귀금속 보석공예사, 보석디자인 전공 등 보석 감정사 요점 정리 4. 보석의 결정학

4. 보석의 결정학

 

광물을 포함한 결정질 고체의 외형, 성질, 결정구조 등에 대해 연구하는 분야를 결정
학(結晶學, crystallography)이라고 한다. 대부분의 보석 물질은 결정질이므로 결정학
에 대한 기초 지식이 있으면 보석광물의 화학적, 광학적, 물리적, 결정 구조적 성질을
이해하는 데 많은 도움이 된다.

1. 결정
(1) 결정질과 비정질
고체를 구성하고 있는 원자들이 3차원적으로 일정한 방향으로 배열되어 있을 때, 이
를 결정질(結晶質, crystalline)이라고 한다. 결정질인 물체가 외부의 방해가 없는 이상
적인 환경에서 성장하면 원자들은 일정한 방식에 따라 배열하기 때문에 특정한 외형을
가지게 된다. 이와 같이 구성 원자나 이온들이 3차원적으로 규칙적인 배열에 의해 내부
적 규칙성이 외부적으로 나타난 다면체를 결정(結晶, crystal) 이라고 한다.
결정질 고체이긴 하지만 일정한 기하학적 외부 형태를 가지지 않는 경우가 있는데,
이를 괴상(塊狀, massive)이라고 한다. 화강암의 조암광물(造岩鑛物)로 나타나는 석영
(石英)은 일정한 기하학적 외형을 지니지 않고 있으므로 괴상 석영이지만, 화강암에 발
달한 정동(晶洞, geode)에서 발견되는 육방주(六方柱) 형태의 석영은 석영결정 또는 수
정(水晶)이라고 부른다.
그러나 몇몇 광물은 구성 원자들이 일정한 배열을 가지지 않는데, 이와 같은 물질의
상태를 비정질(非晶質, amorphous, 비결정질이라고도 함)이라 한다. 천연에서 산출되
는 비정질 물질은 흑요석과 오팔 등이 있다.

(2) 결정의 원자 배열
모든 물질은 그들의 원자 배열에 근거하여 결정질과 비정질로 나누어진다. 이때 결정
질은 원자 또는 분자의 적층(積層) 순서를 가지며, 각 단위세포가 동일하게 반복됨으로
써 특수한 구조 환경을 갖는 기하하적 외형을 이룬다.

 

그러나 비정질은 원자 또는 분자가 주기적으로 배열되지 못한다. 아래 그림은 결정
질과 비정질의 근본적인 차이를 보여준다.

a는 결정질, b는 비정질

 

 

(3) 결정의 대칭
완전한 결정 형태를 가진 광물결정을 자세히 관찰해 보면 모양이나 크기, 결정면의
위치, 기타 결정학적인 특징들이 균형을 이루고 있음을 알 수 있다. 결정의 외형은 내부
원자 구조의 균형적인 배열 방식에 의해 생기므로 결정의 균형은 원자 구조의 균형을 의
미한다. 이처럼 결정에 발달한 특징들이 균형을 이루는 것을 대칭(對稱, symmetry)이
라고 한다.
어떤 대상이 대칭 현상을 보여 주는 경우에 이 대칭 현상을 있게 하는 가상적 동작을
대칭조작(對稱操作)이라 하고, 대칭조작에 의해 대칭이 일어나게 하는 기하학적 요소를
대칭요소(對稱要素)라고 한다.
대칭요소에는 직선, 평면, 점이 있으며, 이들 요소에 대하여 대칭이 이루어졌을 때,
이를 각각 대칭축, 대칭면, 대칭심이라고 한다.

 

1) 대칭축
결정의 중심을 통과하는 가상적인 직선을 기준으로 한 바퀴(360°) 회전시킬 때, 결정
의 동일형태가 규칙적으로 반복되면 그 회전시킨 방향을 대칭축(對稱軸)이라 하고, A로
표시한다. 360° 회전하는 동안 동일한 모양이 1회, 2회, 3회, 4회 또는 6회 반복 될 수
있다. 이때 어떤 결정도 360°회전하면 적어도 1번 동일한 모양이 되풀이 되므로 1회 반
복되는 방향은 대칭축으로 간주하지 않는다. 따라서 대칭축에는 2회 대칭축, 3회 대칭
축, 4회 대칭축, 6회 대칭축만 있다. 대칭축의 특징과 표시법은 <표 1-2>와 같으며 보
석 광물에서 발견되는 대칭축의 예는아래 그림과 같다.

대칭축의 특징과 표시법

2) 대칭면
한 결정을 어떤 평면을 기준으로 양분했다고 가정할 때, 한쪽에 있는 결정의 특징(결
정면, 능, 우각 등)이 거울에 비친 것처럼 상대편에 동일하게 존재할 때, 이 절단면을 대
칭면(對稱面)이라고 한다.
그림과 같이 마분지로 직사각형을 만든 다음 점선 EF나 점선 GH를 따라
접으면 정확히 포개진다. 그러나, 점선 AC나 BD를 따라 접으면 포개지지 않는다. 이
때 평면 ABCD는 점선 EF와 GH를 따라 양분되며, 한쪽 부분은 다른 쪽의 반사상(反
射像)이 된다. 따라서 점선 EF와 GH는 대칭면이 되며, P(plane of symmetry) 또는
m(mirror plane) 등의 문자로 표시한다.
그림은 직육면체 결정에 존재하는 대칭면을 나타낸다. 대칭면의 수를 표시
할 때, 주어진 결정에 대칭면이 3개 있으면 ‘3P’ 또는 ‘3m’으로 표시한다. 대칭면의 수는
결정의 형태에 따라 변한다. 어떤 결정에는 대칭면이 없는 경우가 있다. 육면체 결정에
는 대칭면이 9개 있어 가장 많다.

3) 대칭심
아래와 같이 결정에 발달한 결정의 모든 특징(결정면, 능, 우각 등)들이 결정
내에 있는 한 점을 기준으로 같은 거리의 상대방 쪽에 반대 방향을 향하여 동일하게 존재할 때, 이 점을 대칭심(對稱心)이라고 한다. 대칭심은 C 또는 i로 표시한다. 대칭심은
결정 형태에 따라 하나 있거나 혹은 없다.
어떤 결정에 대칭심이 있는지 알 수 있는 쉬운 방법은 다음과 같다. 대칭심이 있는지
알아보기 위해서 결정에 발달한 각 결정면을 책상 면과 같은 수평면에 놓아 본다. 이때
밑에 놓인 결정면과 동일한 모양과 크기를 가지는 결정면이 위에 수평으로 각각 존재하
며, 또 방향도 반대이면 이 결정에는 대칭심이 있음을 알 수 있다. 유의할 점은 모든 결
정면이 이와 같은 현상을 나타내야 한다는 사실이다. [그림 1-26(a)]의 결정에는 대칭심
이 있으나, [그림 1-26(b)]의 경우는 위쪽에 있는 삼각형이 면 아래쪽에 수평으로 반복
되기는 하지만 방향이 같으므로 대칭심이 없게 된다.

(4) 결정축과 축각
1) 결정축과 축각
결정의 특징(결정면, 능, 우각 등)을 체계적으로 나타내기 위해 어떤 기준을 설정하는
데, 이때 사용하는 3개 또는 4개의 기준축(基準軸)을 결정축(結晶軸)이라고 한다.

결정축은 보통 3개 또는 4개로서 a, b, c로 나타내며, 이들은 결정 내의 한 점에서 교
차한다. a축은 전후축(前後軸), b축은 좌우축(左右軸), c축은 수직축(垂直軸)을 나타낸
다. a축은 앞쪽이 (+), 뒤쪽이 (-), b축은 오른쪽이 (+), 왼쪽이 (-), c축은 위쪽이 (+),
아래쪽이 (-)가 되도록 축의 방향을 잡는다. 축과 축이 이루는 각을 축각(軸角)이라고
하는데, b축과 c축이 이루는 각(b∧c)을 α, a축과 c축이 이루는 각(a∧c)을 β, a축과 b축
이 이루는 각(a∧b)을 γ로 표시한다.

2) 결정축을 설정하는 방법
결정에 발달한 특징을 나타내는데 기준이 되는 결정축을 설정하는 방법은 다음과 같
은 몇 가지 원칙이 있다.
① 대칭축이 존재할 때는 대칭축과 결정축을 일치시킨다. 만약 대칭 정도가 다른 대
칭축이 여러 방향으로 존재할 경우는 최대 대칭도를 가지는 대칭축과 결정축을 일
치시킨다. [그림 1-28(a)]와 같이 육면체에는 4회대칭축이 3개, 3회대칭축이 4개,
2회대칭축이 6개 존재한다. 따라서 세 결정축은 최대 대칭도를 가지는 4회대칭축
과 일치시키면 된다. 이때 세 결정축 a, b, c는 모두 동일하므로 a1, a2, a3로 표시한
다. [그림 1-28(b)]의 경우는 정사각형 기둥인데, 이 결정에는 4회대칭축 하나와 2
회대칭축이 4개 존재한다. 2회대칭축 2개는 면과 면 중심을 통과하며, 다른 2회축
2개는 능과 능의 중심을 통과하고 있다. 따라서 이 경우는 4회 대칭축을 따라 수직
방향의 c 결정축이 있도록 하고, 능과 능을 통과하는 2회대칭축을 따라 a축과 b축
이 자리 잡도록 하는 방법과, 면과 면 중심을 통과하는 2회대칭축을 따라 a축과 b
축이 자리 잡도록 하는 방법이 있다. 이와 같이 결정축을 설정하는 방법이 두 가지
있을 때, 모서리와 모서리를 잇는 방향을 결정축으로 선택하는 방법을 제 1방법, 면
과 면을 잇는 방향을 결정축으로 선택하는 방법을 제 2방법이라고 한다. 정방정계
에서는 a=b인 관계가 있으므로 a와 b축을 각각 a1과 a2로 표시한다.
② 대칭축이 없고 대칭면만 있는 경우는 대칭면에 수직되는 방향으로 결정축이 있도
록 하고, 대칭면도 없는 경우에는 가장 큰 면들끼리 만나서 만드는 능(稜)에 평행하
고 그 결정면을 가로지르도록 결정축을 잡는다.

2. 결정정계
모든 결정은 결정에 존재하는 대칭도에 따라 구분하면 7 정계(晶系, crystal system)
로 분류되고, 결정축의 상대적 길이와 축각에 의하여 구분하면 6 정계로 분류된다. 또한
대칭축, 대칭면, 대칭심 등의 대칭 3요소의 특징에 따라 32 정족(晶族)으로 나뉜다. 결
정축과 축각관계는 [그림 1-27]에서 이미 나타내었으며, 7 정계 분류는 다음과 같다.
(1) 등축정계
등축정계(等軸晶系, cubic 또는 isometric system)는 세 개의 결정축이 길이나 대칭
도에 있어서 동일하며 서로 직각을 이룬다. 세 결정축 a, b, c는 모두 같으므로 a=b=c
이며, 이를 다시 a1=a2=a3로 표현할 수 있다. 이때 a1은 전후축 a를, a2는 좌우축 b를,
a3은 수직축 c를 의미한다. 그리고 축각은 α=β=γ=90° 이다. 등축정계에 속하는 결정들
이 가지는 대칭 요소의 공통점은 4개의 3회대칭축을 가진다는 점이다. 그 밖의 대칭 요 소는 다를 수가 있다. 예를 들면 육면체에는 4개의 3회대칭축 외에도 3
개의 4회대칭축과 6개의 2회대칭축이 있다. 그리고 9개의 대칭면과 1개의 대칭심이 있
다. 그러나 조선(條線)이 발달한 황철석 결정에는 2회대칭축 3개와 3회
대칭축 4개, 3개의 대칭면과 대칭심이 있을 뿐이다. 등축정계의 대표적인 결정형으로는
육면체, 팔면체, 십이면체, 이십사면체 등이 있다. 이 정계에 속하는 보석 광물로는 다
이아몬드, 스피넬, 가닛, 소달라이트, 형석, 황철석 등이 있다.

 

등축정계의 결정

(2) 육방정계
육방정계(六方晶系, hexagonal system)에는 4개의 결정축이 있다. 동일한 세 개의
수평축(a1 ,a2 ,a3)이 한 평면에 있으며, 그 평면에 수직으로 결정축인 c축이 있다. 수평
축 세 개는 왼쪽 앞으로 향하는 축을 +a1, 좌우축 중 오른쪽을 +a2, 반시계 방향으로
120° 돌아가 +a3축이 있다. 따라서 세 축이 120°로 교차한다. 이 정계에 속하는 결정이
가지는 공통적인 대칭요소로는 6회대칭축이 하나 있으며 이것은 결정축 c 축과 일치한
다. 육방정계에 속하는 결정이 가질 수 있는 최대 대칭요소는 6회대칭축 1개, 2회대칭축
6개, 대칭면 7개, 대칭심이다. 이 정계에 속하는 보석광물로는 아파타이트(인회석), 베
릴, 베니토아이트 등이 있다.

등축정계의 결정

(3) 삼방정계
삼방정계(三方晶系, trigonal system 또는 rhombohedral system)는 육방정계와 동
일한 특징을 가진다. 과거에는 육방정계에 포함시켜 하나의 정계로 취급하였다. 삼방정
계는 결정축 c축이 3회대칭축인 점이 육방정계와 다르다. 7정계는 대칭축의 특징에 따
라 분류한 것이므로 육방정계와 삼방정계를 분리한 것이다. 삼방정계에 속하는 결정이
가질 수 있는 최대 대칭요소는 3회대칭축 1개, 2회대칭축 3개, 대칭면 3개, 대칭심이다.
이 정계에 속하는 보석광물로는 수정, 커런덤, 로도크로사이트, 투어멀린, 방해석 등이
있다.

수정

사파이어

루비

(4) 정방정계
정방정계(正方晶系, tetragonal system)에 속하는 결정에는 결정축이 3개 있으며 전
후축과 좌우축은 동일하나 수직축은 다르다. 따라서 a=b≠c 이며 세 축은 모두 서로 직
각이다(α=β=γ=90°). 정방정계의 결정은 대칭축의 종류와 개수, 대칭면의 개수, 대칭심
의 유무 등이 다를 수 있지만, 공통적으로 4회대칭축이 하나 존재한다. 이 축은 c 결정
축과 일치한다. 정방정계에 속하는 결정이 가질 수 있는 최대 대칭요소는 4회축이 1개,
2회축이 4개, 대칭면이 5개, 그리고 대칭심이 있다. 지르콘, 스카폴라이트, 루틸, 아이
도크레이즈 등이 이 정계에 속한다.

지르콘

(5) 사방정계
사방정계(斜方晶系, orthorhombic system)에는 서로 다른 결정축 세 개가 직각을 이
루고 있다. 즉 a≠b≠c, α=β=γ=90° 인 관계가 성립되는 결정축을 가진다. 사방정계는
공통적으로 서로 직각인 3개의 2회대칭축을 가지고 있다. 이 정계에 속하는 결정이 가
질 수 있는 최대 대칭요소는 2회대칭축이 3개, 대칭면이 3개, 대칭심이 있다. 이 정계에
속하는 보석광물로는 토파즈, 페리도트, 탄자나이트, 크리소베릴, 안달루사이트, 신할
라이트, 스토롤라이트(십자석) 등이 있다.

토파즈

페리도트

탄자나이트

(6) 단사정계
단사정계(單斜晶系, monoclinic system)에는 서로 다른 축이 세 개 있으며, a축과 b
축, b축과 c축은 서로 직교하고 있지만 c축과 a축은 직각이 아닌 비스듬한 각을 이루며
만난다. 즉 a≠b≠c, α=β=γ=90°, β≠90° 인 관계가 성립한다. 단사정계에 속하는 결정 들은 공통적으로 2회대칭축을 한 개 가진다. 이 정계에 속하는 결정이 가질 수 있는 최
대 대칭요소는 2회대칭축이 1개, 대칭면이 1개, 대칭심이 있다. 단사정계의 대표적인 결
정 모양은 직육면체 기둥의 앞쪽 모서리를 아래로 약간 눌러 찌그러진 형태이다. 이 정
계에 속하는 보석광물은 스포듀민, 공작석, 연옥, 문스톤 등이다.

스포듀민

(7) 삼사정계
삼사정계(三斜晶系, triclinic system)에는 서로 다른 결정축이 세 개 있으며 모두 직
각이 아닌 비스듬한 각을 이루고 있다. 즉 a≠b≠c, α≠β≠γ≠90° 인 관계가 성립되는
결정축을 가진다. 이 정계에 속하는 결정에는 대칭축과 대칭면이 없으며, 대칭심만 존
재할 수 있다. 삼사정계의 대표적인 결정 형태는 직육면체 결정을 상하 좌우 양쪽에서
약간 찌그러뜨린 형태이다. 아마조나이트, 로도나이트(장미휘석), 알바이트(조장석), 액
시나이트, 터키석 등이 이 정계에 속한다.

아마조나이트

3. 결정형
결정형(結晶形, crystal form)이란 결정의 외형을 이루고 있는 결정면들의 집합체를
말한다. 다면체에 있어서 동일한 종류의 면들의 집합을 하나의 결정형이라고 부른다.
한 결정형에 속하려면 결정면의 크기와 모양이 같아야 하고 이들이 대칭요소에 의해 서
로 연관되어야 한다. 정육면체(cube) 결정에서는 결정면이 모두 6개이며 모두가 똑같은
크기와 모양을 가진 면이다. 따라서 정육면체는 전체가 하나의 결정형이다. 이집트의
사막에 세워져 있는 피라미드는 4개의 똑같은 크기의 삼각형 면으로 구성되어 있는데,
결정에도 이와 비슷한 형태의 결정이 있으며 4면이 합쳐져서 추(錐, pyramid)라는 결정
형을 이루고 있다.

(1) 폐형과 개형
결정이 한 가지 종류의 결정형으로만 구성되어 있으면, 이를 단형(單形, simple
form)이라고 하고, 두 가지 또는 그 이상의 종류의 결정형이 결합하여 있으면 이를 취
형(聚形, combination)이라고 한다. 한 종류의 결정면으로 결정이
완전히 둘러싸여질 때 이 결정형을 폐형(閉形, closed form)이라고 하고, 정방주처럼 한
종류의 결정면으로는 공간이 완전히 밀폐되지 못할 때 이와 같은 결정형을 개형(開形,
open form)이라고 한다. 육면체와 팔면체, 육면체와 사면체의 폐형의 취
형을 보여 준다.

폐형과 개형

폐형의 취형

(2) 결정형의 종류
결정형의 종류와 명명 방법은 등축정계와 비등축정계(非等軸晶系)에 있어서 서로 근
본적으로 다르다. 비등축정계에 존재하는 결정형은 33가지이며 폐형 또는 개형이다. 등
축정계에 존재하는 결정형은 15가지이며 모두 폐형이다.

1) 비등축정계의 주요 결정형
① 단면형(單面形, pedion) : 단 한 개의 결정면으로 이루어진 결정형이다. 보통 개형
을 폐쇄하는데 필요하다.
② 탁(卓, pinacoid) : 서로 평행한 두 개의 동일한 결정면으로 구성된 결정형이다. 보
통 1개의 결정축과 교차한다.
③ 비(庇, dome) : 서로 기울어진 두 개의 동일한 결정면으로 구성된 결정형으로서
대칭면 양쪽에 존재한다.
④ 설(榍, sphenoid) : 서로 기울어진 두 개의 동일한 결정면으로 구성된 결정형으로
서 2회대칭축 양쪽에 존재한다.
⑤ 주(柱, prism) : 3, 4 또는 6면으로 구성된 결정형으로서 c축에 평행하게 발달한다.
c축이 3회대칭축이면 3방주(三方柱), 4회축이면 정방주(正方柱), 6회축이면 6방주
(六方柱)라고 한다.

⑥ 추(錐, pyramid) : 한 점에서 만나면서 서로 평행하지 않은 3, 4 또는 6면으로 구
성되어있는 결정형으로서 3회대칭축이 있으면 삼방추(三方錐), 4회대칭축이 있으
면 정방추(正方錐), 6회축이 있으면 육방추(六方椎)가 된다.

 

2) 등축정계의 주요 결정형
① 정육면체(正六面體, cube) : 6개의 정사각형 결정면으로 된 결정형으로 육면체라
고도 한다.
② 팔면체(八面體, octahedron) : 8개의 정삼각형 면으로 된 결정형이다.
③ 십이면체(十二面體, dodecahedron) : 평행사변형인 12개 면으로 되어있는 결정형
이다.

 

(3) 정벽
광물은 종류에 따라 그 모양이 여러 가지로 나타나는데, 동일 광물의 결정을 여러 개
놓고 비교해 보아도 면의 수는 같아도 외형이 약간씩 다른 것이 일반적이다. 이는 각 면
들의 상대적인 발달 정도의 차이 때문이다. 이와 같이 광물이 성장할 때 나타나는 결정
의 외형을 정벽(晶癖, habit)이라고 한다.
정벽은 한 종류의 결정형만을 가지는 광물에서
도 면들의 상대적인 성장 속도에 따라 달라질 수 있다. 3개의 결정축을 따라 거의 같
은 속도로 결정이 성장하면 정육면체 모양이, 수직 방향으로 빨리 성장하면 주상(柱
狀, prismatic)이, 주상이 극도에 달하면 침상(針狀, acicular)이 된다. 또한 서로 평행
한 한 쌍의 면이 다른 결정면들에 비해 훨씬 빨리 성장하면 납작한 모양의 판상(板狀,
tabular)이 만들어지고, 그 판상이 극도에 달하면 엽상(葉狀, lamellar)이 된다. 광물에
따라 어떤 특정한 정벽으로 성장하려는 경향이 있는데 그 몇 가지 예는 다음과 같다. 다
이아몬드의 일반적인 정벽은 팔면체 방해석의 일반적인 정벽은 능면체
이며[그림 1-40의 31] 사파이어의 일반적인 정벽은 양추또는 납작한
판상육방주이고, 투어멀린의 일반적인 정벽은 삼방주이다.

 

(4) 쌍정
동일한 광물 두 개 또는 그 이상의 결정이 함께 성장된 것으로서 이들이 서로 일정한
결정학적 관계를 갖고 결합하여 있는 것을 쌍정(雙晶, twin crystal)이라고 한다. 쌍정
은 인접한 양쪽 결정이 서로 쌍정면에 의해 결합되어 있는 것처럼 보이거나, 두 결정의
공통되는 한 방향(쌍정축)을 기준으로 한 쪽 결정을 180° 회전시켜 놓은 것처럼 보인다.

 

1) 접촉쌍정
쌍정을 이루는 양쪽 부분이 하나의 면으로 접하면 이를 접촉쌍정(接觸雙晶, contact
twin)이라고 한다. 한 쪽 결정을 쌍정면을 따라 180° 회전시키면 두 결정이 쌍정을 이루
지 않은 하나의 결정 모양을 나타내게 된다. 다이아몬드, 스피넬, 석고, 커시터라이트,
방해석, 사장석과 같은 보석광물에서 자주 발견된다

접촉쌍정

2) 투입쌍정
두 광물 결정 개체가 마치 서로 관통하여 있는 것 같은 모양을 가지는 쌍정을 투입쌍
정(透入雙晶, penetration twin)이라고 한다. 이 쌍정은 실제로 두 결정 개체가 서로 투
입되어 있는 것이 아니라, 쌍정 내 한 점으로부터 우연히 두 방향으로 결정이 동시에 성
장하기 때문에 생긴 것이다. 형석, 문스톤, 스토롤라이트(십자석)에서 자주 발견되는 형
태이다

3) 반복쌍정
접촉쌍정이 여러 개 반복되는 형태를 반복쌍정(反復雙晶, repeated twin)이라고 한
다. 특히 쌍정면이 서로 평행할 때 이를 취편쌍정(聚片雙晶, polysynthetic twin)이라고
하며, 쌍정면이 서로 평행하지 않을 경우 윤좌쌍정(輪座雙晶, cyclic twin)이라고 한다

(4) 쌍정의 생성 원리
1) 성장쌍정
성장쌍정(成長雙晶, growth twin)은 결정이 성장할 때 원자나 이온들의 배열 방향이
우연히 변함으로써 만들어지는 것을 말한다. 접촉쌍정과 투입쌍정이 모두 여기에 속한
다.
2) 전이쌍정
전이쌍정(轉移雙晶, transformation twin)은 높은 온도에서 만들어진 결정이 낮은
온도로 냉각되면 높은 온도에서 안정했던 결정구조가 변형되게 된다. 이와 같은 원인으
로 만들어진 쌍정을 말한다. 석영에서 흔히 나타난다.
3) 역학적 쌍정
역학적 쌍정(力學的 雙晶, mechanical twin)은 결정이 만들어진 후 외부로부터 큰 기
계적 힘을 받아서 원자들이 한 방향으로 이동할 때 생기는 쌍정이다.

 

(5) 다결정질과 미정질 광물
어떤 광물은 미세한 결정들의 집합체로 산출되는데, 이런 다수 광물의 집합 상태를
다결정질(多結晶質, polycrystalline)이라 한다. 다결정질 광물 집합체를 구성하는 광물
입자의 크기가 너무 작아서 육안으로는 구분하기 어렵지만 현미경으로는 구분이 가능할
때 이를 미정질(微晶質, microcrystalline, 미결정질이라고도 함)이라고 한다. 비취, 연
옥 등이 여기에 속한다. 육안으로는 물론이고 현미경으로도 잘 구별되지 않고, 다만 전
자현미경으로만 구별이 가능한 상태의 것을 은미정질(隱微晶質, cryptocrystalline, 은
미결정질이라고도 함)이라고 하며 칼세도니가 그 좋은 예이다.

(6) 동질이상과 유질동상
동일한 화학성분을 가지고 있는 광물이라도 주변 온도와 압력 조건에 맞는 안정된 형
태의 결정구조를 가지려고 한다. 그 예로서, 탄소로 된 다이아몬드는 고온, 고압 환경에
서 안정한 등축정계의 결정구조를 갖는 반면, 같은 탄소로 구성된 흑연은 저온, 저압 환
경에서 안정한 육방정계의 결정구조를 갖는 광물로 존재한다. 이처럼 동일한 화학성분
을 가진 광물이라도 성장하는 환경에 따라서 결정구조가 서로 다를 때 이들을 동질이상
(同質異像, polymorphism)인 관계라고 말한다. 탄산칼슘(CaCO3)의 화학성분을 가진
칼사이트와 아라고나이트, 이황화철(FeS2)의 화학성분을 가진 황철석과 백철석 등은 서
로 동질이상인 관계의 광물이다.
화학성분은 서로 다르지만 원자들의 배열방식이 동일하며 그 때문에 결정의 외형이
동일하거나 또는 거의 같은 광물도 있다. 방해석(CaCO3)과 로도크로사이트(MnCO3)는
모두 삼방정계의 결정구조를 가지며 능면체 형태로 성장한다. 이처럼 화학성분은 다르
지만 결정구조가 동일하여 외관상 동일한 결정 형태로 산출되는 광물들을 유질동상(類
質同像, isomorphism) 또는 동형(同形)인 관계에 있다고 말한다. 또한 어떤 광물의 화
학성분의 일부가 비슷한 성질을 가지는 다른 원소에 의해 일부 또는 전부가 치환되는 과
정에서 원래의 결정구조는 그대로 유지되는 경우가 있는데, 이를 동형치환(同形置換,
isomorphous replacement) 이라고 한다. 페리도트는 포스테라이트(MgSiO4)와 훼얄
라이트(FeSiO4)의 화학성분 중 Mg와 Fe가 서로 치환하여 만들어진 광물인데, 그럼에도
불구하고 결정구조는 본래의 사방정계가 그대로 유지된다. 사장석, 가닛, 연옥 등도 여
기에 해당된다.

 

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