보석의 물리적 성질 - 인성(Toughness), 벽개(Cleavage), 단구(Fracture)

1. 인성 (Toughness)

 경도란 구체적으로 말하면 상처가 잘 나지 않는 성질을 말합니다.  그러나 아무리 단단할지라도 떨어뜨려서 잘 깨진다면 강도가 있다고는 말할 수 없습니다.  강도란 결국 깨어지기 어려움을 말하며 반대로 말하면 부드러움을 나타내는 말은 인성이라고 부릅니다.  이것은 경도와는 관계가 없는 또 다른 보석의 성질입니다.  즉, 부서짐 쪼개짐 분열에 대한 저항성이 어느정도로 강한가를 말합니다.   열처리가 된 철 금속과 열처리가 되지 않은 철 금속에서는 전자는 칼로 쓰일 정도로 단단하지만 조금만 무리하면 부러지고 맙니다.  이런 경우가  강도는 있지만 인성은 부족한 것입니다.  후자는 다른 것을 잘 깎지는 못하지만 부러지지 낳고 구부러지는 정도입니다.  이것은 인성이 있기 때문입니다.

 

보석을 예로 들면 에메랄드는 경도가 8이나 인성은 없어 매우 깨지기 쉽습니다.  에메랄드에 비하면 연옥의 경도는 6.5~7도 이지만 그 인성은 에메랄드의 배 가까이 되어 좀처럼 깨지지 않습니다. 

2. 벽개(Cleavage)

  결정질 물질의 특수한 성질은 원자배열의 규칙성이다.  많은 보석돌의 패턴(양상)은 다른 방향으로 원자간의 간격이 대체로 같다는 것입니다.  이런 돌을 파괴하고자 하면,  파괴의 원인이 되는 압력을 덜 받는 쪽으로 파괴가 이루어진다는 것입니다.   어떤 보석의 원자배열은 원자가 집중되어 있는 평면이 있고,  이 평면들 사이는 공간이 되어 있을 수 있습니다.  이럴 경우, 이 돌의 부서짐(쪼개짐)은 원자가 집중해 있는 면에 평행하게 이루어집니다.

  결정계의 대칭성과 원자가 보다 밀집된 방향에 따라서 클리비지는 6방향, 4방향, 3방향 또는 2방향이 있거나 아니면 1방향 밖에 없는 것도 있습니다.  광물의 벽개는 완벽한(perfect), 어려운(difficult) 또는 쉬운(easy)등으로 분류됩니다.  

 

ex) * 완전(쉽게 쪼개지는것) : 다이아몬드, 형석, 스포듀민, 칼사이트

      * 우수/Good(조금 쉽게 쪼개지는것) :  펠드스파

      * 양호/Fair(조금 어렵게 깨지는 경우) : 크리소베릴

      * 불량/Poor(어렵게 쪼개지는 경우) : 지르콘, 베릴

     

  클리비지와 그 특성을 간단히 정의 한다면 클리비지라는 것은 결정질광물이 어느 특정한 방향으로 평평하게 쪼개져 매끄러운 표면을 만드는 성질이라고 말할 수 있습니다.  이렇게 해서  생긴 평면을 벽개 면 (cleavage plane)이라고 부릅니다.

이러한 것은 원자면(atomic plane)에 대응하기 때문에 광물이 이루어진 결정형의 결정면(crystal facet)에 평행하게 됩니다.  예를들어, 다이아몬드는 등축정계의 독특한 몇 개 형상 중의 하나로 생성되어지나 쪼개지기 쉬운 원자면은 8면체 면에 평행한 방향입니다.  따라서 다이아몬드는 팔면체의 벽개를 가지고 있다고 말합니다.  다이아몬드의 벽개면을 가끔 그레인(grain)이라고 할 때가 있습니다.

  

  벽개를 포함하여 분할(쪼개짐)이 항상 매끄러운 면을 만드는 것은 아니고 벽개와 프랙쳐가 서로 어울렸다든지 또는 엉뚱한 방향으로 벽개가 일어 났다든지 하는 결과로 조그마한 리지형태(선반형, ledge)나 계단형(steplike)의 외관을 형성하는 일이 있습니다.  어떤 광물들은 한가지 결정형 이상의 면에 평행한 방향으로 쉽게 클리브(cleave)되는 것도 있습니다.

  의사 클리비지(false cleavage) 또는 파팅(parting)은 어느정도 클리비지와 비슷한 쪼개짐이 있습니다.  그것은 반복쌍정(repeated twinning)으로 생긴 얇은 막(층)사이의 면을 따라 잘 이루어진다.  그러므로 원자면 사이에 생기는 진짜 클리비지와는 다릅니다.  파팅(parting)은 어떤 종의 보석류에만 가끔 생깁니다.

 

3. 단구(Fracture)

  단구라는 말은 벽개면 이외의 다른 방향으로 어떤 물질이 갈라지거나 깨지는 경우를 말합니다

 단구를 기술하는 용어로는 아래와 같은 것들이 있습니다.

 

1) 콘코이들(conchoidal)

패각상, 완만하고 매끄러운 깨어짐으로 동심원적 융기선을 동반할 때가 많습니다.  투명한 단결정이나 유리에서 가장 흔히 볼 수 있는 프랙처입니다.

 

2) 스프린터리(splintery)

목쇄상, 섬유상 구조 또는 클리비지를 따라서 섬유상 외관을 띱니다.  결이 있는 나무의 균열과 비슷합니다.

 

3) 그래뉼러(granular)

입상, 설탕의 입자 같은 외관. 결정질 집합체에서 흔히 볼 수 있는 미립자상 또는 조잡한 프랙처입니다.

 

4) 이븐(even)

균일, 비교적 매끄럽고 평평한 깨어짐. 클리비지와 비슷하나 계단상 단구는 없습니다.

 

5) 언이븐(uneven)

 불균일, 우툴두툴하고 조잡한 프랙처로서 심한 굴곡과 불규칙한 면을 가진 것을 말합니다.

 

6) 파팅(parting)

유사 클리비지, 매끄럽고 약한면을 따라서 평평한 깨어짐. 보통 쌍정면에 따라 생깁니다.  얼핏 보면 클리비지와 비슷합니다.

 

  이 단구(fracture)는 광물에 따라 특유하게 쪼개지기 때문에 육안에 의한 보석감별의 수단이 되기도 합니다.  구슬의 뚤린 곳을 잘 관찰해서 유리와 같이 패각상으로 쪼개져 있으면 수정, 루비 등이고 나무와 같이 목쇄상으로 쪼개져 있으면 산호이며 자잘한  소편상으로 쪼개져 있으면 옥이라고 할 수 있습니다.

 

 

4. 기타 물리적 성질

1) 열 효과

  보석에 열을 가한다든가 불꽃을 가져가면 변화가 일어납니다.  이것은 식별의 한가지 방법이 되기는 하지만 부분적으로 또는 전체적으로 돌을 파괴하여 미와 가격을 저하시킵니다.  따라서 주얼리를 수리하는 사람은 열효과를 이해하여야 합니다.  터키석, 에메랄드, 가닛, 수정, 페리도트, 지르콘, 투어멀린 등은 불꽃에 직접 닿으면 갈라져 버립니다.  특히 터키석은 성냥불에 닿기만 해도 여러 조각으로 갈라지는 특성이 있습니다. 

많은 보석은 열을 가하면 변색합니다 자수정, 아쿠아마린, 지그콘, 투어멀린, 토파즈 등은 특히 조심해야 합니다.

  다이아몬드 역시 900도씨 이상에서 오랫동안 열을 가하면 처음에는 구름같이 흐려지다가 표면에서 검게 타서 탄소로 변합니다.

 

2) 화학 약품의 효과 

  불화수소는 유리를 녹이지만 수정에 떨어뜨리면 약간의 흠을 냅니다.  따라서 자연수정을 식별하는데 쓸 수 있습니다.

  대부분의 투명한 보석은 산에 변화하지 않습니다.  그러나 반투명 또는 불투명한 돌이 산에 반응을 보이는 것도 많습니다.  진주, 양식진주, 산호, 말라카이트, 아쥴라이트, 터키석 등은 산에 반응을 일으킵니다.  이것은 모조품으로부터 이들을 구별하는데 사용됩니다.  산은 식별에 대단히 중요한 역할을 하지만 돌을 상하게 할 우려가 있으므로 세심한 주의가 필요합니다.  

 

3) 감각

  감각이 때로는 보석의 식별에 도웁이 됩니다.  그러나 연마가 잘 된 돌이면 감각에 의한 식별의 정확도를 감소시킵니다.  옥은 기름같이 미끈한 느낌이고 토파즈는 매끄러운 느낌이며, 진주는 치아에 갖다 대면 서걱 거리는 느낌을 주며 어떤 칼세도니는 혀에 가져가면 달라붙는 감각을 느낄 수 있습니다.  이러한 느낌은 오랫동안 인간의 경험에 의한 것으로 돌을 상하게 하지 않고 식별 할 수 있는 방법 중의 하나입니다.

 

4) 냄새

  광석에 따라 마늘, 서양냉이, 유황, 수지와 같은 냄새를 내는 것이 있습니다.  주로 냄새는 호박에서 대치품의 식별에 쓰이는 방법입니다.

 

5) 자성

  어떤 보석은 자석에 끌리는 자성을 보여 주는 것이 있습니다.  헤머타이트는 자석에  끌리는 데 이것은 약간의 자철광의 불순물이 있는데 기인하는 것으로 판단됩니다.  이와 같이 자철광과 어떤 종류의 플라티늄은 자성을 나타냅니다.

 

6) 전기

  전하는 열이나 물체를 마찰할 때 발생합니다.  열에 의한 전기를 열전기라 하며 마찰에 의하여 일으키는 전기를 마찰전기라 하는데 투어멀린은 열전기를 일으키는 물질이며 호박은 마찰전기를 일으키는 보석입니다.

 

7) 형광과 인광

  전자파(가시광선, 자외선, 음극성 등)를 물체에 쬐어 주었을 때 가시광선이 나오는 것을 형광(fluorescence)이라 합니다.  예로서 루비는 자외선에 의하여 적색 형광을 냅니다.  일단 형광이 난 뒤에는 전자파의 쬐임을 중단하여도 계속 형광이 나오면 이를 인광이라고 합니다.  많은 보석이 형광이나 인광을 내어 식별에 도움을 줍니다. 보석 식별에 사용되는 광선은 주로 자외선입니다.