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| 규산염 광물 | |||||
| 사장석 | 석영 | 정장석 | 휘석 | 감람석 | |
| 각섬석 | 흑운모 | 백운모 | 점토광물 | 기타 광물 | |
| |
| 잘 자란 백운모의 결정 모습. 종잇장처럼 잘 쪼개지는 것을 볼 수 있다. 만져보면 좀 딱딱한 비닐 조각처럼 느껴진다. |
1. 개요
광물의 일종.판상광물(Sheet silicates)에서 가장 잘 알려진 광물군 중 하나이다. 백운모, 흑운모[1], 그리고 드물게 발견되는 해록석(glauconite)을 포함한다. 여기에서 설명되는 것은 운모류 전체에 해당하는 일반론.
2. 결정 구조
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, 이때 산소 하나가 3개의 양이온과 접하게 된다. 이를 삼팔면체형(trioctahedral)이라고 한다. 한편, 팔면체 자리를 3가 양이온이 채우게 되면 빈자리가 조금씩 생겨야 한다(물론 규칙적으로). 이때는 산소가 양이온을 2개씩 만나게 된다. 그래서 이를 이중팔면체형(dioctahedral)이라고 한다. 여기서 삼팔면체형에 해당하는 운모가 흑운모이고,[2] 이중팔면체형에 속하는 운모가 백운모가 된다.[3]
그렇게 배열하고 나면 각 TOT 단위체는 1가 음이온 상태가 된다. 즉, 1가 양이온이 더 필요한 셈. 이때 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 성장해 있는 것을 찾아볼 수 있다.
5. 여담
- 금색이나 은색 등의 메탈릭 컬러나 펄 컬러의 물감은 실제 금속 분말을 갈아넣는 경우도 있지만 시중 대부분의 물감이 운모를 갈아서 착색해서 만든다. 그 외에 운모의 일종인 견운모는 화장품 펄 등에도 쓰인다.[4] 메탈릭 물감을 만드는 방법은 여러 가지가 있다. 알루미늄 등 실제 금속 분말 및 마이카(운모)처럼 금속 광택을 내는 분말을 접착제 역할을 하는 바인더와 함께 섞어서 은색 물감을 만들며, 금색이나 구리색 등은 투명한 노란색 물감을 첨가하거나 마이카 자체에 착색한다. 그래서 서로 다른 회사의 메탈릭 물감을 섞거나 덧칠할 때 메탈릭 물감의 구성 성분이 순수 분말 상태냐, 혹은 물감을 탄 분말이냐에 따라 투명도, 광택, 입자감 등에서 수많은 경우의 수를 만든다.
기술이 발달한 요새는 5가지 재료를 원료로 한[5] 인공 합성 운모도 만들 수 있다고 한다. 인공 합성 운모도 천연 운모와 같은 곳에 쓰이므로 천연 운모가 고갈되어도 자리를 대체할 수 있을 것으로 보인다.
- 다리미를 비롯 전기기구, 전열기구의 발열판 등에도 운모를 많이 사용하였다. 얇게 만들기 편하고 열에 비교적 강하면서[6] 절연체이기 때문. 또한 같은 이유로 커패시터를 만드는 데에도 사용되었으며[7][8], 진공관 내부의 스페이서나[9] 베이스를 만드는 데에도 많이 사용되었다. 아래 사진은 진공관 앰프의 출력관으로 주로 사용되는 KT-77 5극관으로, 사진 속에 톱니가 나 있는 얇은 금속 판이 운모로 제작된 스페이서이다.
KT-77 출력관의 윗부분을 촬영한 사진
(이 사진에 보이는 얇은 판 모양 부품이다.)
- 콘크리트에 종종 섞여 들어가기도 하는데, 너무 많이 들어가면 강도가 확 떨어져 건축 재료로 쓸 수가 없다. 2020년대 아일랜드에서 이런 콘크리트 블록이 대량 납품되어 건축업계에 혼란을 초래했고, 이와 관련된 시민운동 단체가 조직한 100% 보상당이 운모 문제 해결을 위한 방책을 세울 대안 정당으로 입소문을 타서 원내에 진입하기도 했다.
[1] 흑운모는 그 와중에 또 그룹 이름.[2] 흑운모의 팔면체 자리는 Mg2+와 Fe2+가 차지하고 있다.[3] 백운모의 팔면체 자리를 채우는 3가 양이온이 바로 Al3+이다. 해록석은 Al 함량이 특별하게 더 높고, Na와 Fe(III)의 함량도 높은 경우에 국한됨.[4] 이런 광택질을 내는 안료들을 진주광택안료라고 부르며 의외로 여기저기에 쓰인다.[5] 이산화규소, 불화칼륨, 용융마그네시아, 산화알루미늄, 탄산칼륨.[6] 900°C 정도까지 견딜 수 있다.[7] 주로 은과 혼용하여 사용하였으며, 이렇게 만들어진 커패시터를 실버 마이카 커패시터라고 부른다.[8] 하지만 20세기 후반 이후 세라믹 재료의 발전으로 인해 같은 용도에서는 세라믹 재질로 대체되는 경우가 많다.[9] 종종 그냥 '마이카(Mica)'라고 부르기도 한다.