지구과학 고2 지구의 역사와 한반도의 암석

규산염 광물

Q: 규산염이 아닌 광물도 있나요?

있습니다. 석회암을 이루는 방해석(CaCO3)은 탄산염 광물이고, 소금인 암염은 염화물 광물입니다. 다만 지각을 이루는 암석의 주된 성분은 대부분 규산염 광물입니다.

SiO₄ 사면체를 기본 단위로 하는 규산염 광물(석영·장석·운모·각섬석·휘석·감람석)의 구조와 성질을 이해한다.

규소 원자 하나를 산소 원자 네 개가 둘러싼

Si O_{4}

사면체를 기본 단위로 삼아, 이 사면체들이 이어지는 방식에 따라 여러 종류로 갈라지는 광물 무리입니다.

Si O_{4}

사면체는 레고 블록 한 개입니다. 블록을 낱개로 두느냐, 한 줄로 잇느냐, 판으로 붙이느냐, 사방으로 그물처럼 엮느냐에 따라 감람석·휘석·운모·석영이라는 다른 광물이 나옵니다.

쉽게 말하면

지각에서 가장 많은 원소는 산소이고 그다음이 규소입니다. 그러니 광물 대부분이 이 둘로 만들어지는 것은 자연스러운 일이고, 실제로 조암 광물의 대부분이 규산염 광물입니다.

기본 단위인 $Si O_{4}$ 사면체는 규소 하나에 산소 넷이 공유 결합으로 붙은 구조입니다. 이 사면체는 전체적으로 $- 4$ 의 전하를 띠고 있어서 혼자서는 안정하지 못합니다. 그래서 두 가지 길로 안정해집니다. 하나는 $F e^{2 +}$ , $M g^{2 +}$ 같은 금속 양이온을 끌어와 전하를 맞추는 길이고, 다른 하나는 옆 사면체와 산소를 나눠 쓰며 직접 이어 붙는 길입니다.

여기서 규산염 광물을 관통하는 하나의 규칙이 나옵니다. 산소를 몇 개나 공유하느냐가 광물의 구조와 성질을 정한다는 것입니다. 감람석은 사면체가 산소를 하나도 공유하지 않고 낱개로 떨어져 금속 양이온에 묶여 있습니다. 휘석은 산소 두 개를 공유해 한 줄 사슬을, 각섬석은 사슬 두 개를 이어 붙인 복사슬을, 흑운모는 산소 세 개를 공유해 넓은 판을 만듭니다. 석영은 산소 네 개를 모두 공유해 삼차원 그물이 됩니다.

공유하는 산소가 늘어날수록 사면체끼리 직접 붙는 부분이 늘고, 금속 양이온이 끼어들 자리는 줄어듭니다. 그래서 감람석·휘석 쪽은 철·마그네슘이 많아 색이 어둡고 밀도가 크며, 석영·장석 쪽은 밝고 가볍습니다. 쪼개지는 방식도 여기서 갈립니다. 흑운모가 얇은 판으로 한 방향으로만 벗겨지는 것은 판 사이를 잡는 힘이 판 안쪽의 결합보다 약하기 때문이고, 석영이 정해진 방향 없이 아무렇게나 깨지는 것은 사방이 똑같이 튼튼한 그물이라 특별히 약한 면이 없기 때문입니다.

이렇게 나타납니다

예시 1

사면체가 이어지는 방식과 광물

산소를 하나도 공유하지 않으면 감람석(독립형), 두 개를 공유하면 휘석(단사슬), 사슬 두 줄이 붙으면 각섬석(복사슬), 세 개를 공유해 판을 이루면 흑운모(판상), 네 개를 모두 공유해 그물이 되면 석영(망상)입니다. 장석도 망상 구조인데, 규소 자리 일부를 알루미늄이 대신하면서 남는 전하를 칼륨·나트륨·칼슘 같은 양이온이 채우고 있습니다.
예시 2

흑운모는 왜 한 방향으로만 벗겨질까

흑운모는 사면체가 판을 이루고, 그 판들이 층층이 쌓인 뒤 사이사이를 칼륨 이온이 약하게 잡고 있습니다. 판 안쪽은 공유 결합으로 단단하지만 판과 판 사이는 약하므로, 힘을 주면 그 약한 면을 따라 종잇장처럼 갈라집니다. 이런 성질을 벽개라고 하고, 흑운모는 한 방향 벽개가 대표적입니다.
예시 3

석영에는 벽개가 없습니다

석영은 $Si O_{4}$ 사면체가 사방으로 산소를 모두 공유해 삼차원 그물을 이룹니다. 어느 방향으로도 특별히 약한 면이 없으므로 벽개가 나타나지 않고, 대신 깨질 때 조개껍데기 모양의 불규칙한 면(단구)이 생깁니다. 굳기가 큰 것도 같은 이유입니다.

밝은색 규산염 광물과 어두운색 규산염 광물

구분	밝은색 광물 (석영·장석)	어두운색 광물 (감람석·휘석·각섬석·흑운모)
주요 성분	규소·산소·알루미늄·칼륨·나트륨	규소·산소에 철( $Fe$ )·마그네슘( $Mg$ )이 많음
사면체 구조	산소를 많이 공유(망상·판상 쪽)	산소를 적게 공유(독립형·사슬 쪽)
밀도	상대적으로 작음	철·마그네슘 때문에 큼
많이 든 암석	화강암 같은 밝은색 암석	현무암 같은 어두운색 암석

자주 하는 오해

규산염 광물이 다 비슷비슷한 성분이라고 생각하기

이렇게 생각하기 쉬움

Si O_{4}

사면체가 기본 단위니까 규산염 광물은 결국 다 같은 물질이다

실제로는기본 블록만 같을 뿐, 그 블록을 잇는 방식과 끼어드는 금속 이온이 달라 성질이 크게 갈립니다.

감람석과 석영은 둘 다 규산염 광물이지만 색·밀도·굳기·벽개가 전부 다릅니다. 사면체를 몇 개의 산소로 잇느냐가 구조를 정하고, 남는 전하를 어떤 양이온이 채우느냐가 색과 밀도를 정하기 때문입니다.

벽개를 '잘 깨지는 성질'로 이해하기

이렇게 생각하기 쉬움벽개가 있는 광물은 약해서 잘 부서진다

실제로는벽개는 '얼마나 잘 깨지는가'가 아니라 '어느 방향으로 갈라지는가'입니다. 굳기와는 별개입니다.

결합이 약한 면이 어느 방향에 있느냐가 벽개를 정합니다. 다이아몬드는 모스 굳기 10으로 가장 단단하지만 뚜렷한 벽개가 있어 특정 방향으로는 쪼개집니다. 단단함(굳기)과 갈라지는 방향(벽개)은 서로 다른 성질입니다.

선수 개념 — 이걸 먼저 알아야 해요

광물고2

이후 개념 — 이 개념을 배우면 이어집니다

없음 — 이 개념이 마지막입니다

연계 개념 — 과목을 넘어 함께 보면 좋아요

공유 결합고2

같은 단원의 개념 — 지구의 역사와 한반도의 암석

자주 묻는 질문

Si O_{4}

사면체는 왜 하필 산소가 네 개인가요?

규소 원자가 가장 안정하게 결합할 수 있는 이웃의 수가 넷이고, 산소 넷이 규소를 둘러쌀 때 가장 균형 잡힌 배치가 정사면체이기 때문입니다. 그래서 규산염 광물은 예외 없이 이 사면체를 기본 단위로 씁니다.

Q2장석이 석영보다 흔한데도 석영을 먼저 배우는 이유가 있나요?

석영이 구조가 가장 단순하기 때문입니다. 석영은 규소와 산소만으로 그물을 이루는 순수한 형태라서 '산소를 네 개 다 공유한다'는 규칙이 그대로 보입니다. 장석은 규소 자리 일부를 알루미늄이 대신하고 그 자리에 다른 양이온이 들어와 구조가 한 단계 복잡합니다.

Q3규산염이 아닌 광물도 있나요?

있습니다. 석회암을 이루는 방해석(

CaC O_{3}

)은 탄산염 광물이고, 소금인 암염은 염화물 광물입니다. 다만 지각을 이루는 암석의 주된 성분은 대부분 규산염 광물입니다.

교육과정 2022 개정 · 고2 지구과학 · 지구의 역사와 한반도의 암석 수록 기본 (교육과정 단원)

출처 교육부 고시 제2022-33호 (2022 개정 교육과정) · NCIC 국가교육과정정보센터

오류 신고하기

구조를 알았으니, 이제 눈앞의 광물이 무엇인지 알아내는 방법으로 넘어갑니다. 광물의 물리적 성질에서 조흔색·굳기·벽개로 광물을 구별해 보세요.

전체 연결 구조가 궁금하다면

초3~고3 과학 646개 개념의 연결을 한 화면에서 탐색할 수 있습니다.

규산염 광물 지도에서 확인하기 →