규산염 광물

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1. 개요
2. 규산염 광물의 구조
참조

1. 개요

규산염 광물은 규소와 산소로 이루어진 광물로, 규소 사면체의 연결 방식에 따라 네소규산염, 소로규산염, 환상규산염, 사슬규산염, 층상규산염, 망상규산염 등 7가지 그룹으로 분류된다. 규산염 광물은 지구 지각의 주요 구성 성분이며, 석영, 장석, 운모, 점토 광물 등이 대표적이다. 이들은 건축 자재, 산업 원료 등 다양한 분야에서 활용된다.

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규산염 광물
개요
종류	광물
화학 계열	규산염
화학적 성분
화학식	SiO4를 포함하는 화합물
특성
결정계	다양함
모스 굳기계	다양함
색	다양함
벽개	다양함
광택	다양함
투명도	투명에서 불투명
비중	다양함
식별
관련 광물	조암 광물
기타 정보
구성 원소	산소 규소 알루미늄 마그네슘 철 칼슘 나트륨 칼륨 기타 원소
분류	네소규산염 광물 (독립사면체) 소로규산염 광물 (복사면체) 고리형 규산염 광물 (환상구조) 사슬형 규산염 광물 (단사슬) 복사슬형 규산염 광물 (복사슬) 판상 규산염 광물 (층상구조) 망상 규산염 광물 (3차원 망상구조)

2. 규산염 광물의 구조

규산염 광물은 일반적으로 [SiO_2+''n'']^2''n''−의 화학식을 갖는 부분 단위체로 구성된 무기 화합물이다. 규산염은 음이온으로 표현되기도 하지만, 실제로는 규산염 음이온의 전하 균형을 맞추기 위해 마그네슘(Mg²⁺), 철(Fe²⁺), 나트륨(Na⁺)과 같은 금속 양이온(M^''x''+)이 결합한다. 규산염과 금속 사이의 Si-O-M 결합은 강한 극성 공유 결합이다. 순수한 규산염 음이온([SiO_2+''n'']^2''n''−)은 무색이거나 미세 분말 상태에서 흰색이지만, 규산염 광물이 다양한 색을 나타내는 것은 주로 철과 같은 금속 성분 때문이다.

대부분의 규산염 광물에서 규소(Si) 원자는 4개의 산소(O) 원자에 둘러싸인 사면체 구조를 이룬다. 산소 원자는 일반적으로 여러 개의 규소 또는 다른 양이온과 결합하며, 두 개의 규소 중심을 연결하는 경우 산소의 배위수는 2가 된다.

일부 규산염 광물 구조에서는 규소(Si⁴⁺) 자리에 다른 원자가 치환되기도 한다. 대표적인 예가 알루미늄(Al³⁺)인데, 이렇게 규소보다 원자가가 낮은 원자가 치환되면 음이온의 전체 음전하가 커지므로, 전기적 중성을 맞추기 위해 추가 양이온이 필요하다. 예를 들어 정장석(KAlSi₃O₈)은 모든 산소 원자가 공유된 3차원 망 구조를 가진다. 만약 모든 사면체 중심이 규소라면 중성인 실리카(SiO₂) 구조가 될 것이다. 하지만 정장석에서는 4개의 규소 자리 중 하나가 알루미늄으로 치환되어 [AlSi₃O₈]⁻ 음이온을 형성하며, 이 음전하는 칼륨 양이온(K⁺)에 의해 중화된다.

광물학에서는 SiO₄ 사면체의 연결 방식에 따라 규산염 광물을 크게 7개의 주요 그룹으로 분류한다.^[4]^[5]

주요 그룹	구조	화학식	예시
네소규산염	독립된 규소 사면체	[SiO₄]⁴⁻	감람석, 가넷, 지르콘
소로규산염	이중 사면체	[Si₂O₇]⁶⁻	녹렴석, 멜릴라이트 그룹
환상규산염	고리	[Si_nO_3n]²ⁿ⁻	녹주석 그룹, 전기석 그룹
사슬규산염 (단일 사슬)	단일 사슬	[Si_nO_3n]²ⁿ⁻	휘석 그룹
사슬규산염 (이중 사슬)	이중 사슬	[Si_4nO_11n]⁶ⁿ⁻	각섬석 그룹
층상규산염	판상 (시트)	[Si_2nO_5n]²ⁿ⁻	운모 및 점토
망상규산염	3차원 골격	[Al_xSi_yO_(2x+2y)]^x−	석영, 장석, 제올라이트

2. 1. 네소규산염 (Orthosilicates)

네소규산염(nesosilicates) 또는 오르소규산염(orthosilicates)은 '섬'을 뜻하는 고대 그리스어 νῆσος|네소스^grc에서 유래한 이름으로, 오르소규산염 이온([SiO₄]^4-)을 기본 단위로 가진다. 이 구조의 가장 큰 특징은 [SiO₄]^4- 사면체가 서로 직접 결합하지 않고 독립적으로 존재하며, 주변의 양이온에 의해서만 서로 연결된다는 점이다. 이러한 구조 때문에 '섬 규산염'이라고도 불린다. 니켈-슈트룬츠 분류에서는 09.A로 분류된다.^[4]^[5]

정규규산염 음이온 [SiO₄]^4-. 회색 구는 규소 원자를 나타내고, 빨간 구는 산소 원자를 나타낸다.

주요 네소규산염 광물 군과 그 예시는 다음과 같다.

페나카이트 군
페나카이트 – Be₂SiO₄
윌레마이트 – Zn₂SiO₄
감람석 군
포스테라이트 – Mg₂SiO₄
파얄라이트 – Fe₂SiO₄
테프로아이트 – Mn₂SiO₄
석류석 군 (가넷 군)
파이로프 – Mg₃Al₂(SiO₄)₃
알만딘 – Fe₃Al₂(SiO₄)₃
스페사르틴 – Mn₃Al₂(SiO₄)₃
그로슐라 – Ca₃Al₂(SiO₄)₃
안드라다이트 – Ca₃Fe₂(SiO₄)₃
우바로바이트 – Ca₃Cr₂(SiO₄)₃
하이드로그로슐라 – Ca₃Al₂Si₂O₈(SiO₄)_3−''m''(OH)_4''m''
지르콘 군
지르콘 – ZrSiO₄
토라이트 – (Th,U)SiO₄
하프논 – (Hf,Zr)SiO₄

Al₂SiO₅ 군 (알루미늄 규산염)
홍주석 (안달루사이트) – Al₂SiO₅
남정석 (카이아나이트) – Al₂SiO₅
규선석 (실리마나이트) – Al₂SiO₅
듀모티에라이트 – Al_6.5–7BO₃(SiO₄)₃(O,OH)₃
황옥 (토파즈) – Al₂SiO₄(F,OH)₂
십자석 (스토롤라이트) – Fe₂Al₉(SiO₄)₄(O,OH)₂
휴마이트 군 – (Mg,Fe)₇(SiO₄)₃(F,OH)₂
노르베르기트 – Mg₃(SiO₄)(F,OH)₂
콘드로다이트 – Mg₅(SiO₄)₂(F,OH)₂
휴마이트 – Mg₇(SiO₄)₃(F,OH)₂
클리노휴마이트 – Mg₉(SiO₄)₄(F,OH)₂
데이톨라이트 – CaBSiO₄(OH)
티타나이트 (스핀) – CaTiSiO₅
클로리토이드 – (Fe,Mg,Mn)₂Al₄Si₂O₁₀(OH)₄
멀라이트 (포슬레인나이트) – Al₆Si₂O₁₃

2. 2. 소로규산염

소로규산염(sorosilicates)은 두 개의 규산염([SiO₄]⁴⁻) 사면체가 하나의 산소 원자를 공유하여 [Si₂O₇]⁶⁻ 이중 사면체 음이온을 형성하는 규산염 광물 그룹이다.^[4]^[5] 이 구조에서 규소 대 산소의 비율은 2:7이다. 소로규산염이라는 이름은 그리스어 σωρός|소로스^grc(sōros, '더미', '언덕')에서 유래했다. 니켈-슈트룬츠 분류 체계에서는 09.B로 분류된다.

대표적인 소로규산염 광물은 다음과 같다.

소르트베이타이트 – (Sc,Y)₂(Si₂O₇)
헤미모파이트 (칼라민) – Zn₄(Si₂O₇)(OH)₂·H₂O
로소나이트 – CaAl₂(Si₂O₇)(OH)₂·H₂O
액시나이트 – (Ca,Fe,Mn)₃Al₂(BO₃)(Si₄O₁₂)(OH)
일바이트 – CaFe^II₂Fe^IIIO(Si₂O₇)(OH)
녹렴석 그룹 (독립 사면체 [SiO₄]⁴⁻ 와 이중 사면체 [Si₂O₇]⁶⁻ 그룹을 모두 포함)
녹렴석 – Ca₂(Al,Fe)₃O(SiO₄)(Si₂O₇)(OH)
조이사이트 – Ca₂Al₃O(SiO₄)(Si₂O₇)(OH)
탄자나이트 – Ca₂Al₃O(SiO₄)(Si₂O₇)(OH)
클리노조이사이트 – Ca₂Al₃O(SiO₄)(Si₂O₇)(OH)
알라나이트 – Ca(Ce,La,Y,Ca)Al₂(Fe^II,Fe^III)O(SiO₄)(Si₂O₇)(OH)
돌라세이트-(Ce) – CaCeMg₂AlSi₃O₁₁F(OH)
베수비아나이트 (이드크라세) – Ca₁₀(Mg,Fe)₂Al₄(SiO₄)₅(Si₂O₇)₂(OH)₄

2. 3. 환상규산염 (Cyclosilicates)

환상 규산염(그리스어: κύκλος|킬로스^grc '원') 또는 고리 규산염은 3개 이상의 규산염 사면체([SiO₄]⁴⁻)가 고리 모양으로 연결된 구조를 가진다.^[4]^[5] 각 사면체는 두 개의 산소 원자를 인접한 사면체와 공유한다. 일반적인 화학식은 (Si_xO_3x)^2x−이며, 규소와 산소의 비율은 1:3이다. 하나 이상의 규소 원자가 다른 4배위 원자(예: 알루미늄)로 대체될 수도 있다. 이중 고리 구조를 가진 환상 규산염도 존재하며, 이 경우 화학식은 (Si_2xO_5x)^2x−이고 규소와 산소의 비율은 2:5이다. 니켈-스트룬츠 분류에서 환상 규산염은 09.C에 해당한다.

환상 규산염은 고리를 구성하는 사면체의 수에 따라 다양한 크기의 고리를 형성할 수 있다.

다음은 고리 크기별 환상 규산염의 몇 가지 예시이다.

환상 규산염 광물의 예시
고리 크기	유형	광물 이름	화학식
3원자 고리 ([Si₃O₉]⁶⁻)	단일 고리	베니토석	BaTi(Si₃O₉)
4원자 고리 ([Si₄O₁₂]⁸⁻)	단일 고리	파파고석	CaCuAlSi₂O₆(OH)₃
6원자 고리 ([Si₆O₁₈]¹²⁻)	단일 고리	녹주석	Be₃Al₂(Si₆O₁₈)
		바즈자이트	Be₃Sc₂(Si₆O₁₈)
		수길라이트	KNa₂(Fe,Mn,Al)₂Li₃Si₁₂O₃₀
		전기석	(Na,Ca)(Al,Li,Mg)₃(Al,Fe,Mn)₆(Si₆O₁₈)(BO₃)₃(OH)₄
		페초타이트	Cs(Be₂Li)Al₂Si₆O₁₈
		코디어라이트	(Mg,Fe)₂Al₄Si₅O₁₈
		세카닌나이트	(Fe²⁺,Mg)₂Al₄Si₅O₁₈
	이중 고리 ([Si₁₂O₃₀]¹²⁻)	밀라라이트	K₂Ca₄Al₂Be₄(Si₂₄O₆₀)H₂O
9원자 고리 ([Si₉O₂₇]¹⁸⁻)	단일 고리	유다이알라이트	Na₁₅Ca₆(Fe,Mn)₃Zr₃SiO(O,OH,H₂O)₃(Si₃O₉)₂(Si₉O₂₇)₂(OH,Cl)₂

액시나이트 그룹의 광물은 2개의 붕소(B) 사면체와 4개의 규소(Si) 사면체가 포함된 고리 구조를 가지는데, 이는 다른 6원자 고리 환상 규산염과 비교했을 때 매우 변형된 형태이다.

2. 4. 사슬규산염 (Inosilicates)

사슬규산염(그리스어 ἴς|is^grc, 속격 ἰνός|inos^grc, '섬유'라는 뜻)은 규산염 사면체가 사슬 형태로 서로 연결된 구조를 가진다. 이 사슬 구조는 크게 단일 사슬과 이중 사슬로 나뉜다.^[4]^[5] 니켈-슈트룬츠 분류에서는 09.D에 해당한다.

단일 사슬 구조: 규소와 산소의 비율이 1:3인 [SiO₃]^2n- 사슬이 평행하게 배열된 구조이다. 대표적인 광물 그룹은 휘석 그룹이다.
이중 사슬 구조: 두 개의 단일 사슬이 산소 원자를 공유하며 결합하여 형성된 구조로, 규소와 산소의 비율이 4:11인 [Si₄O₁₁]^6n- 사슬을 가진다. 대표적인 광물 그룹은 각섬석 그룹이다.

주요 사슬규산염 광물은 다음과 같다.

주요 사슬규산염 광물 목록
그룹	계열 또는 주요 광물	화학식
휘석 그룹 (단일 사슬)	엔스타타이트-오르토철휘석 계열
	엔스타타이트	MgSiO₃
	철휘석	FeSiO₃
	피조나이트	Ca_0.25(Mg,Fe)_1.75Si₂O₆
	다이옵사이드-헤덴버가이트 계열
	다이옵사이드	CaMgSi₂O₆
	헤덴버가이트	CaFeSi₂O₆
	오자이트	(Ca,Na)(Mg,Fe,Al)(Si,Al)₂O₆
	나트륨 휘석 계열
	경옥	NaAlSi₂O₆
	에기린 (애크마이트)	NaFe^IIISi₂O₆
	스포듀민	LiAlSi₂O₆
파이로스철석	(Fe,Ca)SiO₃
휘석족 그룹 (단일 사슬 변형)	월라스토나이트	CaSiO₃
	로도나이트	MnSiO₃
	펙톨라이트	NaCa₂(Si₃O₈)(OH)
각섬석 그룹 (이중 사슬)	안토필라이트	(Mg,Fe)₇Si₈O₂₂(OH)₂
	커밍토나이트 계열
	커밍토나이트	Fe₂Mg₅Si₈O₂₂(OH)₂
	그루네라이트	Fe₇Si₈O₂₂(OH)₂
	트레몰라이트 계열
	트레몰라이트	Ca₂Mg₅Si₈O₂₂(OH)₂
	액티노라이트	Ca₂(Mg,Fe)₅Si₈O₂₂(OH)₂
	호른블렌드	(Ca,Na)_2–3(Mg,Fe,Al)₅Si₆(Al,Si)₂O₂₂(OH)₂
	나트륨 각섬석 그룹
	글라우코판	Na₂Mg₃Al₂Si₈O₂₂(OH)₂
	리벡카이트 (석면)	Na₂Fe^II₃Fe^III₂Si₈O₂₂(OH)₂
아프베드소나이트	Na₃(Fe,Mg)₄FeSi₈O₂₂(OH)₂

사슬 규산염, 단사각섬석, 2-주기 이중 사슬 (Si₄O₁₁), 트레몰라이트

2. 5. 층상규산염 (Phyllosilicates)

'''층상 규산염'''(영어: Phyllosilicates, 그리스어: φύλλον|phýllon^grc '잎'에서 유래) 또는 '''엽상 규산염'''은 Si₂O₅ 또는 2:5의 비율로 규산염 사면체의 평행 층(sheet)을 형성하는 규산염 광물이다.^[4]^[5] 니켈-스트룬츠 분류 상으로는 09.E에 해당한다. 모든 층상 규산염 광물은 수화물이며, 물(H₂O) 또는 수산화물(OH) 그룹이 구조 내에 포함되어 있다.

층상 규산염 광물의 주요 예시는 다음과 같다.

사문석군 (Serpentine group)
*안티고라이트 (Antigorite) – Mg₃Si₂O₅(OH)₄
*크리소타일 (Chrysotile) – Mg₃Si₂O₅(OH)₄
*리자다이트 (Lizardite) – Mg₃Si₂O₅(OH)₄
점토 광물군 (Clay minerals group)
*1:1 점토 광물 (TO 구조)
**할로이사이트 (Halloysite) – Al₂Si₂O₅(OH)₄
**고령토 (Kaolinite) – Al₂Si₂O₅(OH)₄
*2:1 점토 광물 (TOT 구조)
**엽납석 (Pyrophyllite) – Al₂Si₄O₁₀(OH)₂
**활석 (Talc) – Mg₃Si₄O₁₀(OH)₂
**일라이트 (Illite) – (K,H₃O)(Al,Mg,Fe)₂(Si,Al)₄O₁₀[(OH)₂,(H₂O)]
**몬모릴로나이트 (Montmorillonite, 스멕타이트 Smectite) – (Na,Ca)_0.33(Al,Mg)₂Si₄O₁₀(OH)₂·''n''H₂O
**녹니석 (Chlorite) – (Mg,Fe)₃(Si,Al)₄O₁₀(OH)₂·(Mg,Fe)₃(OH)₆
**버미큘라이트 (Vermiculite) – (Mg,Fe,Al)₃(Al,Si)₄O₁₀(OH)₂·4H₂O
*기타 점토 광물
**해포석 (Sepiolite) – Mg₄Si₆O₁₅(OH)₂·6H₂O
**팔리고르스키 (Palygorskite 또는 아타펄자이트 Attapulgite) – (Mg,Al)₂Si₄O₁₀(OH)·4(H₂O)
운모군 (Mica group)
*흑운모 (Biotite) – K(Mg,Fe)₃(AlSi₃)O₁₀(OH)₂
*푸크사이트 (Fuchsite) – K(Al,Cr)₂(AlSi₃)O₁₀(OH)₂
*백운모 (Muscovite) – KAl₂(AlSi₃)O₁₀(OH)₂
*플로고파이트 (Phlogopite) – KMg₃(AlSi₃)O₁₀(OH)₂
*리튬운모 (Lepidolite) – K(Li,Al)_2–3(AlSi₃)O₁₀(OH)₂
*마가라이트 (Margarite) – CaAl₂(Al₂Si₂)O₁₀(OH)₂
*글라우코나이트 (Glauconite) – (K,Na)(Al,Mg,Fe)₂(Si,Al)₄O₁₀(OH)₂

2. 6. 망상규산염 (Tectosilicates)

망상 규산염(Tectosilicates^eng) 또는 골격 규산염(framework silicates^eng)은 규소(Si)와 산소(O)의 비율이 1:2인 SiO₄ 사면체가 3차원적인 뼈대 구조를 이루는 규산염 광물이다. 이 광물 그룹은 지구 지각 질량의 거의 75%를 차지할 정도로 흔하다.^[6] 망상 규산염에서 규소(Si⁴⁺) 자리에 알루미늄(Al³⁺)과 같이 원자가가 낮은 원자가 치환될 경우, 전하 균형을 맞추기 위해 추가적인 양이온이 구조 내에 포함될 수 있다. 석영 그룹을 제외한 대부분의 망상 규산염은 이러한 알루미늄 치환이 일어난 알루미노실리케이트이다. 니켈-스트룬츠 분류법 상으로는 09.F, 09.G 그룹 및 04.DA(석영/실리카 계열)로 분류된다.

달의 고지대, 데카르트 분화구 근처에서 아폴로 16호 우주 비행사가 수집한 달의 철함유 사장석.

주요 망상규산염 광물은 다음과 같다.

주요 망상규산염 광물 목록
그룹	하위 그룹	광물명	화학식
석영 군	-	석영 (Quartz)	SiO₂
		트리디마이트 (Tridymite)	SiO₂
		크리스토발라이트 (Cristobalite)	SiO₂
		코사이트 (Coesite)	SiO₂
		스티쇼바이트 (Stishovite)	SiO₂
		모가나이트 (Moganite)	SiO₂
		옥수 (Chalcedony)	SiO₂
장석 군 (Feldspar group)	알칼리 장석 (칼륨 장석)	미사장석 (Microcline)	KAlSi₃O₈
		정장석 (Orthoclase)	KAlSi₃O₈
		아노소클레이스 (Anorthoclase)	(Na,K)AlSi₃O₈
		사니딘 (Sanidine)	KAlSi₃O₈
	사장석 (Plagioclase feldspars)	조장석 (Albite)	NaAlSi₃O₈
		회조장석 (Oligoclase)	(Na,Ca)(Si,Al)₄O₈ (Na:Ca ≈ 4:1)
		중성장석 (Andesine)	(Na,Ca)(Si,Al)₄O₈ (Na:Ca ≈ 3:2)
		래브라도라이트 (Labradorite)	(Ca,Na)(Si,Al)₄O₈ (Na:Ca ≈ 2:3)
		아회장석 (Bytownite)	(Ca,Na)(Si,Al)₄O₈ (Na:Ca ≈ 1:4)
		회장석 (Anorthite)	CaAl₂Si₂O₈
		준장석 군 (Feldspathoid group)	-	노제안 (Nosean)	Na₈Al₆Si₆O₂₄(SO₄)
칸크리나이트 (Cancrinite)	Na₆Ca₂(CO₃,Al₆Si₆O₂₄)·2H₂O
백류석 (Leucite)	KAlSi₂O₆
하석 (Nepheline)	(Na,K)AlSiO₄
방소다석 (Sodalite)	Na₈(AlSiO₄)₆Cl₂
하우인 (Hauyne)	(Na,Ca)_4–8Al₆Si₆(O,S)₂₄(SO₄,Cl)_1–2
청금석 (Lazurite)	(Na,Ca)₈(AlSiO₄)₆(SO₄,S,Cl)₂
엽장석 (Petalite)	-	엽장석 (Petalite)	LiAlSi₄O₁₀
주석 군 (Scapolite group)	-	마리알라이트 (Marialite)	Na₄(AlSi₃O₈)₃(Cl₂,CO₃,SO₄)
주석 군 (Scapolite group)	-	메이오나이트 (Meionite)	Ca₄(Al₂Si₂O₈)₃(Cl₂CO₃,SO₄)
방비석 (Analcime)	-	방비석 (Analcime)	NaAlSi₂O₆·H₂O
제올라이트 군 (Zeolite group)	-	나트롤라이트 (Natrolite)	Na₂Al₂Si₃O₁₀·2H₂O
		에리오나이트 (Erionite)	(Na₂,K₂,Ca)₂Al₄Si₁₄O₃₆·15H₂O
		능비석 (Chabazite)	CaAl₂Si₄O₁₂·6H₂O
		휴란다이트 (Heulandite)	CaAl₂Si₇O₁₈·6H₂O
		휘비석 (Stilbite)	NaCa₂Al₅Si₁₃O₃₆·17H₂O
		스콜레사이트 (Scolecite)	CaAl₂Si₃O₁₀·3H₂O
		모르데나이트 (Mordenite)	(Ca,Na₂,K₂)Al₂Si₁₀O₂₄·7H₂O

참조

_[1] 웹사이트 Mineral - Silicates https://www.britanni[...] 2018-05-08
_[2] 서적 An introduction to the rock-forming minerals Longman
_[3] 서적 Manual of Mineralogy https://archive.org/[...] Wiley
_[4] 서적 An introduction to the rock forming minerals Longman
_[5] 서적 Manual of Mineralogy Wiley
_[6] 서적 Rock-forming minerals. Volume 4B. Framework silicates: silica minerals. Feldspathoids and the zeolites Geological Society of London

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