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유기 광물

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목차

1. 개요

유기 광물은 생물 활동에 의존하지 않고 생성되는 유기물 중, 광물의 정의를 충족하는 물질을 의미한다. 유기 화합물은 탄소를 포함하는 화합물을 통칭하지만, 유기 광물은 탄소 산화물, 탄산염, 시안화물, 흑연, 다이아몬드 등과 같은 특정 탄소 함유 화합물을 포함하지 않는다. 유기 광물은 희귀하며, 유기산의 염, 탄화수소, 기타 유기 광물로 분류된다. 2009년 기준 40종 정도가 보고되었으며, 니켈-슈트룬츠 분류에서 유기 광물은 광물의 10가지 주요 분류 중 하나로 제안되었다.

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유기 광물
일반 정보
종류탄소 함유 광물
분류자연 발생 화합물
형태고체
구성 원소탄소, 수소, 산소, 질소, 황 등
구조다양한 분자 구조
생성
생성 환경생물학적, 지질학적 환경
생성 과정생물의 유기 물질 축적 및 변환
지질학적 과정에서의 탄소 화합물 형성
특징
독특한 특성일반적인 무기 광물과는 다른 물리화학적 특성
생물과의 연관성
희귀성일반적인 무기 광물에 비해 드물게 발견됨
예시
대표적인 유기 광물휘웰라이트 (Whewellite)
멜리하이트 (Mellite)
앰버 (Amber, 호박)
이반코바이트 (Evenkite)
활용
응용 분야과학 연구 (지질학, 생물학)
산업 (보석, 장식품)
기타퇴적암 연구에 활용
고생물 연구에 활용

2. 정의 및 역사

일반적으로 유기 화합물은 탄소를 포함하는 화합물이지만, 역사적인 이유로 몇몇은 예외이다. 1828년 이전에는 유기 화합물이 생명력을 필요로 한다고 생각했지만, 프리드리히 뵐러가 요소를 합성하면서 이 생각이 바뀌었다. 그러나 탄화물, 일산화 탄소, 이산화 탄소, 탄산염, 시안화물, 흑연, 다이아몬드 등은 여전히 무기물로 분류된다.[1][2]

유기 광물은 희귀하고 발견하기 어려우며, 종종 단열된 틈에서 껍질을 형성한다.[1][2] 유기 광물에 대한 초기 설명으로는 1793년의 멜리트, 1821년의 훔볼트광, 1832년의 이드리알라이트가 있다.[1][2]

2. 1. 정의

광물의 정의는 보통 "천연에서 산출되는 무기질로, 일정한 화학 조성과 결정 구조를 갖는 고체 물질"로 여겨진다. 그러나 천연에는 생물 활동에 의존하지 않고 생성되는 유기물도 존재하며, 이를 관례적으로 광물로 취급하는데, 이것이 유기 광물이다.[1][2]

한편, 호박, 석탄, 석유를 유기 광물로 분류하기도 하지만, 이들은 광물로 간주되지 않는 경우가 일반적이며, 따라서 유기 광물에 포함하지 않는 경우가 많다.

2. 2. 역사

일반적으로 유기 화합물은 탄소를 함유하는 모든 화합물로 정의되지만, 몇몇 화합물은 역사적인 이유로 예외로 둔다. 1828년 이전 화학자들은 유기 화합물과 무기 화합물이 근본적으로 다르다고 생각했으며, 유기 화합물은 살아있는 유기체에서만 얻을 수 있는 생명력을 필요로 했다. 그러다 프리드리히 뵐러가 요소를 시안산 암모늄이라는 무기 물질을 가열하여 합성하면서 유기 화합물도 무기적 과정을 통해 생성될 수 있음을 증명했다. 그럼에도 불구하고 이미 무기로 분류된 탄소 함유 화합물들은 재분류되지 않았다. 여기에는 탄화물, 일산화 탄소 및 이산화 탄소와 같은 단순한 탄소 산화물, 탄산염, 시안화물, 흑연, 다이아몬드와 같은 원소 탄소 광물이 포함된다.[1][2]

유기 광물은 희귀하며 발견하기 어렵고, 종종 단열된 틈에서 껍질을 형성한다.[1][2] 유기 광물에 대한 초기 설명으로는 1793년의 멜리트, 1821년의 훔볼트광, 1832년의 이드리알라이트가 있다.[1][2]

3. 분류

니켈-슈트룬츠 분류의 제안된 10판에 따르면[3], 유기 광물은 광물의 10가지 주요 분류 중 하나이며, 유기산의 염, 탄화수소, 기타 유기 광물의 세 가지 하위 분류로 나뉜다.[4]

3. 1. 유기산의 염

유기산염은 유기산이 염기와 결합된 화합물이다. 이러한 화합물 중 가장 큰 그룹은 옥살산염으로, 를 양이온과 결합시킨다. 많은 양의 옥살산염에는 물 분자가 결합되어 있는데, 웨델라이트, 웰라이트, 젬추즈니코바이트 등이 그 예시이다. 옥살산염은 특정 화석화된 생물학적 물질과 연관되는 경우가 많은데, 예를 들어 웨델라이트는 선인장, 옥사마이트는 조류의 구아노와 계란 껍질, 글루신스키테는 지衣, 훔볼트인, 스테파노바이트, 웰라이트는 낙엽과 관련이 있다. 나무 뿌리와 같은 식물 물질이 광석과 상호 작용하는 곳에서는 전이 금속을 포함하는 옥살산염(물루아이트, 위틀레이트)을 찾을 수 있다.[7]

다른 염으로는 포름산염 ()의 염인 포르미카이트와 다쉬코바이트, 아세트산염 ()의 염인 아세트아미드와 칼클라이트 등이 있다.[7] 요안니움광은 공식적으로 인정된 최초의 이소시아누레이트 광물이다.[8]

3. 2. 탄화수소

이름에서 알 수 있듯이, 탄화수소 광물은 전적으로 탄소와 수소로 구성되어 있다. 일부는 다환 방향족 탄화수소(PAH) 화합물의 무기 형태이다. 예를 들어, 카르파이트, 카르파타이트 또는 펜들턴나이트로 알려진 희귀 광물은 거의 순수한 코로넨이다. 카르파이트는 섬록암(화성암)과 셰일(퇴적암) 사이의 틈새에 옅은 노란색 조각으로 침착되며, 자외선 아래에서 아름다운 푸른색 형광으로 인해 높이 평가받는다.[5]

자외선 아래에서 카르파이트 광물의 푸른 형광


다른 PAH 화합물은 크라토흐빌라이트로서의 플루오렌, 라바타이트로서의 안트라센을 포함한다.[5][6][7] 다른 것들은 혼합물이다. 커티사이트는 디벤조플루오린, 피센, 크리센을 포함한 여러 PAH 화합물을 포함하고, 이드리알라이트의 가장 흔한 성분은 트리벤조플루오렌이다.[6] 그들의 형성에 대한 한 가지 이론은 PAH 화합물을 매장하여 열분해가 발생할 수 있는 온도에 도달하게 한 다음, 표면으로의 열수 수송을 거치는 것이며, 이때 침전되는 광물의 조성은 온도에 따라 달라진다.[6]

3. 3. 기타 유기 광물

니켈 포르피린은 헴(양이온으로 철을 포함하는 포르피린) 및 엽록소(마그네슘 양이온)와 같은 생체 분자와 밀접하게 관련되어 있지만, 생물학적 시스템 자체에서는 발생하지 않고, 오일 셰일의 균열 표면에서 발견된다.[7] 요소는 박쥐의 구아노와 소변에서 파생되며 매우 건조한 조건에서 광물로도 존재한다.[2] 다나와 슈트룬츠 분류에서 호박은 유기 광물로 간주되지만, 이 분류는 국제 광물 협회(IMA)의 승인을 받지 않았다.[9] 다른 자료에서는 결정 구조가 없기 때문에 이를 광물 유사물이라고 부른다.[10]

광물은 보통 "천연에서 산출되는 무기질로, 일정한 화학 조성과 결정 구조를 갖는 고체 물질"로 여겨지지만, 천연에는 생물 활동에 의존하지 않고 생성되는 유기물도 존재하며, 이를 관례적으로 광물로 취급하기도 한다.

호박(Amber), 석탄(Coal), 석유(Crude oil)를 유기 광물로 분류하기도 하지만, 이들은 광물로 간주되지 않는 경우가 일반적이며, 따라서 유기 광물에 포함하지 않는 경우가 많다.

유기 광물은 광물로 기재된 것은 적으며, 2009년 현재 4,700종 이상 존재하는 광물 중 40종 정도에 불과하다. 그렇기 때문에 보통은 규산염 광물 다음 위치에 놓인다.

다른 광물과 마찬가지로 음이온으로 종류를 분류할 수 있지만, 종류가 적기 때문에 보통 종류를 나누지는 않는다. 유기 광물 이외의 광물을 "무기 광물"로 정의하여 그것으로 대별하는 분류법도 있다.

4. 유기 광물 목록

한국어 명칭영어 명칭조성
아벨슨석AbelsoniteNiC31H32N4
자연 아세트아미드AcetamideCO(CH3)(NH2)
칼크라스석CalclaciteCa(CH3COO)Cl2{\cdot}2H2O
카오옥스석CaoxiteCa(C2O4){\cdot}3H2O
코스크렌석Coskrenite-(Ce)(Ce,Nd,La)2(SO4)2(C2O4){\cdot}8H2O
다슈코바석DashkovaiteMg(HCOO)2{\cdot}2H2O
얼랜드석EarlanditeCa3(C6H5O7){\cdot}4H2O
에반키석EvenkiteC24H50
피히텔석FichteliteC19H34
플래그스태프석FlagstaffiteC10H22O3
개미회석FormicaiteCa(HCOO)2
글루신스키석GlushinskiteMg(C2O4){\cdot}2H2O
자연 구아닌GuanineC5H3(NH2)N4O
하르트석HartiteC20H34
호엘라이트Hoelite(C6H4)2(CO)2
호건석HoganiteCu(CH3COO)2{\cdot}H2O
홋카이도석HokkaidoiteC22H12
훔볼트석HunboldtineFe(C2O4){\cdot}2H2O
이드리알석IdrialiteC22H14
카르파티테KarpatiteC24H12
클라드노석KladnoiteC6H4(CO)2NH
크라토흐빌석KratochviliteC13H10
레빈슨석Levinsonite-(Y) (Y,Nd,La)Al(SO4)2(C2O4){\cdot}12H2O
린드버그석LindbergiteMn(C2O4){\cdot}2H2O
밀랍석MelliteAl2[C6(COO)6]{\cdot}16H2O
밍구치석MinguzziteK3Fe(C2O4)3{\cdot}3H2O
물루석MoolooiteCu(C2O4){\cdot}nH2O (n<1)
옥살산나트륨석NatroxalateNa2C2O4
노브고로도바이트NovgorodovaiteCa2(C2O4)Cl2{\cdot}2H2O
옥살산암모늄석Oxammite(NH4)2(C2O4){\cdot}H2O
페이스석PaceiteCaCu(CH3COO)4{\cdot}6H2O
라바타이트RavatiteC14H10
레피키트RefikiteC19H31COOH
시모넬리석SimonelliteC19H24
스테파노프석StepanoviteNaMgFe(C2O4)3{\cdot}8-9H2O
요산석UriciteC5H4N4O3
자연 요소UreaCO(NH2)2
웨델석WeddelliteCa(C2O4){\cdot}2H2O
휘틀리석WheatleyiteNa2Cu(C2O4)2{\cdot}2H2O
옥살산칼슘석WhewelliteCa(C2O4){\cdot}H2O
ZhemchuzhnikoviteZhemchuzhnikoviteNaMg(Fe,Al)(C2O4)3{\cdot}8H2O
주크순스트석Zugshunstite-(Ce)(Ce,Nd,La)Al(SO4)2(C2O4){\cdot}8H2O


5. 탄소 광물 챌린지

국제광물학회(IMA)는 2016년 기준으로 10개의 탄화수소 광물, 10개의 기타 유기 광물, 21개의 옥살산염 및 24개 이상의 유기산염을 인정했다.[2][3] 로버트 헤이즌과 동료들은 희귀 사건의 대수(LNRE) 모델이라는 통계 기법을 사용하여 알려진 탄소 함유 광물의 종류를 분석하고, 최소 145개의 광물이 아직 발견되지 않았다고 예측했다. 많은 미발견 유기 광물은 다양한 양이온 치환을 통해 알려진 종과 관련될 수 있다. 헤이즌 등은 최소 3개의 PAH 결정 (피렌, 크리센 및 테트라센)이 광물로 발생해야 한다고 예측한다. 72개의 알려진 합성 옥살산염이 있으며, 그 중 일부는 특히 화석 유기체 근처에서 자연에서 발생할 수 있다.[7] 더 많은 탄소 광물의 발견을 장려하기 위해 심해 탄소 관측소는 탄소 광물 챌린지라는 이니셔티브를 시작했다.[11]

참조

[1] 서적 Chemistry for Today: General, Organic, and Biochemistry Cengage Learning 2013
[2] 서적 Minerals: Their Constitution and Origin Cambridge University Press 2016
[3] 논문 The standardisation of mineral group hierarchies: application to recent nomenclature proposals http://pubsites.uws.[...] 2017-09-08
[4] 웹사이트 Nickel-Strunz Classification – ORGANIC COMPOUNDS 10th edition https://www.mindat.o[...] Mindat.org and the Hudson Institute of Mineralogy 2017-09-08
[5] 논문 Nanostructural origin of blue fluorescence in the mineral karpatite 2017-08-29
[6] 서적 Analytical Chemistry of Polycyclic Aromatic Compounds Elsevier Science 1981
[7] 논문 Carbon mineral ecology: Predicting the undiscovered minerals of carbon http://www.geo.arizo[...] 2017-09-08
[8] 웹사이트 Joanneumite https://www.mindat.o[...] Hudson Institute of Mineralogy 2018-03-01
[9] 웹사이트 Amber Mineral Data http://webmineral.co[...] webmineral.com 2017-09-08
[10] 서적 Scientific methods and cultural heritage: an introduction to the application of materials science to archaeometry and conservation science Oxford University Press 2010
[11] 뉴스 Worldwide Hunt Begins for Missing Carbon Minerals https://www.scientif[...] 2017-09-08


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