보석의 물리적 성질 - 비중(Specific Gravity), 경도(Hardness)

1. 비중(Specific Gravity)

비중이란 같은 부피의 4도씨의 물과 그 무게를 비교하는 것입니다.  무게를 비교할 경우 보통 큰 것이 무거움으로 같은 크기의 것과 비교하지 않으면 뜻이 없습니다.  때문에 같은 크기로서 1cm x 1cm x 1cm의 정사각형의 크기로 잘랐을 때의 무게를 비교하는 것입니다.  그러므로 다이아몬드의 비중이 3.52라는 것은 다이아문드로 1cm³ 의 입방체를 만들었을 경우 그 무게는 3.52g이라는 뜻입니다.  4도씨의 물 1cm³ 의 무게는 1g이므로 다이아몬드는 물보다 3.52배 무거운 것으로 물 속에 가라 앉습니다.  그러므로 비중이 큰 것일 수록 체적은 작고 밀도는 높아집니다. 

비교적 비중이 높은 보석은 강옥석 종류로 루비, 사파이어의 비중은 4.00입니다.  이에 비해 자수정 등의 수정족은 2.65입니다.  그러므로 같은 캐럿(carat)에서 는 수정족의 체적이 큽니다.

보석의 비중을 측정하는 데는 정수법과 비중액법의 두가지 방법이 있습니다

 

1) 정수법

물리학자 아르키메데스가 왕으로 부터 "이 왕관에는 금과 납이 섞여 있는 것 같다. 사실 여부를 조사하기 바란다" 라는 말을 듣고 이 해답을 목욕탕 속에서 발견해 알몸으로 뛰어 나왔다는 이야기는 너무나 유명합니다.

이 때 발견한 원리가 물체가 완전히 물에 잠기면 물체의 무게는 물체와 같은 체적의 물의 무게와 동일한 만큼 가벼워 진다라는 사실입니다.  따라서 같은 체적의 물의 무게는 돌이 물속에 잠겨 가벼워진 무게와 같습니다.  그러므로 비중은 다음과 같습니다.              

다시 말해서 둘의 비중은 돌의 공기 중의 무게를 물속의 무게와의 차이로 나누어 얻어진 숫자와 같습니다. 

이와같이 간단한 방법으로 보석의 비중(S.G)을 구할 수 있습니다. 예를 들어 설명한다면 테스트를 하기 위하여 황색의 돌이 주어졌다면, 

㉮공기중에서 무게를 잰다.  = 12.89ct

㉯물속에서의 무게를 세밀히 잰다. = 9.67ct

㉰공기중에서의 무게와 물속에서의 무게 차이 = 12.89 - 9.67 = 3.22ct

㉱비중= 12.89 ÷ 3.22=4.00

㉲이 비중치를 갖는 보석을 도표에서 찾아보면 천연, 혹은 합성 황색 사파이어라는 것을 알 수 있습니다.

 

그러나, 이 방법은 작은 보석의 경우 물의 표면 장력의 작용도 있으므로 오차가 크기 때문에 별로 실용적이는 않습니다.

 

2) 중액법

물의 비중은 1인데 이것보다 무거운 액체도 있어 이것을 중액이라 부릅니다.  예를들면 수은의 비중은 13.59이므로 다이아몬드도 수은 위에 뜨게 됩니다.  이러한 무거운 용액 중 보석의 비중은 2.5~4.0정도이므로 비중이 다른 3종류의 용액  '브로모포름 bromoform, 옥화메틸렌,클레시씨'를  갖추어 이것들을 물이나 톨루엔으로 엷게 해서 6종류의 비중액을 만듭니다.

이때 비중을 미리 알고 있는 돌(지시석)을 넣어두고 돌이 액중에서 떠다니는 상태가 되었을 때 그 액이 돌의 비중이 되는 것입니다.  예를들면 클레시씨 용액의 비중이 4.25인데 루비나 사파이어를 넣으면 비중이 4가 되므로 액의 표면에 뜨게 됩니다.  여기에 스포트로 물을 넣으면 용액의 비중은 내려가고 보석도 점점 액중에 가라앉기 시작하여 드디어는 보석 전체가 액속에 들어가게 됩니다.   이때 액의 비중은 4.00이며, 지시석은 강옥석입니다.

만약, 물을 너무 많이 넣으면 강옥석은 용기의 바닥에 가라앉게 되므로 정확히 4.00으로 희석한 양에 강옥석과 같은 보석을 넣어 만약 액중에 뜨게 되면 강옥석이라는 유력한 증거가 됩니다.   

이 비중액도 여러 감별법 중의 하나이고 이것만으로 어떤 보석이라고 결정지을 수 없지만 수많은 같은 종류라 생각되는 보석이 있는 경우는 한 번에 액중에 넣어서 틀리는 것이 있는가를 판별할 수 있는 편리함이 있습니다.

 

아래 표에서 자주 사용되는 비중액으로는 6종류가 있는데 그중 1번을 사용할 경우 같은 황색 투명석인 토파즈와 시츄린을 용액에 넣으면 시츄린은 액중에 뜨고 토파즈는 액에 가라앉습니다.  비중만으로 어떤 보석인가 결정하는 일은 없지만 이처럼  손쉽게 구별할 수 도 있습니다.

비중액의 종류

 

2. 경도(Hardness)

보석은 단단해야 하며 그 때문에 보석의 영원성도 있는 것인데, 그 단단한 정도의 순서를 정한 사람이 모스(Mohs)로 그 순서는 아래 표와 같습니다.

이중에서도 중요한 것은 5도의 유리와 7도의 수정입니다.  일상 생활에서  단단한 것이라고 하면 유리를 들수 있습니다.  대부분의 물체를 유리로 긁으면 자국이 생깁니다. 그런데 보석의 세계에서 경도의 척도는 7도의 수정입니다.  수정이란 석영이 결정한 것으로 이 석영은 지구상 광물의 75%를 점유합니다.  여기에서 보면 다이아몬드 이상으로 단단한 것은 없습니다.  때문에 다이아몬드를 연마하는 데는 다이아몬드 가루를 사용합니다.  다른 돌을 연마하는데 다이아몬드를 사용하면 어떤 돌이라도 연마 할 수 있지만 다이아몬드는 비용이 너무 많이 들기 때문에 인조의 가장 단단한 돌을 발명하였습니다.  그것이 카보런덤(carbvorundom)입니다.  이 가루를 태워서 굳힌 것이 보석 연마용으로 사용되고 있습니다.  카보런덤은 다이아몬드의 성분인 카본과 커런덤 사이의 경도이기 때문에 카보런덤이란 이름이 붙어졌습니다.  

세공에 쓰이는 줄의 경도는 약 7도로 7도 이하의 돌은 줄에 자국이 납니다.  아래 모스 경도 표는 경도의 순서를 나타낸 것이지 수량적인 것을 나타내는 것이 아닙니다.  예를 들어 경도 5도의 인회석(apatite)은 10도인 다이아몬드 경도의 1/2 정도가 아니라 1/16 정도의 경도인 것입니다.

어디까지나 모스 경도는 순서일 뿐이고 각 표준석의 경도를 수치적으로 나타낸 것은 0~6500까지 입니다.

모스 경도

자수정 원석