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광물의 물리적 특성 II: 다광물 분석

Overview

출처: 앨런 레스터 연구소 - 콜로라도 볼더 대학교

미네랄의 물리적 특성에는 색상, 줄무늬, 자기 특성, 경도, 결정 성장 형태 및 결정 분열을 포함한 다양한 측정 가능하고 식별 가능한 특성이 포함됩니다. 이러한 특성은 광물에 특화되며, 특정 광물의 화학 적 구성 및 원자 구조와 근본적으로 관련이 있습니다.

이 비디오는 색상, 광택, 줄무늬, 경도, 자성 및 산과의 반응과 같은 현장 및 손 샘플 미네랄 식별에 유용한 여러 물리적 특성을 검사합니다. 결정 형태와 결정 분열과는 달리, 이러한 특성은 원자 구조보다 미네랄 화학 조성에 다소 밀접하게 연결되어 있지만 둘 다 역할을합니다.

바위는 미네랄 곡물의 집합임을 인식하는 것이 중요합니다. 대부분의 바위는 폴리 미네랄 (여러 종류의 미네랄 곡물)이지만 일부는 효과적으로 단미네랄 (단일 미네랄로 구성됨)입니다. 광물 표본을 위해 예약된 크리스탈 형태와 분열과 는 달리, 지질학자들은 때때로 바위를 일반적인 종류의 색상, 경도, 자기 또는 산과의 반응을 갖는 것으로 지칭할 수 있습니다. 즉, 여기에서 보았던 물리적 특성은 바위뿐만 아니라 특정 미네랄과 함께 사용하기에 잠재적으로 적합합니다.

Principles

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단일 광물 표본은 주요 물리적 특성이 있는 경우 거의 나타낼 수 있습니다. 물리적 특성을 다루는 데모 나 실험의 경우 먼저 조사 중인 주요 기능이나 특성을 실제로 표시하는 적절한 광물 샘플 그룹을 선택해야 합니다. 아래에서는 지질학적 맥락에서 색상, 광택, 줄무늬, 경도, 자성, 산과의 반응 등 물리적 특성에 대한 근본적인 정의를 다룹니다.

색상— 색상은 단순히 미네랄을 볼 때 육안으로 보이는 명백한 색상을 나타냅니다. 궁극적으로, 이것은 광물 표면에서 우선적으로 반사되는 빛의 파장의 결과입니다. (그림1)

줄무늬- 줄무늬는 분말, 매우 미세한 곡물, 미네랄 샘플의 색상입니다. 이는 분말 재료라인을 만들기 위해 미네랄 샘플을 채취하고 도자기 판을 가로질러 드래그하여 관찰된다. (그림1)

경도— 경도는 사실상 미네랄의 표면 강도, 또는 분리에 대한 저항, 긁을 수 있는지 여부입니다. 광물은 다른 미네랄의 표면을 긁을 수 있다면 다른 광물보다 더 어렵다고 합니다. 광물 경도 척도는 1-10에 이르는 광물 경도 척도로,19세기 초에 광부학자 프리드리히 모스에 의해 개발되었지만, 현대 재료 과학에 기초하여 규모는 선형이 아닙니다. (그림2)

자기성— 자기는 자석이나 나침반에 영향을 미치는 광물의 능력을 말합니다. 일반적으로, 이 성질은 미네랄 자성(도3)에만전을 기하지만, 다른 광물은 혈염 및 보른자와 같은 약한 자기(특히 가열 후)를 보일 수 있다. 궁극적으로, 자기는 전자 스핀 방향, 또는 순간의 공간 조직의 결과입니다.

산과의 반응— 지질학자들은 탄산염 화합물의 존재를 평가하기 위해 종종 희석산(거의 변함없이 2-3% HCl)으로 바위와 미네랄을 테스트합니다. 수많은 탄산염 미네랄이 있지만 가장 흔한 것은 희석 된 HCl으로 활발하게 발포하는 석회암 (암석 석회암의 핵심 구성 요소)과 돌로미테 (암석 돌로미티의 핵심 구성 요소)입니다.

광택— 광택은 미네랄 표면이 빛을 반사하는 경향이 있는 방법의 주관적인 척도입니다. 두 가지 일반적인 범주로 나뉩니다.
- 금속 (매우 반사감과 반짝), 같은 피라이트(그림 4)및 갈레나(그림 5)등의 미네랄에서 볼 수 있듯이
- 비금속 (외관에 더 둔한), 펠트파르(도 6),석영(도 7)및 muscovite(도 8)와같은 미네랄에서 볼 수 있습니다.

광택은 주관적인 속성 (아마도 더 나은 "품질"이라고 불임), 일반적으로 지질학자에 반대 보석 학자의 관심사로, 수업의 나머지는 대신 속성 색상에 초점을 맞출 것이다, 줄무늬, 경도, 자성, 산과의 반응.

Figure 1
그림 1. 색상, 줄무늬, 광택. 미네랄 헤마타이트는 벌크 색상 (이 경우 은색 어두운)과 "줄무늬"(이 경우 붉은 주황색)라고 불리는 분말의 색상이 어떻게 매우 다를 수 있는지를 잘 볼 수 있습니다. 헤마타이트는 다양한 종류의 광택을 표현할 수 있지만, 여기에 는 금속 광택을 보여줍니다.

Figure 2
그림 2. 경도 스케일. 경도 스케일은 미네랄 표면이 얼마나 쉽게 분해될 수 있는지, 긁힌 광물표면을 기준으로 미네랄을 비교하는 방법입니다. "더 단단한" 미네랄은 "더 부드러운" 미네랄을 긁을 것입니다.

Figure 3
그림 3. 자그넷 미네랄 샘플. 자은은 산화철입니다. 철은 행성 지구의 주요 구성 요소이지만, 지구 코어의 외딴 지역(표면 아래 약 2,900km)의 순수한 원소 형태로만 존재합니다. 지구의 지각과 표면에서 철분은 산소와 하이드록실 그룹으로 결합되어 일반적인 미네랄 자민, 혈족 및 리모니트를 형성합니다. 자인은 지구상에서 모든 자연 발생 미네랄 중 가장 자성입니다.

Figure 4
그림 4. 파이라이트. Pyrite는 메탈릭 광택과 옅은 황동 옐로우 색조로 인해 바보의 금으로도 알려져 있습니다.

Figure 5
그림 5. 갈레나. 갈레나 (때로는 리드 볼이라고도 함)는 금속 광택을 가진 미네랄의 또 다른 예입니다. 그것은 납의 주요 광석, 은의 소스 (때로는 1-2 % 은포함), 낮은 융점이있다.

Figure 6
그림 6. 펠트파르. 펠트파르스는 지구 지각의 최대 60%를 차지하는 암석 형성 광물 그룹입니다. 그들은 비 금속 광택을 표시하는 미네랄의 좋은 예입니다.

Figure 7
그림 7. 석영. 석영은 비금속 광택을 가진 미네랄의 또 다른 좋은 예입니다. 그것은 feldspar 후 지구의 지각에서 두 번째로 가장 풍부한 미네랄입니다.

Figure 8
그림 8. 모스크바. 일반적으로 운하로 알려진, muscovite는 비 금속 광택을 표시하는 또 다른 미네랄이다.

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Procedure

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준비

이 비디오에서 수행되는 것처럼 광물의 물리적 특성을 관찰하고 분석하기 위해 몇 가지 준비 단계가 수행됩니다. 첫째, 광물 샘플 그룹을 수집합니다. 제안된 견본은 혈연, 자석, 방해가, 돌로미테 및 갈레나를 포함합니다. 표본을 검사하기 위한 표면을 설정합니다. 깨끗한 테이블 탑은 테이블 표면에 백서 조각으로 적합합니다. 도자기 줄무늬 플레이트, 경도 키트, 자석 및 나침반을 획득하고 HCl(2-5%)을 희석합니다.

1. 색상 관찰 및 분석

  1. 다양한 미네랄 샘플을 검사하고 뚜렷한 색상을 관찰합니다.
  2. 샘플 자체 내에 색상 변화가 있는지 여부를 참고합니다.
  3. 동일한 미네랄의 다른 샘플 내에 색상 변화가 있는지 여부를 유의하십시오.

2. 줄무늬 관찰 및 분석

  1. 미네랄 샘플을 가져 와서 줄무늬 플레이트를 가로 질러 드래그합니다.
  2. 미네랄 샘플의 벌크 색상을 플레이트에 남아 있는 줄무늬 색상과 비교합니다.
  3. 대부분의 경우 벌크 색상과 줄무늬 색상 사이에는 거의 차이가 없지만 갈레나, 헤마타이트와 같은 몇 가지 미네랄은 특히 다릅니다.
    줄무늬, 분말 미세 한 곡물의 색상은 반사효과 또는 작은 곡물 규모의 색상에 대한 불순물의 제한된 제어로 인해 벌크 색상과 때때로 다릅니다.
  4. 다른 미네랄 샘플과 함께 2.1-2.3반복

3. 경도 관찰 및 분석

  1. 초기 단계로, 각 미네랄 시편을 가지고 그것으로 유리 판을 긁어 시도.
  2. 유리를 긁는 것과 그렇지 않은 표본으로 분리하십시오.
    1. 유리 판은 모스 경도 스케일 (경도 5.5)의 중간 근처에 있습니다. 이것은 지질학자가 일반적으로 단단한 무슨으로 지칭하는 무슨으로 그룹을, 일반적으로 부드러운 무기물 대 분리합니다.
  3. 각 그룹 내에서 (하드 미네랄, 부드러운 미네랄) 테스트는 더 어렵거나 부드러운 볼 수 있습니다. 이것은 어떤 미네랄이 다른 광물을 긁을 지 보는 것으로 수행됩니다.

4. 자기주의를 관찰하고 분석

  1. 쉽게 측정 가능하고 식별 가능한 자기는 페로자이로 알려진 자기 그룹으로 제한됩니다 (매우 약하고 측정하기 어려운 기자또는 횡화와는 달리).
  2. 우리가 자기를 평가할 수 있는 미네랄은 자기이며, 어느 정도 헤마테와 태어난 광물입니다.
  3. 벽돌 손톱을 사용하여 샘플에서 자석 몇 알갱이를 조각합니다.
  4. 바 자석 (강한 페로자석)이 위에서 언급 한 미네랄의 곡물을 4.2에서 선택할 지 여부를 확인하십시오.
  5. 위에서 언급 한 미네랄 (4.2)이 나침반 바늘에 영향을 미칠지 확인하십시오.
    1. 미네랄 샘플과 나침반을 나란히 놓고 약 6 인치의 공간을 배치하십시오.
    2. 샘플을 분리하는 공간을 천천히 줄여 서로 이동합니다.
    3. 나침반의 바늘은 나침반과 샘플을 분리하는 공간이 감소함에 따라 점점 더 시료를 가리키기 시작해야합니다.

5. 산과의 반응을 관찰하고 분석합니다.

  1. 희석염산과 반응하는 미네랄은 탄산염입니다. 방해가 되는 예-CaCO3; 돌로마이트-CaMg (CO3)2. 이들은 중요하고 일반적인 탄산 암석, 석회암 및 돌로미티의 주요 성분입니다.
  2. 희석 된 HCl의 드롭퍼 병을 가지고 조심스럽게 샘플의 표면에 1 ~ 2 방울을 놓습니다.
    참고: 희석 HCl은 특히 위험하지는 않지만 피부 (발진 가능성) 또는 의류 (얼룩 이면)에 산을 얻지 않는 것이 가장 좋으며 테스트 후 샘플을 씻어 내는 것이 좋습니다.
  3. 희석 HCl으로 방해가 가성비 발포가 어떻게 적극적으로 발포되는지 유의하십시오.
  4. 돌로미티 샘플을 가져 와서 도자기 판을 따라 드래그하거나 벽돌 손톱으로 긁어 내어 분말 / 플레이크를 만듭니다.
  5. 5.2단계를 반복하지만 이번에는 돌로미티 샘플(분말/플레이크가 아님)을 HCl에 배치합니다.
  6. 돌로미테가 희석HCl에 거의 반응하는 방법에 유의하십시오.
  7. 이제 HCl에 돌로미트 파우더/플레이크의 일부를 배치하고 분말화 시 반응성 증가를 기록합니다.

미네랄의 물리적 특성에는 독특하고 미네랄에 특화된 다양한 측정 가능하고 식별 가능한 속성이 포함됩니다.

바위는 미네랄 곡물의 집합체입니다. 대부분의 바위는 다중 미네랄 입자로 구성되어 있음을 의미합니다. 일부 암석은 단광물이며 단일 광물로 효과적으로 구성됩니다. 결정 형태와 결정 분열의 분석은 전형적으로 단광물 화합물을 분류하는 데 사용됩니다. 그러나 지질학자들은 종종 색상, 경도, 자성 및 산과의 반응과 같은 다른 물리적 특성에 따라 폴리 미네랄 록을 분류합니다. 이 비디오는 미네랄의 물리적 특성을 소개하고 간단한 표준 테스트를 사용하여 광물 분류를 시연합니다.

단일 광물 표본은 식별 및 분류에 사용되는 여러 가지 고유한 물리적 특성을 나타낸다. 첫째, 광물은 종종 미량 전이 금속으로 인해 다양한 색상을 나타낸다. 미네랄 칼라는 단순히 광물 표면에서 우선적으로 반사되는 빛의 파장에서 발생하는 미네랄의 명백한 색상을 말합니다.

줄무늬는 미네랄의 분말 시료의 색상을 지칭한다. 가루 재료라인을 만들기 위해 거친 도자기 판을 가로질러 미네랄 샘플을 드래그하여 줄무늬가 관찰된다. 미네랄의 명백한 색상은 빛을 흡수하거나 반사하는 불순물으로 인해 다를 수 있습니다. 그러나, 줄무늬 색깔은 미세한 곡물이 무작위로 방향과 결정 구조 및 불순물에 의해 더 적은 영향을 하기 때문에, 더 재현할 수 있습니다.

다음으로, 미네랄 광택을 연구할 수 있습니다. 광택은 미네랄이 빛을 반사하는 방법의 주관적인 척도입니다. 그것은 두 가지 일반적인 범주로 나뉩니다. 광택과 반사, 무딘 나타나는 비금속 미네랄금속 소재.

경도, 또는 분리에 대한 광물의 저항은 분류에 사용되는 또 다른 속성입니다. 경도는 경도에 따라 순위가 매겨진 10개의 기준 광물 세트인 모스 경도 척도에 따라 측정됩니다. 광물은 다른 물질을 긁거나 다른 재료에 의해 긁히는 능력에 의해이 규모에 순위가 매겨져 있습니다. 참조 재료를 긁는 광물 능력은 참조보다 어렵고 그 반대의 경우도 마찬가지입니다.

일부 미네랄은 자석이나 나침반에 영향을 줄 수 있는 자성을 발휘합니다. 일반적으로,이 속성은 미네랄 자석에 독점적이지만, 다른 미네랄은 가열 후 약한 자기를 나타낼 수 있습니다. 마지막으로, 희석산에 대한 미네랄의 반응성은 탄산염 화합물의 존재를 테스트하기 위해 측정됩니다. 많은 탄산염 미네랄이 있습니다 : 가장 일반적인 방해가되는.

이제 이러한 속성의 원리를 보았으니 랩에서 일부 속성을 테스트하는 방법을 살펴보겠습니다.

미네랄 색상을 분석하려면 모든 미네랄 샘플을 백서로 덮인 깨끗한 탁상에 배치합니다. 각 미네랄을 검사하고 명백한 색상을 관찰합니다. 샘플 자체에 색상 변화가 있는지 여부를 참고합니다. 동일한 미네랄의 다른 샘플을 관찰하고 샘플 사이에 색상 변화가 있는지 주의하십시오. 변이는 미네랄의 불순물을 나타낼 수 있습니다. 다음으로, 도자기 줄무늬 플레이트를 가로질러 미네랄 샘플을 드래그하여 광물 행진을 관찰한다. 줄무늬 색상을 미네랄 칼라와 비교합니다. 대부분의 경우, 줄무늬 색상은 미네랄 색상과 유사합니다. 그러나 일부 미네랄은 줄무늬 색상과 전체 색상 간의 차이를 나타내않습니다. 다른 미네랄 샘플과 함께 이 단계를 반복합니다.

미네랄 경도를 분석하려면 먼저 미네랄 샘플로 유리 판을 긁으려고 시도하십시오. 유리는 모스 경도 규모의 중간 근처에 있습니다. 유리를 긁을 수 있는 미네랄은 일반적으로 단단한 재료로 분류됩니다. 유리를 긁는 기능으로 샘플을 분리합니다. 서로에 대한 광물을 긁어 하드 및 소프트 그룹 내에서 테스트 재료. 미네랄을 긁을 수 있는 사람들은 긁힌 것보다 더 어렵습니다. 그들의 경도에 따라 미네랄순위를 지정합니다.

다음으로, 페로자이는 먼저 벽돌 손톱을 사용하여 이 예에서 자성의 몇 알갱이를 박리하여 측정할 수 있다. 바 자석을 사용하여 자석으로 미네랄 플레이크의 동작을 관찰하십시오. 자석이 플레이크를 집어 들면 광물은 페로자이즘을 나타낸다. 다음으로 나침반 바늘과의 상호 작용을 확인하십시오. 미네랄 샘플을 나란히 놓고 약 6인치의 공간을 배치합니다. 미네랄과 나침반 사이의 공간을 천천히 줄입니다. 시료가 자기인 경우 나침반의 바늘이 시료를 가리키며 공간이 감소함에 따라 증가합니다. 다른 미네랄 샘플에 대해 이러한 단계를 반복하십시오.

바위와 광물의 물리적 특성을 식별하는 것은 광물 식별의 중요한 첫 번째 단계입니다. 이러한 물리적 특성 테스트는 현장에서 광물을 식별하는 데 중요한 도구이지만, 재료의 상세한 특성화를 가능하게 하는 실험실 기술을 사용할 수 있습니다. 예를 들어 리튬 이온 배터리와 같은 응용 분야에서 사용하기 위한 재료의 상세한 특성화는 X-ray 회절 또는 XRD를 사용하여 수행될 수 있습니다. XRD는 X선 빔의 정기적인 회절 패턴을 사용하여 재료 결정 구조를 결정하고 상세한 구조적 특성화를 가능하게 합니다.

다이아몬드 모루 세포는 다이아몬드의 극단적 인 경도로 인해 매우 높은 압력에 도달 할 수있는 장치입니다. 이 예에서 다이아몬드 모루 세포는 매우 높은 압력으로 물질의 새로운 단계를 합성하고 분석하는 데 사용되었습니다. 샘플은 다이아몬드 모루 셀에 적재되었고, 물 냉각 구리 챔버 내부에 장착되었다. 그런 다음 장치는 싱크로트론 X 선 소스와 일치하는 스테이지에 장착되었습니다.

15 GPa 및 1,700 켈빈에서 의 재료 합성은 X 선 회절을 사용하여 측정되었다.

당신은 광물의 물리적 특성에 대한 JoVE의 두 번째 비디오를 보았습니다. 이제 미네랄 샘플을 식별하고 특성화하기 위해 산과 색상, 줄무늬, 경도, 자기 및 반응성을 사용하여 기본 필드 테스트를 이해해야 합니다.

시청해 주셔서 감사합니다!

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Applications and Summary

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역사적으로 광물의 물성에 대한 평가는 광물 식별의 중요한 첫 번째 단계였습니다. 현미경 및 현대 분석 계측기(예: 석유 현미경, 엑스레이 회절, 엑스레이 형광 및 전자 마이크로 프로브 기술)가 현장에서 사용할 수 없기 때문에 관찰된 물리적 특성의 인식 및 사용이 중요한 진단 도구가 될 수 있다.

광물의 물리적 특성을 평가하고 관찰하는 것은 광물의 거시적 특징이 실제로 원자 수준의 구조 또는 화학 조성물의 외부 표현인 방법을 보여주는 훌륭한 수단입니다. 이 프로세스는 다음에 대한 통찰력을 제공합니다.

1) 화학 조성이 반사 표면과 빛의 상호 작용에 미치는 영향.
2) 화학 조성 및 원자 결합 강도가 분리 (긁힘)에 대한 광물의 저항에 미치는 영향.
3) 화학 조성 및 원자 스케일 주문이자기(예: Fe-베어링 물질의 존재) 및 희석산과의반응(예: CO32-애니온 그룹의 존재)과 같은 특성에 영향을 미치는 방법.

이 비디오에서 설명한 물리적 특성에 대한 지식이 필요한 산업 및 엔지니어링 응용 프로그램도 있습니다. 예를 들어, 절단하거나 분쇄해야 하는 기계는 이 공정을 돕기 위해 미네랄 물질을 사용할 수 있습니다. 또한, 보석 학자 (일반적으로 식별 하 고 판매를 위한 보석 품질의 미네랄을 준비) 색상과 광택 같은 속성에 관심이 있을 수 있습니다.

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