Carbonate minerals (탄산염광물)

탄산염광물(carbonate minerals)은 탄산 이온(carbonate ion, CO₃^2-)을 포함하고 있는 광물입니다. 탄산 이온은 3개의 산소 원자가 하나의 탄소를 삼각형태로 둘러쌓은 형태로, 이에 따라 규산염 이온(silicate ion)과 황산염 이온(sulfate ion)과 다르게 평면적인 구조를 가지고 있습니다. 

 

황산염광물(sulfate minerals)와 비슷하게 무수 탄산염과 함수 탄산염으로 나눠질 수 있습니다. 각각에 대한 하위 분류는 아래의 표에서 간략하게 소개해놓았습니다.

 

Table 1. The subgroup of carbonate minerals

Carbonate minerals			Subgroup
Anhydrous			Calcite group, Aragonite gruop, Dolomite group
Hydrated			-

 

Anhydrous carbonate minerals: 무수 탄산염광물

 

탄산 이온이 어떠한 양이온과 결합되는가에 따라서 하위그룹으로 나누어질 수 있습니다. 일반적으로 칼슘 이온(Ca²⁺)을 기준으로 (i) 반지름이 짧은면(Mg²⁺, Zn²⁺, Fe²⁺, Mn²⁺ 등) 방해석족(CaCO₃, calcite)으로 (ii) 반지름이 길면(Sr²⁺, Pb²⁺, Ba²⁺ 등) 아라고나이트족(CaCO₃, aragonite)으로  분류될 수 있습니다 (각 그룹 내의 광물들은 서로 비슷한 결정구조를 가짐). 각각의 그룹에 대해서는 아래 보다 자세히 설명해놓았습니다.

 

Table 2. Ionic radii (cations) in calcite and aragonite group

Group	Mineral	Ionic radius
Calcite group	Calcite (CaCO3)	Ca2+, 1.08 Å
	Siderite (FeCO3)	Fe2+, 0.69 Å
	Rhodochrosite (MnCO3)	Mn2+, 0.75 Å
	Magnesite (MgCO3)	Mg2+, 0.80 Å
Aragonite group	Aragonite (CaCO3)	Ca2+, 1.26 Å
	Strontianite (SrCO3)	Sr2+, 1.35 Å
	Cerussite (PbCO3)	Pb2+, 1.41 Å
	Witherite (BaCO3)	Ba2+, 1.55 Å

 

(1) Calcite group

 

방해석 구조는 염화나트륨(NaCl, sodium chloride) 구조에서 나트륨(Na)이 칼슘으로, 염소(Cl)가 탄산 이온으로 치환되면서 축이 살짝 틀어진 구조에 가깝습니다. 양이온이 6개의 산소에 둘러쌓여 있는 형태며, 양이온과 탄산 이온은 이온 결합으로 결합되어 있습니다. 대표적으로, 방해석, 능철석(siderite, FeCO₃), 능망가니즈석(rhodochrosite, MnCO₃), 마그네사이트(magnesite, MgCO₃) 등이 있습니다.

 

(2) Aragonite group

 

아라고나이트는 방해석의 동질이상의 광물입니다. 양이온의 반지름이 크기 때문에(Table 2) 방해석보다 넓은 공간을 차지하고 있습니다. 대표적으로, 아라고나이트, 백연석(cerussite, PbCO₃) 등이 있습니다.

Structure of (i) calcite and (ii) aragonite (●: Oxygen, ◉: Carbon, ◯: Calcium etc.)

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Hydrated carbonate minerals: 함수 탄산염광물

 

대표적으로 수산화기(hydroxyl group, OH^-)를 포함하고 있는 공작석(Cu₂CO₃(OH)₂, malachite)과 남동석(azurite, Cu₃(OH)₂(CO₃)₂)이 있습니다.

 

[참고문헌]

1. Mineralogy: An introduction to minerals, rocks, and mineral deposits