RE:진천중 1065 김승태 다이아몬드는 왜이렇게 단단할가요 |
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| 작성자 | 진천중 | 등록일 | 10.11.14 | 조회수 | 17 |
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다이아몬드는 1개의 탄소원자가 4개의 탄소원자와 모두 공유결합을 해 결정을 만들고 있기 때문에 이동하는 전자가 없어 전기를 통하지 않습니다 결정 전체가 단단한 공유결합을 이루고 있어 결정을 파괴하려면 많은 에너지가 필요하기 때문이죠. 이것이 다이아몬드가 광물 중 가장 단단한 이유입니다 등축정계(等軸晶系)에 속하는 탄소의 결정체(結晶體). 화학성분 : 탄소, 질소, 알루미늄 굳기 : 10 색깔 : 무색 투명한 것부터 황색, 갈색, 녹색, 청색, 적색, 흑색 본문 금강석(金剛石)이라고도 한다. 다이아몬드를 처음으로 사용한 것은 인도의 드라비다족(族)으로 BC 7∼8세기의 일이라고 한다. 로마 시대에는 이미 유럽에 수입되어 왕후귀족만이 지닐 수 있는 귀중한 보석이 되었다. 성서 속에도 몇 군데 다이아몬드가 나온다. 중세에는 주로 호신부(護身符)로 사용되었다. 그러나 이 무렵까지는 다이아몬드는 원석으로 사용되고 보석으로는 루비나 에메랄드 등의 색석(色石)이 더 높이 평가되었다. 다이아몬드가 보석으로서 최고의 자리를 차지하게 된 것은 17세기말 베네치아의 V.페르지에 의하여 브릴리언트 컷의 연마방법이 발명된 후의 일이다. 18세기 초에 브라질에서 다이아몬드 광상이 발견되기까지는 인도가 유일한 다이아몬드 산출국이었으며, 유럽에 수입되는 다이아몬드는 극소량이었고 그 때문에 법률로 다이아몬드는 왕후귀족만이 소유할 수 있도록 규제했다. 1866년 남아프리카공화국에서 대규모의 다이아몬드 광상이 발견되고 근대적 채굴법이 채택되고 나서야 다이아몬드는 대중화되었다. 1. 성질 화학조성은 탄소 외에 주요 불순물로서 최고 0.2% 까지의 질소 및 20ppm 까지의 알루미늄이 함유되어 있다. 인공결정 중에는 10% 정도까지 니켈이 포유물(包有物)로서 함유된다. 공간군(空間群) Fd 3m, 다이아몬드형의 결정구조를 가지며, 격자상수는 a0＝3.56688±0.00009Å(25℃)로 단위격자 중에 8개의 탄소원자를 함유한다. 천연결정은 둥글고 만곡면에 둘려싸여 팔면체형 및 십이면체형 결정이 많고, 드물게 육면체형 결정도 산출된다. 보통 스피넬식 쌍정(雙晶)이며 이 쌍정을 이루는 개체는 요입각효과(凹入角效果)에 의하여 삼각판상(三角板狀)의 외형을 가진다. 쪼개짐은 ［111］면에 완전하고 밀도 3.51524(g/cm3)(25℃), 굳기는 10으로 지구상에서 가장 단단한 물질이다. 단굴절(單屈折)로서 굴절률은 파장 546.1nm에 대하여 2.4237이다. 340nm보다 짧은 파장의 자외선으로 불투명이 되는 결정(Ⅰ형)과 225nm의 자외선까지 투명한 결정(Ⅱ형)의 두 가지 형이 알려졌다. 두 형은 그 밖의 물리적 성질에서도 차이가 있는데, 그 차는 함유된 불순물인 질소의 양과 존재상태의 차이에서 온다. 열전도율은 구리에 견줄만큼 좋고, 열팽창계수(熱膨脹係數)는 100∼900℃에서 1.5∼4.8×10-6으로 불변강(不變鋼)만큼 작다. 어떤 산(酸)에도 침식되지 않고, 비활성기체 속에서는 약 1,700℃까지 안정하다. 산화조건에서는 1,000℃ 전후에서도 표면의 흑연화(黑鉛化)가 시작된다. 결정색은 무색 투명한 것부터 황색 ·갈색 ·녹색 ·청색 ·적색 ·흑색 등 여러 가지가 있다. 2. 성인 다이아몬드의 성인(成因)에 대해서는 예전부터 여러 가지 설이 있었으나 현재는 지하 500∼700km의 깊이에 있던 마그마의 상승에 의한 온도와 압력조건의 변화에 의하여 마그마 중에서 결정화하고, 다이아몬드의 결정립을 함유한 마그마가 지표 가까이까지 분출된 것이라는 설이 널리 지지를 받고 있다. 운석 속의 다이아몬드의 기원에 대해서는 원래 천체(天體) 속에 존재하였다는 설과 운석이 지구에 충돌하였을 때 순간적으로 발생한 고온 ·고압에 의하여 형성되었다는 두 가지 설이 있다. 3. 종류 다이아몬드 결정에는 Ⅰ형, Ⅱ형의 차이가 있으며, 미세결정의 집합체로서 카르보나드·발라스·쇼트보츠·헤일스톤보츠·스튜워타이튼 등이 있다. 모두 불투명하고 수 %에서 수십 %의 불순물을 함유하고 있다. 이들은 미세결정의 집합체이므로 쪼개짐이 잘 생기지 않고, 따라서 인성(靭性)이 높아 공업용에 적합하다. 4. 산지 다이아몬드는 표사광상(漂砂鑛床) 속 및 원암(原岩) 중에서 산출된다. 전자는 원암이 풍화 ·침식 ·운반되어 강의 유역이나 해안 또는 해저의 사력층 속에 퇴적하여 생긴 광상이며, 인도 ·브라질 ·보르네오 ·콩고 ·시에라리온 등의 다이아몬드 광상이 이것이다. 세계 어느 지방의 다이아몬드의 원암도 모두 화학조성상으로는 초염기성암에 속하는 킴벌라이트라는 암석이다. 킴벌라이트는 파이프 모양이나 당근뿌리와 같은 모양이며, 다량의 포획암편(捕獲岩片)을 함유하고 있다. 그 상태로 보아 지하의 깊은 곳에 있던 마그마가 급격한 세력으로 상승하여 지표 가까이에서 고화(固化)한 것임을 알 수 있다. 다이아몬드의 결정립(結晶粒)은 그 속에 산점적(散點的)으로 존재한다. 이 밖에 운석 속에서도 발견된다. 5. 채굴과 판매 표사광상 속에 있는 것은 광부가 개인으로 채집하는 원시적 방법과, 대규모로 표토(表土)를 긁어내고 함(含)다이아몬드 사력층을 패닝(panning:솥뚜껑 같은 기구로 하는 水選法)하여 채집하는 근대적 방법으로 채굴된다. 해저사력층에 있는 것은 배 위에서 사력층을 파올려서 채집한다. 킴벌라이트 속에 있는 것은 대규모로 근대적 채굴법을 채택하여 깊은 갱도를 파서 원암을 분쇄하고 선광(選鑛)하여 채집한다. 어느 방법이든 먼저 비중선광(比重選鑛)에 의하여 무거운 광물립을 모으고 이것을 물과 더불어 그리스를 바른 탁자 위에 흐르게 하여 다이아몬드를 고른다. 채집한 다이아몬드는 색 ·흠 ·투명도 ·모양 등에 따라 먼저 공업용과 보석용으로 나눈다. 전체 산출량의 약 4/5가 공업용이 된다. 보석용은 더 세밀히 분류한 후 런던의 중앙판매기구(다이아몬드신디케이트)에 보내어지며, 여기서 특정한 소수의 원석상(原石商)에게만 판매한다. 가격은 중앙판매기구에서 일방적으로 결정한다. 이것은 중앙판매기구가 전세계 생산량의 80% 이상을 독점하고 있기 때문에 가능한 일이며, 다이아몬드 가격을 안정시키는 데 중요한 요인이 된다. 원석상은 각국의 연마회사에 원석을 보내어 연마시킨다. 6. 연마 연마는 다이아몬드 분말로 한다. 먼저 원석을 쪼개짐을 따라 절단톱으로 절단하고 주변부를 둥글게 연마한다. 다음에 올리브유(油)와 다이아몬드 분말을 섞은 것을 바른 주철제(鑄鐵製) 회전원판에 원석을 압착하고 차례로 패세트[小面]를 연마함으로써 절단된다. 보석용 다이아몬드의 90% 이상이 브릴리언트 컷으로 연마된다. 이 컷은 빛의 전반사(全反射)와 분산성(分散性)에 의하여 다이아몬드의 아름다움을 최대로 발휘하는 연마법이다. 이 밖에 원석의 모양에 따라 무게 감소를 최소한으로 줄이기 위하여 페어즈형 ·마퀴즈형 ·브리올렛형 ·에메랄드형 등의 컷으로 가공한다. 다이아몬드는 각종 방사선 조사(照射)에 의하여 녹색 ·황색 ·황금색 ·갈색 등을 만들며, 드물게 청색 ·분홍색도 만들어진다. 7. 평가 보석용 다이아몬드는 캐럿(carat:1캐럿은 0.2g)·투명도(clarity)·색(color) 및 컷(cut) 의 4C로 평가되며, 청색을 띤 백색을 최고로 친다. 흠은 포유물(包有物), 내부의 쪼개짐, 연마 흠 등의 양·위치에 의하여 평가된다. 컷은 이상적(理想的)인 비례와의 차에 의하여 평가된다. 또 같은 품질인 경우에는 일반적으로 캐럿수의 제곱 비율로 값이 비싸다. 8. 공업용 색 ·홈 등으로 보아 보석용이 되지 못하는 것은 공업용으로 사용된다. 결정 그대로 쓰는 경우와 분말로 만들어 쓰는 경우가 있다. 전자는 선반용 공구날 ·선긋기 다이스 ·유리절단기 ·착암용(鑿岩用) 비트 ·다이아몬드톱 등으로 사용되고, 후자는 각종 연마재나 숫돌로 사용된다. 다이아몬드가 공업용으로 중요한 이유는 최고(最高)의 굳기 외에 열전도율이 높고 열팽창계수가 작으며, 내산성(耐酸性)이 좋기 때문이다. 오늘날 근대 정밀공업 분야에서는 불가결의 재료이며, 그 때문에 전략물자(戰略物資)로 간주되고 있어, 그 수요가 해마다 늘어가고 있다. 9. 인공합성 다이아몬드 합성은 다수의 연구자에 의해 시도되었다. 최초로 성공한 것은 1955년 미국의 제너럴 일렉트릭사(GE) 연구소에 의해서이다. 탄소와 주로 제8족의 전이금속원소, 또는 그 합금을 약 7.5만atm, 1,700℃ 이상의 고온 ·고압 하에 둠으로써 합성하였다. 금속이 촉매(정확히는 溶媒) 역할을 한다. 합성은 몇 분 안에 이루어지며, 보통 1mm 이하의 미립결정이 많이 만들어진다. 이것은 주로 연마재용으로 사용된다. 고온고압 발생장치로는 벨트 장치나 사면체 ·육면체 ·다면체 등의 앤빌이 있다. 또 화약 폭발에 의한 충격파로도 합성이 가능하다. 오늘날에는 미국 ·스웨덴 ·남아프리카공화국 ·일본 등에서 대량으로 합성되며, 공업용으로 널리 사용된다. 1970년에는 GE사에서 보석용으로 사용할 수 있는 투명한 1캐럿 이상 크기의 원석을 합성하는데 성공하였으나 천연품과 인공품의 구별은 가능하다. 10. 모조품 보석용 다이아몬드의 모조품으로는 여러 가지 물질이 사용되고 있다. 대표적인 것은 베르누이법(法)으로 합성하는 티타니아(TiO2), 티탄산스트론튬(SrTiO3) 및 이트륨알루미늄석류석(YAG) 등이 있다. 특히 YAG는 굳기도 높고, 언뜻 보아 다이아몬드와 아주 닮았으므로 최근에 널리 사용된다. 이들과 다이아몬드와의 감별은 적당한 시험을 하면 쉽게 알 수 있다 |
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