모스 굳기계 사전

모스 굳기계란?

모스 굳기계(Mohs Hardness Scale)는 1812년 독일 광물학자 프리드리히 모스가 고안한 척도로, 두 광물을 서로 긁어보았을 때 어느 쪽이 흠집이 나는지를 기준으로 광물의 상대적인 단단함을 1(가장 무름)부터 10(가장 단단함)까지 10단계로 나눈 것입니다. 긁힘으로 단단함을 비교하는 발상 자체는 더 오래되어, 위키백과에 따르면 기원전 300년경 테오프라스토스의 『돌에 관하여』와 서기 77년경 플리니우스의 『박물지』에도 등장합니다.

어떻게 번호를 매기나: 긁힘 시험의 원리

시험 방법은 단순합니다. 미지의 광물을 기준 광물로 긁거나, 기준 광물이 미지의 광물에 긁히는지 보는 것입니다. 방해석(3)에는 긁히지만 형석(4)에는 긁히지 않는 광물이라면 굳기는 3에서 4 사이로 보고, 이처럼 사이에 끼는 값을 "3.5" 같은 소수로 표기합니다. 위키백과는 이 방식을 "어느 기준 광물에 긁히는지로 값을 매기는 끼워 맞춤"으로 설명하며, 같은 원리로 모이사나이트가 9~9.5, 붕소가 9.5 이상 10 미만 같은 값을 갖는다고 소개합니다.

숫자가 클수록 몇 배 더 단단한 걸까요?

모스 굳기계는 절대적인 강도 차이가 아니라 상대적인 순서를 나타냅니다. 아래 표는 같은 10종 광물에 대해 서로 다른 방법으로 잰 값을 나란히 놓은 것입니다. 두 열의 단위와 측정 방식이 다르므로 열끼리 숫자를 직접 비교하지 말고, 각 열 안에서의 간격을 보세요.

두 열 모두에서 9에서 10으로 가는 간격이 가장 큽니다. 절대경도 열에서는 다이아몬드가 강옥의 약 3.75배(1500÷400), 비커스 열에서는 약 4.9배(10000÷2035)입니다. 반면 8에서 9 사이는 절대경도 열에서 2배, 비커스 열에서는 약 1.3배로 열마다 간격이 다릅니다. 한 가지 확실한 것은 모스 번호 사이의 간격이 균등하지 않고, 높은 쪽에서 크게 벌어진다는 점입니다. 측정 방법에 따라 숫자가 다르므로 "몇 배"라고 단정하기는 어렵습니다.

집에서 해 보는 간이 시험

기준 광물 세트가 없어도 생활 속 물건으로 대략의 범위를 가늠할 수 있습니다. 아래 값은 geology.com이 제시한 근사치로, 물건의 재질에 따라 달라집니다.

• 눈에 안 띄는 면에서 시험하기: 시험은 흠집을 남깁니다. 소중한 보석이나 표본은 시험하지 마세요.
• 흠집과 가루를 구별하기: 무른 물건의 가루가 묻어 흠집처럼 보일 수 있으니 문질러 닦아 본 뒤 판단합니다.
• 안전하게: 칼이나 유리를 쓸 때는 보호 장갑과 보안경을 쓰고, 어린이는 어른과 함께 합니다.
• 한 번의 결과로 단정하지 않기: 풍화된 표면이나 여러 광물이 섞인 암석은 값이 달라질 수 있습니다.

실제 광물 사례 세 가지

사례 1. 형석과 "형광"이라는 말: 이름이 된 광물

형석은 불화칼슘(CaF₂)으로 이루어진 굳기 4의 광물이며, 모스 굳기계에서 4의 기준입니다. 위키백과에 따르면 영국의 조지 가브리엘 스토크스가 1852년 이 광물에서 본 현상에 기대어 "형광(fluorescence)"이라는 이름을 지었습니다. 자외선이 전자를 들뜬 상태로 올렸다가 내려오면서 가시광선을 내는 원리인데, 형석의 빛은 이트륨·이테르븀 같은 불순물이나 탄화수소 같은 유기물과 관련된다고 설명됩니다. 또 형석은 완전한 네 방향의 쪼개짐이 있어 정팔면체 조각으로 쪼개지고, 제강에서 녹는점을 낮추는 용제로, 불화수소의 원료로도 쓰입니다. 굳기 숫자 하나가 광물의 쓸모와 이름까지 다 말해 주지는 않는다는 점을 보여 줍니다.

사례 2. 가장 단단하지만 부서지는 다이아몬드: 굳기와 질김의 차이

다이아몬드는 모스 굳기 10으로 척도의 꼭대기에 있지만, 위키백과는 이것이 "무한히 단단하다거나 부서지지 않는다"는 뜻이 아니라고 짚습니다. 다이아몬드는 특정 방향으로 갈라지는 쪼개짐면이 있어서 충격에 약한 방향이 있고, 보석 세공사는 이 성질을 이용해 원석을 갈라 낸 뒤 연마합니다. 충격에 대한 저항(인성)은 도자기류 중에서는 좋은 편이지만 대부분의 공학 재료에 비해서는 낮다고 서술됩니다. 같은 탄소로 이루어진 흑연은 원자가 층을 이뤄 서로 미끄러지기 쉬워 아주 무르고, 다이아몬드는 원자가 강한 결합의 사면체 구조를 이룹니다. 이 사례의 교훈은 "굳기 10이면 가장 튼튼한 소재"라는 생각이 오해라는 점입니다.

사례 3. 방향에 따라 굳기가 다른 광물: 남정석

남정석(카이아나이트)은 한 결정 안에서도 방향에 따라 굳기가 달라지는 대표적인 광물로 소개됩니다. 위키백과 남정석 항목은 긴 축을 따라서는 약 4.5~5.5 정도로 무르고 그에 수직인 방향으로는 약 6.5~7 정도로 단단하다고 설명하며, 같은 항목 안에서도 값이 조금씩 다르게 적혀 있어 정확한 숫자는 문헌에 따라 다를 수 있습니다. 위키백과는 강철 바늘이 긴 축 방향으로는 쉽게 흠집을 낸다고 서술합니다. 이 때문에 광물 하나에 굳기 한 값만 있다고 생각하면 시험 결과가 엇갈릴 때 당황하게 됩니다. 굳기를 적을 때는 시험한 면의 방향도 함께 기록하는 습관이 좋습니다.

흔한 오해와 정정

• 오해: 굳기 10은 굳기 5보다 두 배 단단하다. 실제: 숫자는 순서일 뿐이며, 표에서 보듯 높은 번호로 갈수록 간격이 크게 벌어집니다.
• 오해: 굳기가 높은 광물은 망치로 쳐도 안 깨진다. 실제: 굳기는 긁힘에 대한 저항이고, 깨지는 성질은 쪼개짐과 인성이 좌우합니다. 다이아몬드도 충격으로 쪼개질 수 있습니다.
• 오해: 다이아몬드를 긁을 수 있는 것은 없다. 실제: 위키백과는 가장 단단한 다이아몬드도 다른 다이아몬드와 나노결정 다이아몬드 집합체로는 긁을 수 있다고 서술합니다. 다이아몬드 위에 놓이는 상위 번호는 없지만 척도의 끝일 뿐 절대적 한계는 아닙니다.
• 오해: 모스 굳기는 공업 재료의 내마모성을 알려 준다. 실제: 위키백과는 이 척도가 산업 현장에서 재료가 얼마나 견디는지를 정확히 예측하지 못한다고 설명합니다.

한계와 더 알아볼 점

모스 굳기계는 순서만 알려 주는 서열 척도이므로, 재료의 정량 비교에는 비커스·누프 같은 압입 경도 시험이 쓰입니다. 화강암처럼 여러 광물이 섞인 암석에는 하나의 굳기 값을 매기기 어렵고, 긁힘 시험은 아주 작은 변형(미세한 전위)은 흠집으로 치지 않기 때문에 결과가 시험자에 따라 달라질 수 있습니다. 위키백과 표와 geology.com 표의 수치가 서로 다르듯, 같은 광물의 "절대 굳기" 값도 측정 방법에 따라 다릅니다. 그래서 이 척도는 현장에서 광물을 빠르게 가려내는 도구로 가장 쓸모가 있다고 보는 것이 정직한 요약입니다.

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