광 물 (Minerals) 광물의 정의 원자 원자의 구조 결정구조 이온 치환 (고용체) 광물의 조성 광물의 성질 광물의 정의 • • • • 자연에서 산출되는 것 일반적으로 고체 뚜렷한 화학조성 (같은 광물은 같은 화학조성을 가진다) 특징적인 결정구조 (광물 내에서 원자들이 질서정연한 배열을 한다) Examples 유리(glass) – 자연산이며 고체이지만, 화학조성이 항상 같지 않고 또 결정구조를 갖지 않는다. 따라서 광물이 아니다. 얼음(ice) – 자연산이며 고체이고, 뚜렷한 화학조성(H2O)을 가지며 고체일 때는 결정구조를 가진다. 얼음은 광물이지만, 물은 아니다. 소금 - 광물이다 원자 • 원자는 화학적 원소를 구성한다. 원소는 거의 같은 원자들을 가진다. • 하나의 원자는 세 개의 다른 입자로 구성된다. 양성자(proton) – 양의 전하, 핵(nucleus)이라 불리는 원자의 중심에 위치한다. 전자(electron) – 음의 전하, 핵 주위에서 구름의 궤도를 이룬다. 중성자(neutron) – 전하는 없고, 핵에 위치한다. • 각 원소는 같은 수의 양성자와 같은 수의 전자를 가진다. 양성자의 수 = 전자의 수 양성자의 수 = 원자번호 양성자의 수 + 중성자의 수 = 원자 질량 • 동위원소는 같은 원소이지만 중성자의 수가 다르다. 어떤 동위원소는 방사성으로 인해 불안정하다. 예: K는 19개의 양성자를 가진다. 따라서 K의 원자번호는 19이다. 어떤 K원자는 중성자 20개, 또 어떤 것은 21개, 또 22개를 가진다. 따라서 K의 원자질량은 39, 40, 41이 된다. 40K 는 방사성 붕괴를 하여 40Ar과 40Ca로 변한다. 원자의 구조(1) • 핵 주위의 전자궤도는 다른 각(shell)을 가지고, 안쪽에서부터 K, L, M, N 등으로 불린다. • 하나의 각은 일정한 수의 전자를 가진다. K각은 2개, L각은 8개, M각은 18개, N각은 32개의 전자를 가진다. • 전자의 수 = 2n2 n=1이면 K각, n=2면 L각, n=3이면 M각 등 원자의 구조(2) • 원자에 대한 안정한 전자배열은 바깥쪽 각이 전부 채워졌을 경우다. 따라서 원자들은 안정한 배열을 위해 전자를 잃기도 얻기도 한다. • 희가스(noble gas)는 바깥쪽 각이 모두 채워져 있어 안정하다. 예: He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn • Na, K와 같은 것들은 전자를 잃는다. 때문에 전하가 ‘+’가 된다. ‘+’의 전하를 가진 원자를 양이온이라 한다. • F, Cl, O 등의 원소들은 전자를 얻고, 전하가 ‘-’가 된다. ‘-’의 전하를 가진 원자를 음이온이라 한다. 원자의 구조(3) 바깥쪽 각에서 안정한 전자배열을 갖기 위해 때때로 반대 전하의 이온들이 서로 결합한다. 결합의 종류 이온결합 – 반대 전하의 이온들끼리 서로 끌어당긴다 예: Na+1과 Cl-1. 결합하여 NaCl이 된다. 공유경합 – 둘 이상의 원자들 사이에서 전자가 공유되어 각 원자는 안정한 전자배열을 가진다. 예: H는 1개의 전자를 가져 안정하기 위해서는 1개 더 필요하다. O는 외각에 6개의 전자를 가져 2개 더 필요하다. 따라서 2개의 H 원자가 1개의 O 원자와 결합하여 H2O를 이루어 모든 원자들이 전자를 공유하고, 각 원자는 안정한 전자배열을 금속결합 – 공유결합과 비슷하지만, 가장 안쪽 전자들도 공유된다. 이 결합의 물질에서는 원자들이 자유롭게 이 원자 저 원자를 이동하면서 항상 공유된다. 금속결합의 물질들은 전자들이 물질 내를 자유롭게 이동하기 때문에 아주 훌륭한 전기전 반데르발스결합 – 전자를 공유하거나 이동하지 않는 약한 결합. 어떤 부분에서 물질이 쉽게 부셔진다(쪼개짐). 좋은 예는 흑연이다. 광물에는 다양한 종류의 결합이 있고, 이 때문에 광물의 물리적 성질이 결정된다.