점토광물의 구조1:1격자형 및 2:1격자형 광물1:1격자형 광물이란 규산판 1개와 알루미나판 1개가 결합하여 한 결정단위로 이루고 있는 점토광물을 말한다.2:1격자형 광물이란 2개의 규사판 사이의 알루미나판 1개가 삽입된 모양으로 결합하여 한 결정단위를 이루고 있는 점토광물을 말한다.토양 중 주요 점토광물의 구조와 성질토양 중의 주요 점토광물은 부정형인 철이나 알루미늄의 산화물과 결정형인 kaoliniIte ,mon tmorillonite, illite, chlorite, vermiculite 등이다.가. kaolinitekaolinite는 우리 나라에서는 흔히 고령토라고 한는데, 이것은 1:1격자형 광물의 대표적인 것이다. 최근 우리나라 토양의 점토광물에 대한 연구가 이루어지고 있다. 우리나라의 토양중의 대부분이 kaolinite임이 밝혀져다. kaolinite 적색 또는 회색 podzol 토양의 주요 점토광물이며, 우리 나라의 토양도 이와 같은 대토양군에 속하므로 kaolinite점토가 많다. kaolinite광물은 순수한 kaolinite가 아니고 각종 광물의 혼합물임이 밝혀졌다. 전자현미경을 통하여 본 각종 kaolinite의 가장 큰 것은 나비가 0.3-4μ이고, 두께는 0.05-2μ이었다. 음전하량은 동형치환이 없기 때문에 변두리 전하의 지배를 받으며, 그 치환용량은 보통 3-15me/100g이지만,분말도를증대시킬수록 음전하의 양이 증가한다.kaolinite는 온난,습윤한 기후조건에서 염기물질이 신속히 용탈될 때 많이 생성되며 , 이에 속하는 점토광물류에는 halloysit e ,metahalloysite등이 있다.나. montmorillonitemontmorillonite를 우리나라에서는 산성백토라 하는데, 이것은 울산 및 포항 근처에서 원광으로 생산되며, 비누 또는 연필심의 원료로 사용되고 있다. 이 광물은 칼리가 많은 규반염 광물이 고토가 많은 조건하에서 풍화될때나 염기성규반염 광물의 염기가 서서히 용탈되는 조건하에서 고토가 많을 때 토양 중에서 재합성된다.이 광물의 결정구조는 보는 바와 같이 2:1격자형인 동시에 팽창형이므로 습윤할 때에는 활성표면적이 매우 커지지만 , 건조한 상태에서는 kaolinite와 비슷한 15.5m^2 /g의 비표면적을 갖게 되며, 무수물의 밀도는 일반적으로 2.2-2.7이다. montmorillonite는 각 결정단위의 표면에도 흡착위치가 존재하므로 양이온치환용량이 매우 커서 보통 80-150me/100g이고, 이것도 분쇄되어 분말도가 커지면 변두리전하가 증대되므로 치환용량도 더욱 증대된다.다.illiteillite의 일반구조는 montmorillonite와 같다. 다만, 규산4면체 중의 몇 개의 규소가Al^+3에 의해 동형치환된 결과 생긴 양전하의 부족량만큼이K^+에 의해 충족되어 있는 점이 다르다. illite는 운모류광물이 풍화되는 동안 탈수되거나K^+,Mg^+2,등이 용탈되었을 때 생기는 2:1 격자형인 동시에 비팽창형인 점토광물이다.illite 가 montmorillonite에서는 주로 대부분이 알루미늄8면체 에서의 동형치환 때문에 양전하의 부족이 생기며 따라서 결정표면에서 먼 중심부에 생긴다는 점이다.또, illite에서는 주로 양전하의 부족이 생기는 반면, montmorillonite에서는 주로 대부분이 알루미늄8면체에서의 동형치환 때문에 양전하의 부족이 생기며, 따라서 결정표면에서 먼 중심부에 생긴다는 점이다. 또 illite에서는 양전하의 부족을 충족시키는 양이온은 주로 결정단위와 단위사이의K^+이며, 따라서 결정단위와 단위 사이의 간격은 거의 고정되기 때문에 극성이온의 침입이 불가능하다. 그러므로, illite는 비팽창형격자이며 결정단위와 단위사이의 양이온은 비치환형팽창격자형 및 비팽창격자형 광물팽창형광물이란 수분이 결정단위와 단위 사이를 자유로이 왕래할 수 있으므로 습할 때에는 결정단위 사이의 간격이 증가되고, 건조할 때에는 결정단위 사이의 수분이 빠져나와 수축되어 결정단위와 단위가 밀착되게 된다.비팽창형광물이란 2:1격자형 점토광물의 결정단위 사이에 다량의K^+가 존재하여 물이 자유로이 통과하지 못하기 때문에 수분이 많든 적든 간에 결정단위와 단위 사이의 간격이 변동되지 않는점토광물이다.1. 깁사이트(gibbsite)그룹규소-산소의 사면체 격자 실리카 층알루미나의 팔면체 격자 알루미나 층이 광물군은 알루미늄 수산화물과 함수 알루미늄 산화물로 이루어져 있으며, 광물 구조 내에는 양이온이 없다. 이들이 거의 순수하게 농집되어 있으면 보오크사이트(bauxite)라고 하며, 라테라이트라는 토양 종류에서는 이 광물들이 주요한 알루미늄 광물이다. 깁사이트[Al(OH)3]와 이에 관련된 광물들은 습윤하고 열대성 풍화작용이 가장 심했을 때, 순환하는 지하수에 의해 완전한 용탈작용과 물질의 제거로 인해 생성된다. 이러한 조건하에서는 규소를 포함한 모든 양이온이 지하수를 통해 빠져 나가버리고 알루미늄만 남아 있게 되어. 독특한 광물로의 결정화작용이 일어난다.2. 카올린(kaoline)그룹알루미나(gibbsite) 층.실리카 층.기본 간격 7Å이 그룹의 광물들은 함수 규산알루미늄 광물로서, 그 밖의 다른 원소들은 들어 있지 앓다. 카올린 그룹 광물들도 역시 금속이온, 알칼리 금속, 그리고 알칼리 토류 원소들이 완전히 용탈됨으로써 생성된 광물이다. 깁사이트 그룹과는 달리, 규소는 완전히 빠져 나가지 않은 상태에서 형성된다. 결정 구조적으로 볼 때, 카올리나이트는 규소-산소의 사면체층이 알루미늄-산소-수산화물의 팔면체 층과 결합되어 있다. 이러한 이중 판은 전기적으로 중성을 띠며, 이에 따라 더 이상의 양이온을 필요로 하지 않는다. 카올린 그룹의 광물들은 이들 이중 판의 배열 양식에 따라 달라지게 된다. 이 그룹 중에서 가장 중요한 광물인 카올리나이트는 습윤한 기후에서 생성되는 점토광물이다.3. 스멕타이트(smectite)그룹Al이 Mg과 Fe에 의해 많은 부분 치환.층 사이에 H2O과 Ca, Na가 들어가 있다....기본 간격은 14Å이지만 9.6 ~ 21.4Å까지 수축한다.이 그룹의 광물은 철, 마그네슘, 칼슘과 나트륨 등의 양이온을 상당량 함유하는 함수 규산염 광물이다. 따라서, 이 그룹의 광물은 화학적 풍화작용 과정에서 기원 광물로부터 유래된 원소들이 모두 빠져 나가지 않은 환경에서 생성된다. 이들 광물의 기본 결정구조는 두 개의 규소-산소 사면체층 사이에 알루미늄-산소-OH층이 들어가 있는 형태이다. 여기에서 Al3+과 Si4+이온에 치환이 일어남으로써 여러 가지 화학 성분상의 변화가 있게 된다. 즉. 사면체층(tetrahedral layer)의 Si4+를 Al3+이 부분적으로 치환하고, Mg2+와 Fe2+,3+가 팔면체층(octahedral iayer)의 Al3+을 부분적으로, 또는 완전히 치환하기도 한다. 이와 같은 치환작용에 따라 서 세 개의 층으로 이루어지는 단위구조는 전기적으로 중성을 이루지 못하고 항상 음의 전기적 성질을 띠게 된다. 이에 따라 서로 인접하는 세 개의 층 사이에 양이온이 들어가 결합을 한다. 칼슘과 나트륨이 일반적으로 이 자리를 차지하며, 다양한 앙의 물분자도 함께 존재한다. 층 사이에 존재하는 이들 양이온은 지하수에 용해되어 존재하는 다른 양이온과 쉽게 교환작용이 일어난다. 따라서, 스멕타이트 그룹 광물들은 높은 양이온 교환 능력(cation exchange capacity)이 있다고 한다. 또한, 층간수의 양이 다양하기 때문에 스멕타이트 결정은 물이 더해지거나 증발로 인하여 물이 빠져 나가게 되면 부피가 변화하는 특성을 보이므로 수축성점토(expandable clay)라고 부른다. 스멕타이트 그룹 광물이 생성되는 환경은 불완전한 용탈이 일어나는 곳이고, 용액에는 많은 양이온이 함유되어 있는 곳이다, 따라서, 이 그룹의 광물은 아건조대나 건조대 지역에 발달하는 토양에서 많이 생성된다. 풍화작용과는 달리 스멕타이트는 화산회가 지표나 수중에 쌓인 후 변질작용을 받아서 형성되기도 하는데, 이 경우에는 벤토나이트 점토가 생성된다. 이 그룹 광물이 생성되기 위한 주요한 필요 조건은 기원지 암석에 마그네슘 함량이 높아야 한다.4. 일라이트(illite).실리카 층의 Si를 Al이 치환.층 사이에 K+과 약간의 OH-, Fe, Mg가 들어가 있다.기본 간격 10Å일라이트는 칼륨을 주요한 양이온으로 하는 함수 규산알루미늄 광물이다. 일라이트 역시 불완전한 용탈작용의 풍화 조건을 지시하는데, 기원암이나 근원암과 접하는 용액에 칼륨이 풍부하게 포함되어 있어야 한다.기본적인 결정구조는 스멕타이트처럼 두 개의 사면체 층과 한 개의 팔면체 층을 포함한 세 개의 층으로 이루어져 있다.사면체 위치의 Si4+를 Al3+이 어느 정도 치환을 하면 전기적으로 음성을 띠기 때문에 여기에 K+이 결합을 하게 된다. 만약. 사면체 층에서 Si/Al의 비율이 6:2가 되면, 이는 Al3+이 최대로 Si4+를 치환하는 경우로서, 단위 결정식에는 두 개의 K+이 있게 되는데, 이 경우의 광물은 백운모라고 한다. 따라서, 일라이트는 백운모에 비해 Si4+가 비교적 풍부하고, K+이 부족한 운모라고 할 수 있다. 결정구조 내에 들어 있는 K+는 낮은 양이온 교환 능력을 나타내고, 일라이트는 거의 팽창하지 않는 성질을 띤다. 일라이트는 많은 해양 셰일의 주요 점토광물로서, 이들 일라이트가 일차적인 풍화 산물인가, 혹은 다른 점토광물이 해수 중의 K+와 반응하여 생성된 속성광물인가에 대해서는 구별하기가 쉽지 않다. 만약, 일라이트가 일차적인 풍화 산물이라고 하면, 이의 생성 조건은 건조 지대나 아건조 지대에서 발달되는 알칼리성 토양이어야만 한다.
