강옥
한자: 鋼玉
영어: Corundum
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▲ 붉고 기둥 모양으로 자란 결정이 강옥[1]
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상당히 단순한 화학식 덕택에 구조도 그리 복잡하지는 않다. 그러나 SiO2 광물(석영)과 마찬가지로 의외로 대칭성이 낮다. 강옥도 얼핏 육방정계 같은 모습을 하나, 6회축이 부족하여 삼방정계에 그친다. Z축에 대해 상당히 길게 자라, 보통 기둥 모양(주상)으로 자라는 것을 볼 수 있으며 특히 육각기둥 모양으로 자란 것이 흔히 알려진 모습이다. 이 산화 알루미늄은 알파와 베타, 두 가지 동질 이상 결정 구조가 존재하는데, 자연계에서는 알파-산화 알루미늄만이 발견된다. 즉, 강옥은 알파-산화 알루미늄의 광물이 된다.
성분상 거의 순수하게 알루미늄과 산소로 되어 있을 것 같지만, 의외로 불순물의 함량이 높은 것이 많다. 특히 철, 크롬, 티타늄 등 전이원소의 함량이 높은데, 이들은 실제 자연계에서 알루미늄을 치환하는 것이 비교적 용이한 이온들이다. 함량에 따라 다양한 단종이 있을 것 같지만, 불순물의 함량이 구조에 따라 규칙적으로 일어나는 현상이 아니기 때문에 세분되는 단종은 없다. 그렇지만 보석학에서 다루는 이름, 즉 루비와 사파이어 두 가지의 구분이 있다. '''루비는 크롬의 함량이 높아지면서 적색, 보랏빛을 띠는 강옥을 말하며, 사파이어는 그렇지 않은 나머지 강옥에 해당하는 이름이다.'''
학생들은 강옥이라는 이름을 모스 굳기계에서 접해보게 된다. 모스 굳기계에서 강옥은 굳기 9[2]라는 높은 값을 갖는다. 높은 용융점(섭씨 2044도), 강한 굳기에서 짐작할 수 있듯이 이 광물이 만들어지는 환경은 극한의 환경, 즉 변성환경이다. 다양한 환경에서 강옥이 보고되어 있지만, 가장 대표적인 생성 환경은 초고온 변성(UHT) 환경이다. 알루미늄이 풍부한 퇴적암질 모암(pelitic protolith)이 백립암상의 변성을 받으면, 강옥이 자라는 것이 잘 알려져 있다. 그렇지만 알루미늄이 많이 들어있다면, 초고압 변성암인 에클로자이트에서도 발견되며, 금강석 결정 안에 루비가 들어있기도 하다. 하부지각의 고압 환경에서 만들어진 암석에서 강옥이 발견된다. 또한 규산염 함량이 낮은 혼펠스나 광역변성작용을 받은 보크사이트에서도 찾아볼 수 있다.
열역학적으로, 마그마에서 알루미늄 함량이 조금 높아지면 용융점이 급격하게 상승한다. 강옥이 만들어지기 위해서는 (당연하게도) 상당한 양의 추가 알루미늄이 있어야하는데, 이러한 이유로 마그마에서는 이러한 과량의 알루미늄은 존재하기 어렵다. 마그마에 들어 있는 알루미늄은 대부분 장석과 황옥 정도에서 해결된다. 그래서 화성 기원의 강옥은 정출 그 자체로 보기는 어렵다. 추가적인 과정을 통해 알루미늄이 고온에서 농집될 수 있는 환경이 주어지면 그 때 자라게 된다.
퇴적암과 관련되어 있을 수도 있다. 석회암이 변성을 받으면 온갖 특이한 광물을 만드는 잠재적 요인이 되는데, 강옥도 그런 환경에서 성장할 수 있다. 재결정화된 석회암 내지는 대리암에서 강옥이 성장하기도 한다. 미얀마에서 채굴되는 강옥이 이런 종류이다.
그러나 사실 보석으로서 강옥이 주로 수집되는 곳은 강물 바닥이다. 표사광상(placer deposit)이라고 하는데, 물과 같은 유체가 흐르면서 무게 차이에 의해 퇴적되는 곳을 말한다. 사금처럼, 강옥 입자들이 바닥에 가라앉아 있으며 이를 걸러내어 가공하게 되는 것이다. 이는 강옥이 마모에 상당히 강하고 화학식이 비교적 단순하여 화학적 풍화도 꽤 강하다는 점이 작용하게 된다.
참고로 강옥은 광물의 발색에 대한 연구가 상당히 진행된 광물이다. 구성 원소가 비교적 단순하기 때문이다. 광물의 발색은 양자역학적인 설명이 포함되어 무척 까다롭지만, 쉽게 말해 전이금속의 오비탈이 주변 원자와의 결합 및 빈 공간에 의해 영향을 받아 받아들이는 파장대가 달라지기 때문이다. 보통 3가 크롬과 3가 바나듐이 루비의 붉은 색을 만들어내며, 3가철이온은 녹색 내지는 노란색을 띤다. 3가티타늄이온은 분홍색을 내며, 2가철과 4가티타늄이 함께 있는 경우에 사파이어의 푸른색이 만들어진다.
상당히 오래 전부터 사용된 것으로 보이는데, 2500여년 전 고대 중국 유적에서 출토되었다. 그 당시에는 도끼로 쓰였다고 한다. 하필 도끼로 쓴 것은 사파이어가 초경재료여서 그런 면이 있다.
그렇지만, 강옥은 대중들에게는 먼저 보석으로서 인식되어 있다. 루비와 사파이어는 몇 가지 다른 보석과 함께 보석하면 떠오르는 대표적인 보석명에 해당한다. 색이 회색, 보라색, 갈색, 분홍색, 노란색, 초록색 등 다양한 색을 띄는 장점이 있기 때문에 예로부터 보석으로서의 가치가 높았다. 보석으로서 각자의 설명은 각 항목을 참고하라.
마모에 강하기 때문에, 연마제에 사용되기도 하며 연마제로 쓰이는 강옥은 주로 짐바브웨, 스리랑카, 인도, 러시아 등에서 채굴된다. 간혹 미국, 캐나다 등에서 채굴되기도 한다.
1837년 최초의 인공 강옥이 산화 알루미늄을 통해 만들어졌다. 19세기에는 이외에도 여러 방법으로 강옥을 인공적으로 만들어 낸 학자들이 꽤 있었다고 한다.
T-64 전차의 포탑에는 강옥으로 만든 구체가 복합장갑의 고경도 세라믹 소재로 삽입된 것으로 알려져 있다.
지구에서 21광년 떨어진 카시오페이아자리에 위치한 외계행성 HD219134b에는 루비와 사파이어가 가득하다고 한다. 기사
영어: Corundum
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▲ 붉고 기둥 모양으로 자란 결정이 강옥[1]
1. 결정 구조 및 분류
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상당히 단순한 화학식 덕택에 구조도 그리 복잡하지는 않다. 그러나 SiO2 광물(석영)과 마찬가지로 의외로 대칭성이 낮다. 강옥도 얼핏 육방정계 같은 모습을 하나, 6회축이 부족하여 삼방정계에 그친다. Z축에 대해 상당히 길게 자라, 보통 기둥 모양(주상)으로 자라는 것을 볼 수 있으며 특히 육각기둥 모양으로 자란 것이 흔히 알려진 모습이다. 이 산화 알루미늄은 알파와 베타, 두 가지 동질 이상 결정 구조가 존재하는데, 자연계에서는 알파-산화 알루미늄만이 발견된다. 즉, 강옥은 알파-산화 알루미늄의 광물이 된다.
성분상 거의 순수하게 알루미늄과 산소로 되어 있을 것 같지만, 의외로 불순물의 함량이 높은 것이 많다. 특히 철, 크롬, 티타늄 등 전이원소의 함량이 높은데, 이들은 실제 자연계에서 알루미늄을 치환하는 것이 비교적 용이한 이온들이다. 함량에 따라 다양한 단종이 있을 것 같지만, 불순물의 함량이 구조에 따라 규칙적으로 일어나는 현상이 아니기 때문에 세분되는 단종은 없다. 그렇지만 보석학에서 다루는 이름, 즉 루비와 사파이어 두 가지의 구분이 있다. '''루비는 크롬의 함량이 높아지면서 적색, 보랏빛을 띠는 강옥을 말하며, 사파이어는 그렇지 않은 나머지 강옥에 해당하는 이름이다.'''
2. 지질학적 배경
학생들은 강옥이라는 이름을 모스 굳기계에서 접해보게 된다. 모스 굳기계에서 강옥은 굳기 9[2]라는 높은 값을 갖는다. 높은 용융점(섭씨 2044도), 강한 굳기에서 짐작할 수 있듯이 이 광물이 만들어지는 환경은 극한의 환경, 즉 변성환경이다. 다양한 환경에서 강옥이 보고되어 있지만, 가장 대표적인 생성 환경은 초고온 변성(UHT) 환경이다. 알루미늄이 풍부한 퇴적암질 모암(pelitic protolith)이 백립암상의 변성을 받으면, 강옥이 자라는 것이 잘 알려져 있다. 그렇지만 알루미늄이 많이 들어있다면, 초고압 변성암인 에클로자이트에서도 발견되며, 금강석 결정 안에 루비가 들어있기도 하다. 하부지각의 고압 환경에서 만들어진 암석에서 강옥이 발견된다. 또한 규산염 함량이 낮은 혼펠스나 광역변성작용을 받은 보크사이트에서도 찾아볼 수 있다.
열역학적으로, 마그마에서 알루미늄 함량이 조금 높아지면 용융점이 급격하게 상승한다. 강옥이 만들어지기 위해서는 (당연하게도) 상당한 양의 추가 알루미늄이 있어야하는데, 이러한 이유로 마그마에서는 이러한 과량의 알루미늄은 존재하기 어렵다. 마그마에 들어 있는 알루미늄은 대부분 장석과 황옥 정도에서 해결된다. 그래서 화성 기원의 강옥은 정출 그 자체로 보기는 어렵다. 추가적인 과정을 통해 알루미늄이 고온에서 농집될 수 있는 환경이 주어지면 그 때 자라게 된다.
퇴적암과 관련되어 있을 수도 있다. 석회암이 변성을 받으면 온갖 특이한 광물을 만드는 잠재적 요인이 되는데, 강옥도 그런 환경에서 성장할 수 있다. 재결정화된 석회암 내지는 대리암에서 강옥이 성장하기도 한다. 미얀마에서 채굴되는 강옥이 이런 종류이다.
그러나 사실 보석으로서 강옥이 주로 수집되는 곳은 강물 바닥이다. 표사광상(placer deposit)이라고 하는데, 물과 같은 유체가 흐르면서 무게 차이에 의해 퇴적되는 곳을 말한다. 사금처럼, 강옥 입자들이 바닥에 가라앉아 있으며 이를 걸러내어 가공하게 되는 것이다. 이는 강옥이 마모에 상당히 강하고 화학식이 비교적 단순하여 화학적 풍화도 꽤 강하다는 점이 작용하게 된다.
참고로 강옥은 광물의 발색에 대한 연구가 상당히 진행된 광물이다. 구성 원소가 비교적 단순하기 때문이다. 광물의 발색은 양자역학적인 설명이 포함되어 무척 까다롭지만, 쉽게 말해 전이금속의 오비탈이 주변 원자와의 결합 및 빈 공간에 의해 영향을 받아 받아들이는 파장대가 달라지기 때문이다. 보통 3가 크롬과 3가 바나듐이 루비의 붉은 색을 만들어내며, 3가철이온은 녹색 내지는 노란색을 띤다. 3가티타늄이온은 분홍색을 내며, 2가철과 4가티타늄이 함께 있는 경우에 사파이어의 푸른색이 만들어진다.
3. 역사 및 용도
상당히 오래 전부터 사용된 것으로 보이는데, 2500여년 전 고대 중국 유적에서 출토되었다. 그 당시에는 도끼로 쓰였다고 한다. 하필 도끼로 쓴 것은 사파이어가 초경재료여서 그런 면이 있다.
그렇지만, 강옥은 대중들에게는 먼저 보석으로서 인식되어 있다. 루비와 사파이어는 몇 가지 다른 보석과 함께 보석하면 떠오르는 대표적인 보석명에 해당한다. 색이 회색, 보라색, 갈색, 분홍색, 노란색, 초록색 등 다양한 색을 띄는 장점이 있기 때문에 예로부터 보석으로서의 가치가 높았다. 보석으로서 각자의 설명은 각 항목을 참고하라.
마모에 강하기 때문에, 연마제에 사용되기도 하며 연마제로 쓰이는 강옥은 주로 짐바브웨, 스리랑카, 인도, 러시아 등에서 채굴된다. 간혹 미국, 캐나다 등에서 채굴되기도 한다.
1837년 최초의 인공 강옥이 산화 알루미늄을 통해 만들어졌다. 19세기에는 이외에도 여러 방법으로 강옥을 인공적으로 만들어 낸 학자들이 꽤 있었다고 한다.
T-64 전차의 포탑에는 강옥으로 만든 구체가 복합장갑의 고경도 세라믹 소재로 삽입된 것으로 알려져 있다.
지구에서 21광년 떨어진 카시오페이아자리에 위치한 외계행성 HD219134b에는 루비와 사파이어가 가득하다고 한다. 기사
4. 관련 항목
[1] 색이 좀 더 붉었다면 루비라고 불러도 무방했겠지만, 이 정도면 보통 분홍 사파이어라고 한다.[2] 모스 굳기계는 1~10까지이며 다이아몬드의 굳기가 10이므로 9면 매우 높은 편이다.