밤에 빛나는 보석 — 형석 Fluorite

형석의 명칭 유래

• 중국어 학명 ‘형석’: 형석은 자외선에 노출되면 자주 청록색의 형광 또는 인광을 발하기 때문에 이런 이름이 붙었다.
• 영어명 ‘Fluorite’: 라틴어에서 유래된 명칭으로, ‘흐름’이라는 뜻이다. 형석은 녹는점이 낮아 열에 쉽게 녹으며 유동성을 가지기 때문이다.
• 형석은 ‘불’이라고도 불리는데, 이는 화학 성분이 플루오르화칼슘(CaF)이기 때문이다.

형석은 등축 정계에 속하는 광물로, 결정 형성은 성장 환경의 온도, 압력, 유체의 화학 조성 등에 따라 영향을 받는다. 일반적으로 정육면체(큐브), 정팔면체, 또는 오각십이면체 형태로 나타나며, 온도가 낮을수록 정육면체로 성장하고, 온도가 높을수록 정팔면체 형태로 형성되는 경향이 있다.

형석은 매우 다양한 색상을 지니며, 투명색, 파란색, 초록색, 보라색, 노란색, 붉은색 등 여러 색상으로 나타난다. 그중에서도 하나의 결정 내에 다양한 색상의 띠가 나타나는, 마치 줄무늬 마노 같은 형태는 ‘블루 존 형석(Blue John)’이라 불린다. 이러한 색상의 다양성은 주성분인 플루오르화칼슘이 고온의 열수에 의해 암석 틈으로 이동하면서, 주변에서 흡수한 다양한 광물 성분에 따라 색이 변화되었기 때문이다.

형석의 변색성

형광과 인광: 형석이 형광 또는 인광을 발하는 이유는 그 안에 포함된 전이 금속 원소나 희토류 원소 때문이다. 가장 흔하게 나타나는 형광색은 파란색이며, 이외에도 노란색, 초록색, 빨간색, 보라색, 흰색 등 다양한 형광색이 관찰된다.

• 형광 효과: 자외선 등의 광원이 사라지면 형광도 즉시 사라진다.
• 인광 효과: 자외선 등의 광원이 사라진 후에도 일정 시간 동안 물질이 계속 빛을 낸다.

예시：https://www.youtube.com/watch?v=nBfijNvzjlA

변색: 일부 형석은 미량의 전이 금속 원소(철, 바나듐) 또는 희토류 원소(이트륨, 나이오븀, 사마륨)를 함유하고 있어, 다른 종류의 조명에 따라 색상이 변하는 특성을 보인다. 일반적으로 형광등 아래에서는 남보라색, 백열등 아래에서는 보라색으로 보인다.

변색 예시：http://catalog.digitalarchives.tw/item/00/45/7c/2e.html

• 변색 효과: 광물은 빛의 조사 각도 또는 광원의 파장 변화에 따라 색상이 달라지는 현상을 보이는데, 이를 변색 효과(Aventurescence)라고 한다.

(그림)³

형석 Fluorite

• 결정계：등축정계
• 경도: 4
• 비중: 3.18
• 광택：유리 광택
• 투명도：투명에서 반투명
• 색상: 다양한 색상, 주로 녹색 또는 파란색이 흔함
• 굴절률: 1.433~1.435
• 복굴절：없음
• 형광: 다양한 변화를 보임
• 벽개: 완전한 팔면체 벽개
• 특성: 음각 결정 포함 흔함, 발달된 벽개, 높은 비중
• 모조품: 유리, 자수정

형석의 상업적 가치

산업적 측면에서

착용용 보석으로서보다는, 형석은 야금, 광학, 전자 등 산업 분야에서 매우 중요한 역할을 한다.

야금 분야: 가장 저등급인 “야금용 형석(60–85% CaF₂)”은 전통적으로 제강 과정에서 원료의 융점을 낮추고 불순물을 제거하는 플럭스로 사용되었으며, 이후 알루미늄 생산에도 활용되었다. 중간 등급인 “세라믹용 형석(85–95% CaF₂)”은 백색 유리, 법랑, 조리기구 등을 제조하는 데 사용된다. 최고 등급인 “산업용 형석(97% 이상 CaF₂)”은 미국 형석 소비량의 약 95%를 차지하며, 형석과 황산의 반응을 통해 플루오르화수소 및 불산을 제조하는 데 사용된다.

광학 및 전자: 플루오르화칼슘은 적외선 및 자외선 파장 영역(약 0.15µm에서 9µm)에 걸쳐 높은 투과성을 지니며, 이 영역에서 창 소재로 자주 사용된다. 특히 파장에 따른 굴절률 변화가 매우 작아, 색수차가 거의 없다. 이로 인해 CaF₂로 제작된 렌즈는 광학 품질이 매우 우수하며, 색 분산을 효과적으로 억제하는 특성이 뛰어나다. 이러한 낮은 색산으로 인해 CaF₂ 렌즈는 현미경, 망원경 등 정밀 광학 장비에서 매우 유용하게 사용된다.

감상 측면에서

형석은 일반적으로 경도와 인성이 모두 낮아 일상 착용용 보석보다는 감상 및 수집용 보석에 더 적합하다. 선택 시에는 두 가지 방향이 있다. 하나는 일반적인 컷팅 보석으로 선택하는 것이고, 다른 하나는 형광, 인광, 변색 등의 특수 효과를 중시하는 현상석으로 선택하는 것이다. 컷팅된 형석 보석은 육안상 무결점 여부가 중요한 기준이며, 완전한 벽개와 적은 내포물이 높은 경도를 확보하는 데 유리하다. 색상은 초록색이 가장 흔하고, 파란색이 그다음이며, 붉은색, 보라색, 노란색은 드물다. 하나의 결정체에 여러 색이 공존하는 경우 더욱 가치 있게 여겨진다. 현상석의 경우는 형광보다 인광과 변색 효과가 더 높은 평가를 받는다.

고대에 유명했던 「명월의 진주」, 「야명주」는 실제로는 밤에 빛을 발하는 형석으로 만들어진 것이었다.

형석은 완전한 벽개성과 낮은 경도·인성으로 인해 관리가 까다롭다. 스크래치, 충격, 급격한 온도 변화 등은 모두 파손의 원인이 될 수 있으므로 피해야 한다. 시중에서는 뜨거운 물에 형석을 담그면 빛을 낸다고 알려져 있으나, 실제로는 벽개면을 따라 쉽게 파열될 수 있어 매우 주의해야 한다.

사진 출처:

1. Ser Amantio di Nicolao,https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Fluorite_-_dioctahedral_cleavage_pieces.jpg ↩︎
2. RKBot,https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Fluorite-Quartz-226207.jpg ↩︎
3. G.dallorto,https://commons.wikimedia.org/wiki/File:9104_-Milano–Museo_storia_naturale–Fluorite-_Foto_Giovanni_Dall%27Orto_22-Apr-2007.jpg ↩︎