Ch.4. 결정화학 이온(원자) 반경과 배위수(Coordination Number: CN) 이온반경: CN 이온(양이온 또는 음이온)의 가상 반경(크기) 결합 거리로부터 계산된 값 CN 하나의 이온(원자)과 (일차) 직접 결합하고 있는 둘러싼 다른 이온(원자)들의 수 주변의 다른 종류 이온반경비(radius ratio)에 의해 결정 (r+/r-)

l = 2r- d = 2r- + 2r+ d = √2 l r+/r- = 0.414 CN이 왜 중요할까?

CN에 따른 이온반경비 Radius ratio CN Geometry <0.155 2 linear 0.155 – 0.225 3 Triangular (trigonal) 0.225-0.414 4 tetrahedral 0.414-0.732 tetragonal 6 octahedral 0.732-1.0 8 cubic >1.0 12 cubic (face centered)

Tetrahedral

Ch.4. 결정화학 화학 결합과 광물의 물리화학적 성질 화학 결합(Chemical bonding): 구성 원자 (또는 원자들)을 묶어두는 힘(에너지) 종류 이온결합(Ionic bonding): 전자 전이, 정전기적 (Coulombic, electrostatic) 공유결합(Covalent bonding): 전자쌍을 공유 금속결합(Metallic bonding): 자유 전자를 공유(delocalized) 반데르발스(Van der Waals bonding): 그 외 약한 결합력을 총칭하는 것 (Keesom, Debye, London forces)

결합력의 세기와 균일도, 결합의 방향 등이 다음 성질을 결정한다 광물에서는 보통 공유 > 이온 > 금속 > 반데르발스 결합 순으로 강하다       결합력의 세기와 균일도, 결합의 방향 등이 다음 성질을 결정한다 경도 Hardness 벽개 Cleavage 깨짐(단구) Fracture 조직 Texture (crystal form) Etc.

화학 결합과 경도 C: Diamond – perfectly covalent (What about graphite?) SiO2; quartz – partly covalent, partly ionic Covalent>>ionic CaCO3; calcite Partly covalent, Partly ionic Ionic>>covalent Au; gold metallic Mg3Si4O10(OH)2; Talc Covalent + ionic + Van der Waals

화학 결합과 벽개 Biotite Amphibole (hornblende) From http://staff.aist.go.jp/nomura-k/english/itscgallary-e.htm Biotite From http://www.earth.ox.ac.uk/~davewa/pt/pt02_amp.html Amphibole (hornblende)

화학결합과 깨짐 Structure of quartz Conchoidal fracture of quartz From http://www.uwgb.edu/dutchs/Petrology/QuartzStruc.HTM From http://geology.com/minerals/quartz.shtml

화학결합과 조직 (결정형) Quartzite Sphene From http://www.uwgb.edu/dutchs/Petrology/QuartzStruc.HTM

결합의 이온성 (Ionicity of bonding) 전기음성도(Electronegativity; c): 하나의 원자 또는 원자군들이 전자를 자신에게 끌어당기려는 능력의 척도. Pauling (1960) I = 1 - exp[-0.25(cA - cB)2]. Hannay & Smyth (1946) I = 0.16(cA - cB) + 0.035(cA - cB)2. (cA should be always bigger than cB) 배위된 결합에 대해서는 Ic = (N/M)I + (1-N/M). 이때 N=배위된 원자의 원자가 전자 (valence electrons) M=배위수

규산염광물 내 일반적인 결합의 계산된 이온성 Bonding M I Si-O 4 0.3294 Al-O 0.5575 6 0.7050 Fe(III)i-O 0.6567 Fe(II)-O 0.7828 Mg-O 0.8332 K-O 0.9432 Na-O 0.9370 Ca-O 0.8663 12 0.9686 0.9666 0.8754 H-O 1 0.2522

Isolated atoms Ideal covalent bonding Covalent-ionic bonding Ideal ionic bonding

물: 극성물질 Polar substance 이온성의 중요성 마그마 내 결정 순서를 정하는데 영향을 미침. 광물의 (특히 물과의) 반응성을 결정 (풍화에 대한 저항성?) 물: 극성물질 Polar substance

polymerization covalency 이온성에 따른 풍화에 대한 저항성을 토론하자 사암이 왜 주로 석영으로 구성되는지 생각해보자