의 일반적인 형태
그림 2-2-41 지르콘 결정 습관
그림 2-2-42 지르콘 크리스탈
그림 2-2-43 커런덤 결정 습관
그림 2-2-44 루비 크리스탈
그림 2-2-45 루비의 기계적 트윈
그림 2-2-46 토르말린 결정 습관
그림 2-2-47 토르말린 결정
그림 2-2-48 토르말린 결정의 표면 세로 줄무늬
그림 2-2-49 결정화 습관
그림 2-2-50 크리스탈 본체
그림 2-2-51 크리스탈 본체
그림 2-2-52 크리소베릴의 결정 습성
그림 2-2-53 크리소베릴 결정
그림 2-2-54 토파즈의 결정 습관
그림 2-2-55 토파즈 크리스탈
섹션 IV 보석 결정이 다르게 자라는 이유
미시적인 관점에서 보면 보석 결정은 서로 다른 규칙에 따라 배열된 다양한 크기의 원소들로 구성된 고체입니다. 거시적인 관점에서 보면 많은 보석은 구성 성분이 다르기 때문에 결정 모양 특성이 있습니다. 그러나 이형과 같은 특별한 경우도 존재합니다. 보석 결정이 다르게 보이는 이유를 더 잘 이해하기 위해 여기에서는 이형, 동형, 분자 기계적 혼합, 보석 광물의 수분, 보석의 화학적 구성 등 다섯 가지 측면을 소개합니다.
1. 이형
일부 광물은 화학 성분은 같지만 결정 구조(3차원 공간에서의 원소 배열)가 매우 다르고 물리적 및 화학적 특성에서 상당한 차이를 보입니다(표 4). 이러한 현상을 이형성이라고 하는데, 예를 들어 다이아몬드와 흑연이 이에 해당합니다(그림 2-2-56).
일반적인 석영에는 이형성 현상이 있습니다. 실리마나이트, 안달루사이트, 카이아나이트는 이형성 변형의 한 그룹입니다.
이형 변형은 고체 상태 조건에서 발생합니다. 구조 변형 과정에서 결정 내부에 압력이 발생하여 종종 결정 내부에 쌍둥이 형성이 발생할 수 있습니다.
표 4: 다이아몬드와 흑연의 특성 비교
| 미네랄 | 다이아몬드 | 흑연 |
|---|---|---|
| 구성 요소 | 탄소(C) | 탄소(C) |
| 형성 조건 | 고온 및 고압 | 고온 |
| 크리스탈 시스템, 습관 | 아이소메트릭 결정 시스템, 팔면체, 마름모꼴 십면체 | 육각 크리스탈 시스템, 레이어드 |
| 색상 | 무색, 노란색, 파란색, 분홍색, 녹색 등 | 블랙 |
| 광택 | 아다만틴 광택 | 메탈릭 광택 |
| 투명성 | 투명에서 불투명으로 전환 | 불투명 |
| 굴절률 | 2.40 ~ 2.48 | 1.93 ~ -2.07 |
| 기계적 특성 | 중간 정도의 팔면체 절단, 경도 10, 밀도 3.52 | 완벽한 분열, 경도 1, 밀도 2.10 세트 |
| 기타 속성 | 열 전도성이 뛰어나 반도체인 천연 블루 다이아몬드를 제외한 다른 색상의 다이아몬드는 절연체 역할을 합니다. | 적당한 열 전도성, 우수한 전기 전도성 |
2. 동형
동형화란 격자 구조의 일부 입자가 유사한 특성을 가진 다른 입자로 대체되어 격자 파라미터와 물리적, 화학적 특성이 약간 변화하는 현상을 말합니다. 반면 결정 구조는 근본적으로 변하지 않습니다. 이는 보석 결정의 원소가 다른 원소로 대체되는 것으로 이해할 수 있습니다. 반면, 보석 결정 원소의 반복 패턴은 원자 사이의 거리에 약간의 편차가 있을 뿐 동일하게 유지됩니다. 하지만 보석 결정의 물리-화학적 특성은 약간의 변화를 겪습니다(그림 2-2-57~그림 2-2-58).
그림 2-2-57 결정 구조 시뮬레이션 다이어그램(파란색과 검은색은 원소 입자를 나타냄)
그림 2-2-58 결정 구조 시뮬레이션 다이어그램(검은색은 원소 입자, 노란색은 파란색 원소 입자를 부분적으로 대체하는 새로운 원소 입자, 노란색은 모든 파란색 입자를 완전히 대체하지 못할 수 있음)
동형성의 개념은 같은 계열의 보석이 왜 그렇게 많은 색상을 가질 수 있는지, 같은 계열의 보석 간에 굴절률과 밀도에 차이가 있는 이유를 설명할 수 있습니다.
계열은 결정 원소의 반복 패턴은 동일하지만 물리적, 화학적 형태가 약간 다른 보석의 일종으로 이해할 수 있습니다. 예를 들어 커런덤 계열에는 루비와 사파이어가 포함되며 베릴 계열에는 에메랄드, 아쿠아마린, 모가나이트 종류가 포함됩니다.
(1) 올리바인
감람석의 화학적 조성은 (Mg, Fe)₂SiO₄입니다. Fe와 Mg 원소의 완전한 이성질체 치환은 그 구성에서 발생합니다. 감람석의 Fe 함량이 증가함에 따라 감람석의 색이 어두워지고 굴절률이 증가하며 밀도도 증가합니다.
(2) Corundum
불순물이 없는 순수한 커런덤(Al₂O₃)은 무색이며, Cr이 Al을 대체하면 보석은 루비라고 알려진 장미빛에서 붉은 색조를 띠게 됩니다. 나머지 색은 주황색-노란색 사파이어 또는 무색 사파이어와 같은 사파이어라고 합니다. 일반적으로 사파이어라고 불리는 사파이어는 특히 철과 Ti가 알루미늄을 대체하는 블루 사파이어입니다. 대체 보석의 착색 원소 함량이 높을수록 보석의 색이 짙어지고 반대로 함량이 낮을수록 색이 밝아집니다.
(3) 토르말린
전기석은 토르말린과 같은 종류의 보석을 말하며, 토르말린은 광물학적인 이름이고 전기석은 보석학적인 이름입니다. 베릴의 화학 성분은 (Na, Ca)R₃Al₃Si₆O₁₈(O, OH, F)이며, 여기서 R은 주로 Mg , Fe , Cr , Li, Al , Mn이고 R의 원소는 서로 완전히 또는 부분적으로 치환할 수 있어 토르말린의 색상은 매우 다양합니다. 예를 들어, R이 주로 Fe인 경우 베릴은 진한 파란색 또는 심지어 검은색을 나타내며, R이 주로 Mg인 경우 베릴은 노란색에서 갈색을 나타냅니다. R 이 주로 Li 또는 Mn인 경우 베릴은 장미색 또는 연한 파란색을 띠고, R이 주로 Cr인 경우 전기석은 진한 녹색을 띠게 됩니다.
위의 내용을 통해 비슷한 속성을 가진 원소를 대체하면 보석의 색상이 더 아름답고 화려해진다는 것을 알 수 있습니다.
3. 분자 기계적 혼합
때로는 규칙적으로 배열된 보석의 주요 요소 사이에 특정 요소가 강제로 들어가는 경우가 있습니다. 그러나 들어가는 원소의 비율이 낮으면 주 보석 원소의 반복적인 패턴을 방해하지 않고 변형만 일으킵니다(그림 2-2-59). 이러한 상황을 분자 기계적 혼합이라고 하는데, 다이아몬드에 질소와 붕소가 분자 기계적으로 혼합되어 고가의 블루, 핑크, 옐로우 다이아몬드가 생성되는 것과 같은 현상입니다.
4. 보석 미네랄의 물
일부 보석에는 보석 미네랄의 중요한 구성 요소이며 보석의 특성과 밀접한 관련이 있는 물이 포함되어 있습니다. 보석 광물에 존재하는 물의 형태와 결정 구조에서의 역할에 따라 보석의 물은 결정 구조와 무관한 흡수수와 결정화수, 제올라이트수, 층간수, 구성수 등 광물 결정 구조에 관여하는 물로 나눌 수 있습니다. 보석과 밀접한 관련이 있는 물에는 흡수수, 결정화수, 체질수가 포함됩니다.
하나는 광물 입자 또는 파쇄 표면에 기계적으로 흡착 된 중성 물 분자 인 물 분자에 오팔 (화학 성분은 SiO₂ - nH₂O, n은 H₂O의 수를 나타내며 함량은 가변적임)과 같은 물을 흡수하는 것입니다. 온도가 정상 압력에서 100 ~ 110도에 도달하면 물 분자가 모두 빠져 나와 결정 격자 구조를 손상시키지 않으므로 장시간 강한 빛에 노출 된 건식 균열에서 카운터의 오팔을 피하려면 카운터에 물 한 컵을 넣어야합니다.
두 번째는 청록색의 결정화수와 같은 결정화수[화학 조성은 CuAl₆(PO₄)₄(OH)₈-4H₂O, 여기서 H₂O의 함량은 19.47%에 달할 수 있습니다]입니다. 이 중성 물 분자는 격자 내에서 고정된 위치에 존재하며 광물 화학 성분의 일부인 구조 단위로 작용합니다. 결정화 물이 빠져나가는 온도는 일반적으로 600℃를 넘지 않으며 보통 100~200℃에서 빠져나갑니다. 보석이 결정화수를 잃으면 결정 구조가 손상되어 새로운 구조가 형성됩니다.
세 번째는 결합수라고도 하는 구성수로, OH-, H⁺, H₃O⁺ 플라즈마 형태로 미네랄 격자에 참여하며 OH-가 가장 흔합니다. 구성수는 광물 화학 성분의 일부로, 격자 구조에서 정해진 비율로 고정된 위치를 차지하며 구성에 있어 일정한 비율을 차지합니다. 구조수는 일반적으로 약 600~1000℃의 높은 온도에서 빠져나와 구조를 손상시킵니다. 보석이 구조수를 잃으면 결정 구조가 파괴됩니다. 많은 보석에는 토르말린과 같은 구성수[화학 성분은 (Na, Ca)R₃Al₃Si₆O₁₈(O, OH, F), 여기서 R은 주로 Mg , Fe , Cr, Li, Al, Mn 등을 포함]가 포함되어 있습니다, 그리고 R의 원소들은 서로 완전히 또는 부분적으로 대체될 수 있음], 토파즈[화학 조성은 Al₂SiO₄(F, OH) ₂]를 포함합니다.
5. 보석의 화학 성분
보석은 다른 물질과 마찬가지로 화학 원소로 구성되어 있습니다. 보석의 각 유형에는 특정 화학 성분과 특정 범위의 변형이 있으며, 이는 보석의 다양한 특성과 특성을 결정합니다. 보석은 광물과 암석에 속하며, 보석의 화학 성분 분류는 광물의 화학 성분으로 거슬러 올라갈 수 있습니다.
현재 광물의 주요 분류 방법에는 화학 성분에 의한 분류(다나 시스템), 지구 화학적 분류, 유전자 분류, 용도 분류, 결정 화학적 분류가 있습니다. 가장 널리 사용되는 방법은 화학 성분과 결정 구조에 따른 화학적 분류(휴고 스트룬츠 시스템)입니다(표 5).
표 5: 광물 결정 화학 분류 체계
| 레벨 순서 | 구분 기준 | 예 |
|---|---|---|
| 주요 카테고리 | 복합 유형 | 산소 함유 소금 주요 카테고리 |
| 클래스 | 음이온 또는 복합 음이온 유형 | 실리케이트 클래스 |
| (하위 카테고리) | 음이온 복합 구조 | 프레임워크 규산염 하위 클래스 |
| 그룹 | 결정 구조 유형 및 이온 특성 | 코런덤 그룹, 베릴 그룹, 가넷 그룹 |
| (하위 그룹) | 양이온 유형 | 알칼리성 장석 하위 그룹 |
| 종 | 특정 결정 구조 및 화학 성분 | 오르토클라제 KAlSi3O8 |
| (아종) | 동일한 결정 구조, 다른 구성 또는 특성, 형태 | 아둘리아 KAlSi3O8 |
