보석의 측정과 특성에 대한 분류법

경도를 이용한 보석감별

 

 경도(硬度, hardness)란 보석이 긁힘이나 마모 작용에 견디는 능력의 정도를 말합니다. 광택을 낸 서로 다른 보석을 오랫동안 함께 보관해두면 어떤 보석의 표면은 다른 것에 비해 긁힌 자국이 생겨난 것을 볼 수 있는데, 광물의 굳기 또는 단단한 정도가 보석마다 다르기 때문에 이것을 경도로 구분하여 분류할 수 있습니다. 이 분류법은 독일의 광물학자 모스(Mohs)가 1822년에 처음 고안해 냈습니다. 광물들의 긁힘에 대한 경도를 10등분 하고, 흔한 광물 중에서 약간의 화학 성분의 변화로도 경도가 그다지 변하지 않는, 각 경도에 알맞은 대표적인 광물을 정해 놓은 것을 모스경도계라고 부릅니다.

 

 

경도 측정법

 보석의 경도를 측정하려면 그 보석을 모스가 지정한 광물과 서로 긁어보면 알 수 있습니다. 예를 들어 어떤 광물이 정장석을 긁을 수 있지만 수정은 긁히지 않는다고 하면 그 보석은 6과 7 사이의 경도를 갖습니다. 이때 그 보석의 경도는 6.5로 표시됩니다.

 모스경도계는 상대적인 경도를 나타낼 뿐 절대적 경도의 개념이 아닙니다. 보석의 경도를 측정하는 가장 쉬운 방법은 경도를 알고 있는 보석과 서로 긁어 보는 방법이지만, 이때 무리한 힘을 가하면 안 되며 긁힌 자국이 생겼는지를 알아보기 위해서는 긁은 부분을 닦아낸 후 현미경 하에서 관찰하도록 해야 합니다. 이 외에도 모스 경도의 척도가 되는 물질로 손톱(2.5), 구리 동전(3), 유리(5∼5.5), 칼날(5.5∼6)등을 사용할 수 있습니다. 경도판(硬度板, hardness plate)을 사용하기도 하는데, 이것은 경도계에 속하는 광물을 연마해서 평평한 면을 가지게 한 겁니다. 경도판은 연마한 보석의 거들면이나 퍼빌리언 모서리를 그어보는데 주로 사용됩니다.

 이 외에도 비커스(Vickers) 법, 록웰(Rockwell) 법, 브리넬(Brinell) 법, 쇼어(Shore) 법과 같이 다이아몬드나 탄화물, 단단한 강철 등의 끝을 둥글거나 뾰족하게 만들어 눌린 자국의 크기를 측정하는 경도 측정법이 있는데, 주로 연성(延性)이 있는 금속광물의 경도를 측정하는데 사용됩니다.

 

광물의 방향에 따른 경도의 차이

 광물의 경도는 방향에 따라 그 세기가 다르게 나타납니다. 경도는 원자들의 결합 방식, 구성 원자들의 종류, 방향에 따른 원자들의 점밀도(點密度) 등과 밀접한 연관이 있기에 한 광물 내에서도 방향에 따라 경도가 동일하지 않기 때문입니다. 그중 확연한 경도 차이를 나타내는 보석으로는 다이아몬드가 있습니다. 다이아몬드의 경도가 10이라는 의미는 다이아몬드의 팔면체 면에 수직인 방향이 나타내는 경도를 뜻합니다. 팔면체가 아닌 육면체 방향이나 십이면체 방향의 경도는 이보다 훨씬 낮죠. 다이아몬드를 절단할 때는 경도가 다소 약한 육면체 또는 십이면체 방향으로 절단하며, 팔면체의 직각 방향으로는 절단할 수 없습니다. 서로 같은 유형의 결정구조를 가진 광물들에 있어서는 구성 원자나 이온들의 크기가 작을수록, 이온의 원자가가 커질수록, 이온 간의 거리가 짧을수록 광물의 경도는 커집니다. 또 구성 원자들의 비중이 클수록 경도가 높다. 보석의 경도가 높은 것은 구성 원자들의 밀도가 크기 때문입니다.

그러나 보통은 방향에 따른 경도의 차이가 너무 미미하기에 일반적인 경도 측정법으로는 그 차이를 느끼지 못하는 경우가 대부분입니다.

 

 

인성을 통한 보석 감별

 

 갑작스러운 외부의 충격에 갈라지거나 늘어나지 않고 견디는 능력을 인성(靭性, toughness, 강도)이라고 합니다. 긁힘이나 마모에 대한 저항이 강하다고 해서 항상 단단하거나 견고한 것은 아닙니다. 다이아몬드는 지구상에 존재하는 물질 중에서 경도가 가장 높은 광물이지만 어떤 충격이 가해지면 벽개면을 따라 쉽게 쪼개지기 때문입니다. 연옥과 비취와 같은 미정질 물질이나 칼세도니와 같은 은미정질 물질은 경도가 6.5∼7.5로 비슷한 지르콘에 비하여 인성이 강한 편이고, 에메랄드는 인성이 약한 보석의 대표적인 예가 될 수 있겠습니다. 인성이 약한 보석은 장신구에 세팅할 때 무리한 힘을 가하면 금이 갈 수 있으므로 조심해야 하고, 또 착용 시에도 다른 물체에 의해 충격받지 않도록 주의해야 합니다.  

 

 

전기성과 열성을 띄운 보석

 

 

전기성

 어떤 물질이 전기를 전도하는 능력은 물질의 원자구조에 달려있습니다. 물질이 전기를 전도하는 능력에 따라 도체, 반도체, 부도체로 나뉘며, 금, 은, 동과 같은 자연 금속은 전기가 잘 통하는 도체라고 볼 수 있습니다. 대부분의 광물은 전기가 통하지 않는 부도체이지만, 특정한 상황에서는 전기를 띠기도 합니다.

 일반적으로 천연 다이아몬드는 전기가 통하지 않지만, 붕소가 불순물로 소량 함유된 천연과 합성의 청색 다이아몬드는 붕소 원소로 인하여 전류가 흐릅니다. 그러나 인위적으로 방사선 조사 처리되어 청색을 띠는 다이아몬드는 전류가 흐르지 않습니다. 투어멀린과 수정은 200℃ 이하로 서서히 가열하면 결정의 양쪽에 전극이 생겨 전기를 띠게 되는데 이를 초전기 효과라 부릅니다. 또한 투어멀린이나 수정은 기계적인 압력을 가할 때도 결정의 양쪽에 전기적 성질을 띠는데 이를 압전기 효과라고 합니다.

 

열전도성

 물체의 한쪽 끝을 가열하면 열은 온도가 높은 쪽에서 낮은 쪽으로 흐르는데 이것을 열전도라고 합니다. 두께 1cm, 단위 면적 1cm 2인 물체의 양쪽 온도 차가 1℃일 때 1초간에 통과하는 열량을 열전도율이라 합니다.
 
 보석마다 열을 전달하는 능력이 달라서 열전도율 차이가 나타나는데, 이 열전도율은 특히 다이아몬드와 다이아몬드 유사석을 구별할 때 이용됩니다. 다이아몬드는 열전도성이 뛰어나지만 합성 모이사나이트(moissanite)를 제외한 모든 다이아몬드 유사석은 열전 도성이 낮아 다이아몬드에서와 같이 큰 온도 차이를 나타내지 않습니다.

 

열팽창성

 광물을 가열하면 격자 진동의 진폭이 증가하고 원자 간의 거리가 증가하여 부피가 커지는데 이를 열팽창성이라 합니다. 보석 광물은 제각기 다른 열팽창률을 가지고 있고, 어떤 보석 내에 그 보석과 다른 광물이 있을 때 온도가 올라가면 보석을 깨뜨려 내 구성을 약하게 하는 원인이 되기도 합니다. 열처리된 커런덤 속에서 가끔 볼 수 있는 결정 내포물 주위의 크랙이 그 예시가 될 수 있겠습니다.

 

 

자성과 친수성을 가진 보석들

 

 

자성

 자석에 끌리는 성질을 자성이라 하며 광물의 자성은 원자를 구성하고 있는 전자에 의해 일어납니다. 천연 보석 중에 헤마타이트는 자성이 가장 강한 광물이며 모조 헤마 타이트(헤마틴)도 자성을 띄웁니다. 일반적으로 모조 헤마타이트는 헤마타이트보다 자성이 더 강한 특징이 있습니다. 이 외에도 자성을 이용하여 보석을 감별할 수 있는데, 고온고압 (HPHT) 방법으로 만들어진 합성 다이아몬드가 그 예이다. HPHT 합성 다이아몬드는 전이 금속인 철, 니켈, 코발트, 망간 등을 용제(溶劑)/촉매제(觸媒劑)로 사용하기 때문에 결정으로 성장된 후 내포물로서 종종 발견이 되며 이러한 금속성 내포물을 가지고 있는 합성 다이아몬드는 금속성 내포물 때문에 강한 자석에 끌리게 됩니다.

 

친수성

 친수성이란 광물이 물에 젖는 정도를 말합니다. 물을 보석 표면에 떨어뜨리면 액체의 표면 장력과 보석 자체의 성질에 따라 나타나는 현상이 다양합니다. 친수성이 있는 보석은 표면에 물을 떨어뜨리면 물이 표면에서 흩어지는데 가닛, 지르콘, 방해석, 공작석, 터키석 등이 여기에 속합니다. 친수성이 약하거나 없는 보석은 물방울이 장력에 의해 뭉치는 경향이 있어 표면에서 동그란 물방울의 형태를 지니게 되며 다이아몬드, 문스톤 등이 여기에 속합니다.

 

 

 

다이아몬드의 가치평가

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