광물의 특성 - 경도, 투명도, 광택, 빛의 굴절

경도

광물의 다른 특성은 단단함, 즉 경도이다. 보석류는 내구성을 요하기 때문에 경도가 높아야하고 조각용 재료일 경우에는 너무 단단하면 가공이 어렵고 또한 질감(toughness) 같은 특성이 요구 되기도 한다.

광물의 경도는 가장 무른 활석(talc)을 1로 하고, 가장 단단한 다이아몬드를 10으로 상대적 경도인 '모스 경도(Mohs)'로서 표기한다.

우리의 일상에서 자주 접하는 대표적인 광물로 구분하여 '1: 활석, 2: 석고, 3: 방해석, 4: 형석, 5: 인회석, 6: 정장석, 7: 석영, 8: 황옥(토파즈), 9: 강옥(코란덤으로 루비 / 사파이어), 10: 다이아몬드' 으로 표시하는데, 간단히 서로 긁었을때 스크래치가 나는 쪽이 상대 경도가 낮다고 말한다.


Mohs경도는 어디까지나 상대적인 경도를 표시하는 것이지 절대 경도를 의미하는 것은 아니다. 즉, 상대 경도 9인 강옥이 10인 다이아몬드의 90%정도의 경도를 가진다는 것이 아니다. 그 차이는 실로 엄청나게 크다.

우리의 손톱은 대략 2.5정도다. 일반 철은 5정도이나 합금 강철인 경우에는 7.5정도나 된다.

보석(precious stone), 준 보석(semi precious stone)으로 애용되는 조건으로서 내구성을 가지기 위해서는 어느 정도 이상의 경도를 가져야. 하는 데 상대 경도가 높은 다이아몬드, 루비, 사파이어 토파즈, 에메랄드 (7.5~8), 토르말린, 가넷 등이 여기 속한다.

"다이아몬드는 영원하다."
세상에서 가장 단단한 물질인 다이아몬드 와 동일한 물질(탄소)인 흑연은 경도가 가장 낮은 물질로 점토와 섞어 연필심으로 사용된다.

경도는 그 광물의 구성원자들의 배열상태, 구성원자들의 종류와 밀접한 관련이 있다.
구성원자들의 배열은 원자 구조에서 언급한 최외각 전자 껍질의 전자 안정도에 따라 이온 결합,공유 결합, 금속간 결합, 반데르발스 결합(물질간의 인력)으로 결합되어 있는데 공유 결합이 가장 강하며, 반데르발스 결합이 가장 약하다. (다이아몬드는 공유 결합으로 이루어져 가장 단단하다.)

반데르발스 결합 < 금속 결합 < 이온 결합 < 공유 결합

또한 경도를 결정하는 요소로는  결정면에 배열한 원자밀도이다. 밀도가 높으면 경도가 높고 밀도가 낮으면 경도가 낮다. 일반적으로 단단한 보석들은 구성 원자들의 밀도가 크기 때문이다. 그러나 경도가 높다고해서 충격에 강한 것은 아니니 보석류를 취급한 때 주의를 기울여야 한다. 또한 보석류를 보관할 때 함께 보관하면 서로 부딪혀 스크래치를 낼 수 있으니 이 역시 주의해야 한다.

toughness (인성)

nephrite 조각

중국 여행을 다녀 온 분이나 공예미술관 등에서 옥으로 가공된 호리병이나 여의주를 머금은 용의 조각을 보면서 어떻게 깨지지 않고 조각을 할 수 있는지 장인의 솜씨에도  놀라지만 돌의 특성에도 신기해 했을 것이다.

대개의 광물은 벽개성을 갖고 있어 이 같은 가공은 어렵다. 그러나 '경옥(jadeite), 연옥(nephrite)'의 조직은 섬유 처럼 되어 있어(씨실과 날실) 질기게 되어 있어 이같은 신기한 옥의 사슬 조각이 가능한 것이다.

 투명도

투명한 수정류, herkmier diamond

광물의 또 다른 특성중 하나가 투명도이다.수정 처럼 빛이 잘 통과하는 광물도 있고 금속 같이 빛이 전혀 통과하지 못하는 것도 있다. 빛이 통과하는 정도에 따라 투명(transparent), 반 투명(translucent), 불 투명(opaque)으로 구분한다.
창호 유리처럼 반대편의 사물이 또렷이 보일 정도로 빛이 잘 통과하면 투명,어렴풋이 보일 정도면 반투명,아무리 얇아도 빛이 통과하지 못하면 불 투명이라 한다.

광물이 아름 다운 것은 아름다운 결정,아름다운 색상에 더하여 그 투명함이다. 수정(rock crystal)이 아름다운 것도 이 투명함 덕분이다.

그래서 흔히 들 아름다운 눈을 '수정처럼 맑은 눈'이라 표현하기도 한다.
수정은 준 보석에 속하는 비교적 흔한 광물이지만, 물 처럼 투명한 수정의 경우 그 가치가 높이 평가된다. 유색 보석의 경우 경우에도 투명한 정도에 따라 단순히 반사되어 느끼는 색감보다는 훨씬 심오한 색감을 주기 때문에 그 가치가 높아진다.

광택(luster)

좌측은 황철광,우측은 적철광(Hematite)

광택은 광물의 아름다움에 영향을 주는 또 하나의 요소다. 광택이란 광물의 표면에서 빛이 반사될 때 우리 눈에 주는 느낌을 뜻한다. 일반적으로 금속은 불 투명하기 때문에 빛의 반사도가 높아 번쩍거린다.

이같은 광택을 금속 광택이라 하고, 비금속 광물의 경우에는 빛이 다소라도 통과하기 때문에 번쩍거림이 없어 비금속 광택이라 한다.

Gypsum, 견사광택

이런 비금속 광택은 그 반사 느낌에 따라 금강광택(almandine luster)은 특히 빛의 굴절률이 높은 다이아몬드, 섬아연광(sphalerite), zircon 등에서 볼 수 있는 찬란한 광택이다.

견사광택(silky luster)는 미세한 섬유상 집합체에서 볼 수 있는 견사 느낌의 광택으로 섬유 석고(gypsum)나 석면에서 잘 나타난다.

crysocolla, 지방광택

유리 광택(vitreous lustr)은 깨진 유리에서 볼 수 있는 광택으로 석영, 암염(halite), 전기석(tourmaline)에서 잘 나타난다. 진주광택(Pearly luster)는 진주에서 보이는 광택으로 어안석 (apophylite) 등에서 보인다.

지방 광택(greasy luster)는 기름이 얇게 덟힌 느낌의 광택으로 석영에서 나타나며, 토상 광택은 점토나 고령토에서 잘 나타난다.

광택의 정도

• 찬광 (splendid): 빛이 찬란하게 반사되어 거울 처럼 상이 비치어 보일 정도로 적철석(hematite)이 대표적이다. 그래서 적철석은 불 투명하지만, 찬광 때문에 검은 다이아몬드라는 상업명으로 장신구로 사용되기도 한다.
• 요광 (shining): 표면에서 빛이 반사는 되만 상의 윤곽이 뚜렷하지 못한 정도임.
• 섬광 (glistening): 빛이 반사는 되지만 상이 맺히지 않는 정도
• 미광 (glimmering): 반사가 불완전
• 무염 (dull): 광택이 없음

빛의 굴절률

다이아몬드가 높이 평가 받는 것은 그 단단함에도 있지만, 적절히 cut했을 때 찬란한 광채 때문이다.

'다이아몬드' 굴절률: 2.4

'큐빅지르코니아' 굴절률: 2.25

Island spar

광물에 따라 빛의 굴절률이 다르다. 그래서 굴절류이 높은 보석류는 커트면을 널려 빛의 굴절에 의한 아름다운 특성을 극대화 시킨다.

위의 왼편 커트 나석은 인조 큐빅지르코니아로 굴절률이 거의 다이아몬드에 근접하여 대등한 아름다움을 보이기 때문에 다이아몬드의 대용품으로 많이 이용되고 있다.

방해석 중에서도 Island Spar는 복굴절 특성을 보여 이미지와 같이 글자가 이중으로 겹쳐 보이게 한다.