운모

운모의 원석

운모(雲母, mica)

운모(백운모)

운모(은정석)

금운모

운모(雲母, mica)는 완벽한 판상의 쪼개짐을 가지는 특정한 규산염 광물들에 대한 총칭이다. 대부분의 운모는 단사정계이며 육각 판상의 결정형을 가진다. 돌비늘이라고 한다. 완벽한 판상의 쪼개짐은 운모의 특징적인 층상의 원자배열 때문이다.

운모는 화성암, 변성암, 퇴적암에 널리 분포한다. 19세기까지 유럽에서는 공급 부족 때문에 운모의 가격이 매우 비쌌는데, 19세기에 아프리카와 남아메리카에서 운모가 발견되면서 그 값이 급격히 내려갔다. 운모는 절연성이 뛰어나고 화학적으로 안정하기 때문에 축전기와 절연체의 원료로 사용된다.

개요

운모는 화강암 가운데 중요한 조암 광물로 층상구조형의 규산염 광물이다.

운모류는 층상규산염 광물의 하나로 화강암의 주 구성성분이다. 돌비늘 이라고도 한다. 판상의 층상구조를 가지며, 보통은 육각 판상의 결정형을 이룬다. 또한 인상(鱗狀), 섬유상, 주상(柱狀)을 이루는데, 납작한 판 모양의 결정구조 때문에 완전한 쪼개짐이 있어서 아주 엷게 벗겨진다. 광물 중에서 가장 쪼개짐이 완전하며, 쪼개진 조각은 탄력이 강하다.

굳기는 2.5~4, 비중은 2.75~3.2, 황색, 갈색, 녹색을 띤다. 운모의 화학식은 포함되는 원소에 따라 (K,Na,Ca)₂(Fe,Mg,Al,Mn,Fe,Ti)₄~₆(Si,Al)₈(Oh,F)₄의 조성을 갖는다. 운모족은 화학 성분에 따라 삼팔면체형 (trioctahedral) 운모 아족과 이팔면체 (dioctahedral) 운모 아족으로 구분된다. 삼팔면체 아족의 흑운모와 금운모가 있으며, 이팔면체 운모아족은 백운모가 있다. 또한 층전하는 단위포당 1.0이다. 층전하는 화학식에서와 같이 층간양이온, 대부분은 1가 양이온으로 K, 드물게 Na에 의하여 보상되어 전기적 중성을 이루게 된다. 이처럼 운모족의 화학성분은 매우 복잡하며 일반식으로는 X2Y4~6Z8O2(OH,F)4의 화학식으로 표현한다. 운모족은 구조 내에서 다양한 동형치환이 가능하다. 성분과 성질에 따라 백운모, 펜자이트, 셀라도나이트, 파라고나이트, 마가라이트, 금운모, 흑운모, 애나이트, 철운모, 시데로필라이트, 클린토나이트, 리튬 백운모, 트릴리티오나이트, 폴리리티오나이트, 진왈다이트, 태니올라이트 등이 있다. 또한 운모족에 속하는 광물은 가장 다양한 다구조형을 가지며, 이론적으로 여섯가지의 다구조형이 만들어질 수 있다.

한국에서 운모는 거정질의 화강암맥에서 수반광물로 산출되는 경우와 백운암질 또는 석회암질 암석이 주변의 관입암에 의하여 접촉교대 변성작용을 받아 산출되는 경우가 있다. 국내 산지로는 함경남도 단천군, 평안남도 평원군과 함경북도 길주군등지에서 산출된다. 운모는 열에 강한 성질이 있어 단열재에 많이 이용된다. 그 중 백운모는 전기절연체, 용광로, 진공관, 전동기 등의 정류자재료로도 이용된다. 미립의 운모는 경량건축재, 석고시멘트판 등에 이용된다.

결정 구조

오른쪽 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, 이중팔면체형에 속하는 운모가 백운모가 된다.

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.

운모의 종류

현재 약 27종이 알려져 있는데 백운모, 흑운모 및 금운모가 가장 많이 산출되고 있다.

광물함유성분에 따라 백운모(Muscovite), 금운모(Phlogopite), 흑운모(Biotite) 등으로 나뉘어지며 그중 공업용으로 사용되는 것은 백운모와 금운모 2종류 임.

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.

운모의 용도

• 고열에 강해 고열부의 유리대용으로 용광로, 화부용 안경, 보일러 투시용, 감시창, 고온용 와샤 등.
• 진공관, 전동기, 발전기, 정류자, 전열기, 배선피복, 축전기나 자동차, 항공기의 발화전등, 내열성인 합성수지의 접착제 및 장식도료 등.

참고자료

• 〈운모〉, 《위키백과》
• 〈운모〉, 《나무위키》
• 〈운모〉, 《두산백과》
• 〈운모 (雲母)〉, 《한국민족문화대백과》
• 해피25, 〈 운모 광물의 정의, 종류 및 용도〉, 《네이버 블로그》, 2016-06-08

같이 보기

• 화강암
• 규산염
• 백운모
• 흑운모

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