광물학, 鑛物學, mineralogy
물리학·화학 및 지질학과 밀접한 관련을 갖고 있다. 광물을 연구하려면 물리학 및 화학의 기본지식이 필요하며, 광물학의 연구 결과는 지질학 연구에 이용된다. 광물학은 여러 분야를 내포하고 있어서 결정의 형태와 결정구조를 연구하는 결정학(結晶學), 광물의 화학조성에 관하여 연구하는 광물화학, 광물의 물리적 성질을 연구하는 광물물리학, 광물의 화학조성과 결정구조와의 관계를 연구하는 결정화학, 광물의 체계적 분류를 연구하는 광물기재학, 광물의 생성에 관하여 연구하는 광물생성학, 광물의 경제적 이용에 관하여 연구하는 응용광물학 등이 있다.
최근에 와서 우주광물학·환경광물학·해양광물학·생체광물학 등의 용어도 사용되고 있다. 광물을 연구하려면, 우선 광물이 산출되는 지질환경에 대해 관찰을 해야 하고, 서로 공존하는 광물의 종류를 밝혀야 한다.
광물의 결정형태를 쌍안 입체현미경으로 관찰하고, 편광현미경 및 광석현미경을 사용하여 광학적 성질과 조직을 밝힌다. 현미경으로도 잘 관찰이 되지 않는 세립질(細粒質)광물은 전자현미경으로 연구한다. 광물을 정확히 감정하려면 X선회절분석이나 화학분석을 해야 한다. 광물의 화학분석은 최근에는 X선형광분석기·원자흡수분광분석기·전자현미경분석기와 같은 최신 분석기기가 개발되어 단시간에 정확한 분석을 할 수 있게 되었다.
광물의 결정구조를 연구하기 위해서는 분말사진법·단결정사진법(회절사진·바이젠버거사진·프리세션사진) 등을 사용하여 해석하며, 최근에는 컴퓨터에 의한 결정구조해석도 가능하게 되었다. 광물의 물리적 성질연구를 위해서는 졸리 천칭(天秤)·버만 천칭에 의한 비중 측정, 열분석기에 의한 시차열분석·열중량 분석, 그리고 최근에는 적외선흡수분광분석·라만분광분석 등과 같은 분광학적 방법이 광물연구에 사용된다.
광물학 정의
⑴ 지각을 구성하는 물질의 기본 단위
⑵ 정의 1. 자연적·천연적으로 만들어진 무기화합물 또는 단체
① 예외 : 석탄
② 인조 다이아몬드는 광물이 아님
⑶ 정의 2. 상온에서 고체
① 예외 : 수은
⑷ 정의 3. 화학성분이 일정하거나 한정된 범위 안에서 변함
① 고용체는 한정된 범위에서 변함
⑸ 정의 4. 일정한 결정구조를 가짐
① 같은 종류의 광물은 내부 원자나 이온 배열이 같음
② 예외 : opal 단백석은 물을 함유하는 석영으로 물 함유량에 따라 결정구조가 약간 달라짐
⑹ 정의 5. 무기물
① 예외 : 석유, 산호초
⑺ 정의 6. 각각의 예외는 준광물로서 넓은 의미의 광물로 간주
① 흑요석, 부석도 넓은 의미의 광물임
광물학 구조
⑴ 결정질과 비결정질
① 라우에 반점 : 광물의 내부 구조를 알아내는 X선 회절분석법
② 결정 : 분자가 규칙있게 배열되어 규칙적인 외형을 이루는 것
③ 결정질 광물 : 광물을 이루는 원자와 이온의 배열이 규칙적인 것
○ 라우에 반점 결과 반점이 규칙적
④ 비결정질 광물 : 광물을 이루는 원자와 이온의 배열이 불규칙적인 것
○ 라우에 반점 결과 반점이 불규칙적
⑵ 결정의 규칙성
① 결정의 3요소 : 결정면(F), 능(E), 우각(S)
② 법칙 1. 오일러의 법칙 : F + S = E + 2
③ 법칙 2. 면각 일정의 법칙
○ 면각 : 입접하는 두 결정면에 내린 수선 사이의 각
○ 같은 종류의 광물에서 대응하는 면각은 항상 같음
○ 도구 : 접촉 측각기, 반사 측각기
④ 6정계 : 결정축의 길이(축률)와 축과 축의 각(축각)에 따라 분류
○ 등축정계(입방체) : 정육면체
○ 예 : 금강석, 암염, 형석, 황철석, 석류석(운모편암), 방연석 등
○ 정방정계 : 정사각형을 밑면으로 하는 기둥
○ 예 : 저콘, 황동석 등
○ 육방정계
○ 예 : 방해석, 석영, 흑연 등
○ 사방정계 : 일반적인 직육면체
○ 예 : 감람석, 유황, 홍주석 등
○ 단사정계 : 자연상에서 가장 풍부
○ 예 : 정장석, 운모, 각섬석, 활석 등
○ 삼사정계
○ 예 : 사장석, 남정석 등
⑶ 결정의 성장
① 결정의 성장은 성장 환경, 결정 방향성 등에 영향을 받음
② 결정의 성숙도에 따라 자형, 반자형, 타형으로 나뉨
○ 모든 광물은 결정형을 가지고 있음
○ 자형 → 반자형 → 타형 순으로 결정이 형성되며 타형은 결정을 형성할 공간을 잃어 고유의 구조가 가려짐
③ 결정의 대칭 : 그 결정을 돌렸을 때 원래 모양이 몇 번 겹치느냐
⑷ 조암광물
① 실제로 암석을 이루는 30여 종에 남짓한 광물
② 7대 규산염 광물 : 사장석 > 석영 > 휘석 > 각섬석 > 운모 > 감람석 > 정장석 (12%)
③ 규산염 광물의 기본구조는 SiO44- 사면체에 (+) 이온이 결합한 구조
④ 규산염 광물의 결정구조
○ 단독형 (예 : 감람석 등)
○ 쪼개짐, 풍화 小
○ 공유산소 없음
○ Si : O = 1 : 4
○ 사슬형 1. 휘석
○ 쪼개짐, 풍화 中
○ 공유산소 2개
○ Si : O = 1 : 3
○ 사슬형 2. 각섬석
○ 쪼개짐, 풍화 中
○ 공유산소 2 ~ 3개
○ Si : O = 4 : 11
○ 판상형 (예 : 흑운모)
○ 쪼개짐, 풍화 大
○ 공유산소 3개
○ Si : O = 2 : 5
○ 입체형 (예 : 석영, 장석)
○ 공유산소 4개
○ Si : O = 1 : 2