운모
雲母 / Mica
광물의 일종.
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잘 자란 백운모(muscovite)의 결정 모습. 종잇장처럼 잘 쪼개지는 것을 볼 수 있다. 만져보면 좀 딱딱한 비닐조각처럼 느껴진다.
여담으로 금색이나 은색 등의 메탈릭 컬러나 펄 컬러의 물감은 운모를 갈아서 착색해서 만든다. 그 외에 운모의 일종인 견운모는 화장품 펄 등에도 쓰인다.[1] 기술이 발달한 요새는 5가지 재료를 원료로 한[2] 인공 합성 운모도 만들 수 있다고 한다. 인공 합성 운모도 천연 운모와 같은 곳에 쓰이므로 천연 운모가 고갈되어도 자리를 대체할 수 있을 것으로 보인다.
진공관 내부의 스페이서나 베이스 용도로 많이 사용되었다. 얇게 만들기 편하고 열에 비교적 강하면서 절연체이기 때문.
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이 사진에 보이는 얇은 판 모양 부품이다. KT-77 출력관의 윗부분을 촬영한 사진이다.
1. 개요
판상광물(Sheet silicates)에서 가장 잘 알려진 광물군 중 하나이다. 백운모, 흑운모[3], 그리고 드물게 발견되는 해록석(glauconite)을 포함한다. 자세한 사항은 각 항목을 참고하라. 여기에서 설명되는 것은 운모류 전체에 해당하는 일반론.
2. 결정 구조
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위 모식도에서 녹색으로 되어 있는 것들이 바로 규산염사면체 구조. 이 사면체가 서로 이어지면서 좌우앞뒤로 하나의 면을 만들어내고 있다. 영어로 하면 사면체가 tetrahedron이기 때문에 이 층(layer)을 T-층이라고 한다. T층은 서로 위 아래가 뒤집힌 채로 마주보고 있는데, 그 사이에 팔면체 자리(octahedral site)가 열주하면서 끼어있다(분홍색). 이 자리를 짐작하듯이 O-층이라고 부른다. 그래서 T층, O층 그리고 다시 T층이 만나 하나의 겹층을 만들고, 이게 2차원으로 쫙 펼쳐져 있다. 이 층을 T-O-T 층이라고 말한다. TOT층의 면으로 드러난 산소에 종종 수소가 달라붙어 히드록시기(-OH group)를 만든다. T-O-T 층과 또 다른 T-O-T 층 사이에는 양이온이 하나 들어가게 된다.(하늘색 원) 여기에는 1가 양이온이 들어가는데, 그 결합은 반데르발스 결합으로 되어 있다. 이 양이온이 각 층을 이어주는 원자가 된다. 양이온은 영어로 cation이므로 이 구조를 TOT+c 라고 표현한다. 이 구조에 해당하는 광물군이 바로 운모이다.
그런데 운모의 경우에는 특히 사면체 자리(T층)에 Al이 Si를 많이 치환하고 있는데 비율이 Al:Si=1:3이다. 그리고 팔면체 자리를 2가 양이온이 채우게 되면, 빈자리를 모두 채우게 되며, 이 때 산소 하나가 3개의 양이온과 접하게 된다. 이를 삼팔면체형(trioctahedral)이라고 한다. 한편, 팔면체 자리를 3가 양이온이 채우게 되면 빈자리가 조금씩 생겨야한다(물론 규칙적으로). 이 때는 산소가 양이온을 2개씩 만나게 된다. 그래서 이를 이중팔면체형(dioctahedral)이라고 한다. 여기서 삼팔면체형에 해당하는 운모가 흑운모이고,[4] 이중팔면체형에 속하는 운모가 백운모가 된다.[5] [6]
그렇게 배열하고 나면 각 TOT 단위체는 1가 음이온 상태가 된다. 즉, 1가 양이온이 더 필요한 셈. 이 때 투입되는 게 K+ 이다. 이게 바로 TOT 층과 TOT 층을 이어주는 양이온이 되는 것이다. 쉽게 짐작할 수 있듯이 K 성분의 일부는 Na가 치환하고 있다.
바로 이 구조에서 TOT와 TOT 사이의 인력이 무척 약하다. 그래서 손톱으로 살짝 건드려도 좍좍 찢어지는 광물이 탄생하는 것이다.
3. 경운모(brittle mica)
경운모라는 게 있는데, 이는 사면체 자리(T 자리)에 알루미늄이 정말 많이 들어가면서 만들어진다. Al:Si=1:1 쯤인데, 이렇게 되면 전하차이가 더 벌어지게 되며, 이를 보상하기 위해서는 K+가 아니라 Ca2+가 필요하다. 이론상으로는 삼팔면체형 광물에도 같은 방법이 적용될 수 있지만, 이 성분은 자연계에서는 아직 보고된 바가 없으며 이중팔면체형 구조에서만 발견된다.
4. 지질학적 배경
운모는 기본적으로 수화 광물이며 단위규산염당 물을 더 많이 포함하고 있다. 그래서 물이 더 많은 암석에서 운모를 찾아볼 수 있다. 또한 원래 물이 전혀 없던 광물이 물에 의해 분해되면서 다시 자랄 때 각섬석과 함께 운모는 좋은 후보이다. 실제로 변성암에서는 석류석이 물이 있고 압력이 낮은 환경이 되면서 흑운모로 변해버리는 것을 관찰할 수 있다.
그렇기 때문에 백운모와 흑운모 모두 화강암과 같은 심성암에서 꽤나 흔히 발견되는 광물에 속한다. 그리고 고온이나 고압 조건에 해당하는 열수 변질 과정에서도 백운모나 흑운모가 일부 성장해있는 것을 찾아볼 수 있다.
[1] 이런 광택질을 내는 안료들을 진주광택안료라고 부르며 의외로 여기저기에 쓰인다.[2] 이산화규소, 불화칼륨, 용융마그네시아, 산화알루미늄, 탄산칼륨.[3] 흑운모는 그 와중에 또 그룹 이름.[4] 흑운모의 팔면체 자리는 Mg2+와 Fe2+가 차지하고 있다.[5] 백운모의 팔면체 자리를 채우는 3가 양이온이 바로 Al3+이다.[6] 해록석은 Al 함량이 특별하게 더 높고, Na와 Fe(III)의 함량도 높은 경우에 국한됨.