규산염 광물의 구조
암석을 이루는 광물은 대부분 규소와 산소가 주성분인 규산염 광물이에요. 기본 단위체인 규산염 사면체를 살펴보고, 사면체가 이웃과 산소를 공유하는 방식에 따라 서로 다른 광물이 만들어지는 모습, 그리고 구조에 따라 달라지는 광물의 쪼개짐을 3D로 확인해 보세요.
2022 개정 교육과정통합과학1 물질과 규칙성 · 지각을 구성하는 규산염 광물이 기본 단위체인 규산염 사면체(Si-O 사면체)의 결합으로 형성됨, [10통과1-02-05]물질과 에너지 물질의 세 가지 상태 · 결정성 고체의 분류, 석영(이산화 규소)과 같은 공유 결정, [12물에01-04]지구시스템과학 지구 탄생과 생동하는 지구 · 규산염 광물과 화성암의 조직과 연계고급 지구과학 고체 지구 · 광물의 물리적, 화학적 성질과 분류, [12고지01-05]지구과학 실험 고체 지구 탐구 · 광물의 물리적 성질로 주요 광물 분류, [12지실01-06]
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이하은T 과학 실험실
결합 구조
광물
모형
지각을 이루는 원소 (질량 %)
산소와 규소가 지각 질량의 약 4분의 3을 차지해요 · 대략적인 값
결합 구조에 따른 산소 공유
사면체가 끝없이 이어질 때의 값이에요 · 진한 막대가 지금 보는 구조
사면체 하나가 공유하는 산소 수 (평균)산소 수 ÷ 규소 수
한눈에 정리
규산염 광물
지각의 대부분을 이루는 광물
- 규소(Si)와 산소(O)를 주성분으로 하는 광물이에요
- 암석을 이루는 주요 광물(장석, 석영, 흑운모, 휘석, 각섬석, 감람석)이 대부분 규산염 광물이에요
기본 단위체
규산염 사면체 (Si-O 사면체)
- 가운데 규소 원자 1개에 산소 원자 4개가 공유 결합한 사면체 모양이에요
- 모든 규산염 광물은 이 사면체를 기본 단위체로 해요
산소의 공유
이어지는 방식이 광물을 정해요
- 독립형 → 단사슬 → 복사슬 → 판상 구조로 갈수록 이웃과 공유하는 산소가 많아져요
- 공유하는 산소가 많을수록 규소에 대한 산소의 비율이 작아져요
- 산소 4개를 모두 공유하는 망상 구조물질과 에너지도 있어요 (석영, 장석)
금속 이온
골격 사이를 채우는 이온
- 사면체 골격 사이에 철, 마그네슘, 칼슘, 칼륨, 알루미늄 같은 금속 원소의 이온이 결합해요
- 철과 마그네슘이 많은 광물(감람석, 휘석, 각섬석, 흑운모)은 어두운색, 석영과 장석은 밝은색을 띠어요
구조와 성질지구과학 실험
쪼개짐과 깨짐
- 쪼개짐: 광물이 일정한 방향으로 평평하게 갈라지는 성질
- 깨짐: 일정한 방향 없이 불규칙하게 깨지는 성질
- 흑운모는 한 방향, 휘석과 각섬석은 두 방향으로 쪼개지고, 감람석과 석영은 깨져요
공유 결정물질과 에너지
석영은 공유 결정
- 원자들이 공유 결합으로 그물처럼 이어져 이루어진 결정을 공유 결정이라고 해요
- 석영(이산화 규소)은 망상 구조의 공유 결정이라 단단하고 녹는점이 높아요
- 같은 이산화 규소라도 원자 배열이 규칙적인 석영은 결정, 불규칙한 유리는 비결정이에요
단위체와 결합
지각과 생명체의 공통점
- 규산염 광물이 사면체의 결합으로 만들어지듯이, 단백질은 아미노산, 핵산은 뉴클레오타이드가 결합해 만들어져요
- 단위체의 종류와 결합 방식에 따라 다양한 물질이 생겨요 (전사와 번역 실험)
생각해 보기
- 규산염 사면체를 이루는 규소와 산소 원자는 각각 몇 개인가요? ① 탭에서 ‘위에서’ 보면 산소가 3개처럼 보이는 까닭은 무엇일까요?
- ② 탭에서 휘석의 단사슬 구조를 위에서 보고, 사면체 하나를 눌러 이웃과 공유하는 산소를 찾아 세어 보세요.
- 독립형 → 단사슬 → 복사슬 → 판상 구조로 갈수록 사면체 하나가 공유하는 산소 수와 ‘산소 수 ÷ 규소 수’는 어떻게 변하나요?
- 모두 같은 규산염 사면체로 이루어져 있는데도 규산염 광물의 종류가 다양한 까닭을 설명해 보세요.
- ③ 탭에서 흑운모를 두드리면 얇은 판으로 떨어지는 까닭을 ‘결합 구조 함께 보기’의 노란 면과 관련지어 설명해 보세요.
- 감람석, 휘석, 각섬석, 흑운모는 어두운색인데 석영은 밝은색인 까닭은 무엇일까요?