지호와 함께하는 지구과학 임용

13-2차-3

1. 출제영역

 상평형도 - 2성분계 솔브스계


2. 출제의도

상평형도 이해


3. 키워드

상평형도, 솔브스, 다색성, 간섭색, 소광, 수증기압


4. 해설

위 문제에서 물어보는 것은 총 7가지입니다.

개인적인 생각으로 20점을 만점으로 계산했을 시 배점은 다음과 같습니다.

 

1. 이 계의 상평형도가 사장석계의 상평형도와 다른 점 2가지 (2점)

2. 이 계에서의 정출작용의 특징 (5점)

3. A와 B 위치에 적합한 광물 (2점)

4. 수증기압이 0.5GPa로 변할 때 예상되는 상평형도의 특징 (5점)

5. 다색성의 원리와 관찰방법 (2점)

6. 간섭색의 원리와 관찰방법 (2점)

7. 소광현상의 원리와 관찰방법 (2점)

 

 

1. 이 계의 상평형도가 사장석계의 상평형도와 다른 점 2가지

1) 고온부에서 두 개의 고용체루프가 존재

2) 저온부에서 고체영역 내에 솔브스 영역이 존재

 

2. 이 계에서의 정출작용의 특징

1) 최초 임의의 혼합용액이 온도가 하강함에 따라 고용체 루프 액상선에 닿으면 용액과 결정은 최저점을 향하여 변한다.

2) 결정의 성분이 초기용액 성분에 도달하면 용액은 모두 소모된다.

3) 단일 장석은 고체상태로 유지되며, 온도가 내려가면서 솔브스 영역에 도달을 한다.

4) 솔브스에 도달하면, 하나의 장석이 두 종류의 장석으로 분리가 된다.

5) 이때, 

초기 용액의 성분이 정장석 성분이 많으면, 정장석 바탕에 조장석의 가느다란 띠를 가진 퍼사이트가.

초기 용액의 성분이 조장석 성분이 많으면, 조장석 바탕에 정장석의 가느다란 띠를 가진 안티퍼사이트가

생선된다.

 

 

3. A와 B 위치에 적합한 광물

A: 새니딘, B: 정장석

 

4. 수증기압이 0.5Gpa로 변할 때 예상되는 상평형도의 특징

 

1) 수증기압이 0.5GPa이 되면, 고용체 루프가 솔브스와 교차하는 정도까지 온도가 떨어져 공융점에 도달한다.

2) 용액이 공융점에 도달하기 전 까지는 고용체관계를 유지하며 정출작용이 진행된다.

3) 공융점에 도달하면 상의 수는 3(사,정,액)이고 자유도는 0이므로 온도변화 없이 사장석과 정장석이 정출된다.

4) 공융반응이 끝나면 자유도는 1이 되어 온도가 내려가기 시작하며, 각각 솔브스 곡선을 따라 용리가 시작된다.

5) 정장석쪽 솔브스를 따라서는, 먼저 정출한 정장석에서 사장석 부분이 부분으로 녹아나와 가느다란 사장석 띠를 만들어 퍼사이트가 형성된다.

6) 사장석쪽 솔브스를 따라서는 사장석에서 정장석 성분이 빠져나와 안티퍼사이트를 형성한다.

 

5. 다색성의 원리와 관찰방법

 

1) 다색성은 박편상의 광물의 결정 방향에 따라 파장별 빛의 흡수량이 다르기 때문에 생긴다.

2) 간섭색의 관찰 방법은 이방성 유색광물의 박편을 재물대에 올려둔 뒤, 개방니콜상태에서 재물대를 회전시키면 광물의 색이 변하는 것을 관찰할 수 있다.

3) 이방성 유색광물에서만 관찰할 수 있다.

 

6. 간섭색의 원리와 관찰방법

1) 이방성 광물에서는 하부 편광판을 통과한 빛이 광물의 내부를 통과하는 동안 진동방향이 서로 수직의 관계를 갖는 두 개의 광선으로 나뉘면서 빛이 굴절을 한다. 이때, 두 굴절된 편광 중 스넬의 법칙을 따르는 광선을 상광선, 스넬의 법칙을 따르지 않는 광선을 이상광선이라고 한다. 간섭색은 상광선과 이상광선의 위상차에 의해 만들어진다.

2) 간섭색의 관찰방법은 이방성 유색광물의 박편을 재물대에 올려둔 뒤, 직교니콜 상태에서 재물대를 회전시키면 광물의 색이 화려하게 변하는 것을 관찰할 수 있다.

3) 광물의 굴절률이 클수록 색이 다채롭다.

4) 이방성 유색광물에서만 관찰할 수 있다.

 

7. 소광현상의 원리와 관찰방법

 

1) 소광현상은 하부 편광판을 통과한 빛이 이방성 광물의 박편을 통과할 때, 진동방향이 서로 수직의 관계를 갖는 두 개의 광선으로 나뉘면서 빛이 굴절을 한다. 이때 두 굴절된 편광 중 스넬의 법칙을 따르는 광선을 상광선, 스넬의 법칙을 따르지 않는 광선을 이상광선이라고 한다. 상광선과 이상광선의 위상차가 거의 없거나 정수배의 차이를 보이는 경우 어둡게 보이며, 상광선과 이상광선의 위상차가 1/2배를 갖는 경우 밝게 보인다.

2) 소광현상의 관찰방법은 이방성 광물의 박편을 재물대에 올려둔 뒤, 직교니콜 상태에서 재물대를 회전시키면 90도마다 한 번씩 어두워지는 현상을 관찰할 수 있다. (주의* 소광과 완전소광을 구분할 것)

3) 이방성 광물에서만 관찰할 수 있다.

 

 

기타 설명 (예전에 써놓은 것)

 

상평형도는 대표적으로

 

2성분계 1) 공융계, 2) 고용체계, 3) 반응계, 4) 솔브스계(알칼리 장석계)

3성분계 1) 공융계, 2) 고용체계, 3) 반응계, 4) 솔브스계로 나눌 수 있습니다.

 

 

문제에서 주어진 상평형도와 다른 점 두 가지는

 

1. 고온부에서 고용체선(액상선, 고상선)이 각각 두 개가 존재한다는 것과

2. 저온부에서 고체영역 내에 솔브스 영역이 존재하는 것입니다.

(솔브스란, 하나의 고체장석이 두 개의 성분으로 나뉘는 점들을 연결한 곡선입니다.)

 

 

이 계에서의 정출작용의 특징으로는

 

1. 수증기압이 증가함에따라, 액상선과 고상선의 최저점의 온도가 낮아지는 것과

2. 고상선과 솔브스 사이에서는 조장석과 정장석 사이에 완전한 고용체가 존재하며 솔브스계 안쪽(서브 솔브스)에서는 두 개의 장석이 안정하다는 것입니다.

 

 

정출작용은

 

1. 최초에 임의의 혼합용액이 온도가 하강함에 따라 액상선에 닿으면, 용액과 결정은 최저점을 향하여 변화합니다.

2. 결정의 성분이 초기용액의 성분에 도달하면, 용액은 모두 소모됩니다.

3. 단일 장석은 고체상태로 온도가 계속 내려가며, 솔브스에 도달하게 됩니다.

4. 솔브스에 도달하면, 하나의 장석이 두 종류의 장석으로 분리가 됩니다.

 

이때, 초기 용액의 성분이 정장석 성분이 많으면 정장석 바탕에 조장석의 가느다란 띠를 가진 퍼사이트가 만들어지며, 초기 용액의 성분이 조장석 성분이 많으면 조장석 바탕에, 가느다란 정장석 띠를 가진 안티퍼사이트가 만들어집니다. (용리 띠 비율문제로 나올법한데 아직 출제되지 않고 있네요.) 

 

 

편광현미경으로 광물을 관찰할 때,

 

1) 개방니콜에서는 다색성, 굴절률, 벽개, 광물의 외형등을 볼 수 있으며,

2) 직교니콜에서는 소광, 쌍정, 누대구조, 간섭색을 볼 수 있습니다.

추가적으로

3) 수렴경에서는 간섭상을 관찰할 수 있습니다.

 

물론, 버트란드렌즈는 반드시 삽입해야하며, 조리개는 최대로 열었다가 광물을 확인한 뒤 살짝 닫고, 콘덴서도 삽입해야합니다. (간섭상을 활용한 일축성 또는 이축성의 판단이나 광물의 부호 결정, 2V각의 측정으로 광물을 구분하는 내용은 심도가 깊어서 임용에 출제가 안 되는 것 같습니다.)

 

 

다색성은 흑운모나 각섬석의 박편을 개방니콜 하에서 재물대를 회전시킬 때, 광물들의 색이 변함을 관찰할 수 있습니다.

 

다색성은 1) 이방성 2) 유색광물에서만 관찰이 가능한데

 

다색성이 생기는 이유는 방향에 따라 빛을 흡수하는 정도가 다르기 때문입니다. (12-13번 보기 의 예시로는, 결정 방향에 따라 파장별 빛의 흡수량이 다르다. 로 다색성의 원리를 설명했으니 이 문장을 외우는 게 좋겠죠.)

 

굴절률은, 1) 박편에서 굴절률이 큰 광물이 주변의 굴절률이 낮은 광물보다 들떠보이는 것과 2) 광물입자(박편이 아닌)를 관찰할 때, 굴절액과 광물 사이의 베케선으로 확인이 가능합니다.

 

벽개는 관찰할 때, 크랙이 일정한 방향으로 난 것을 보아 알 수 있습니다.

 

광물의 외형은 그냥 눈으로 관찰하시면 됩니다.

 

소광현상은, 직교니콜상태에서 이방성 광물박편을 재물대 위에 올려놓고 회전시킬 때, 90도마다 한 번씩 어두워지는 현상을 말합니다. (주의소광현상과 완전소광은 다릅니다.)

 

어둡게 보이는 경우는 상광선과 이상광선의 위상차가 거의 없거나 정수배의 차이를 보이는 경우이며,

 

밝게 보이는 경우는 상광선과 이상광선의 위상차가 1/2를 갖는 경우입니다.

 

 

광물에서는 빛이 광물을 통과할 때

광학적 등방체(등방성) 광물에서는 빛이 모든 방향에서 같은 속도로 통과를 하며,

광학적 이방체(이방성) 광물에서는 빛이 광물의 내부를 통과하는 동안

 

1) 방향에 따라 속도가 달라지며

2) 진동방향이 서로 수직의 관계를 갖는 두 개의 광선으로 나뉘면서 빛이 굴절합니다.

 

이러한 현상을 복굴절이라 하며, 두 굴절된 편광 중

 

스넬의 법칙을 따르는 광선을 상광선

스넬의 법칙을 따르지 않는 광선은 이상광선이라 합니다.

 

 

간섭색은 상광선과 이상광선의 위상차에 의해 만들어집니다.

위상차는 1) 상광선과 이상광선의 굴절률 차이, 2) 박편의 두께 등에 의해 결정됩니다.

 

이방성 광물에 빛이 통과할 때,

상광선과 이상광선의 속도가 같아지는 방향이 1개 또는 2개가 존재합니다.

이렇게 속도가 같아지는 축을 광축이라 하며,

광축이 하나인 광물을 일축성 광물,

광축이 두 개인 광물을 이축성 광물이라 합니다.

 

이방성 광물에서 복굴절 된 두 개의 광파의 상호작용에 의하여 나타나는 색을 간섭색이라 합니다.

 

5. 기타

 

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