점토(粘土, clay)는 입자 크기가 작고 무른 흙이다. 찰흙 또는 클레이라고도 한다. 국제토양학회나 미국농무성 규정에 의하면 입경이 0.002mm 이하인 흙이다. 점토는 비교적 점토입자를 많이 함유한 점성이 많은 세립토로서 가늘고 긴 형상을 가진 흙을 말하며, 특히 0.001mm 이하는 콜로이드(colloid)라 부른다.
철분의 다소에 따라 회색이나 갈색 등의 빛깔이 생긴다. 차진 것을 도토(陶土)라 하여, 벽돌, 기와, 시멘트, 도자기 등의 원료로 쓰인다.
구성
암석이 풍화·분해되면서 주로 규소(硅素,실리키움)·알루미늄과 물이 결합하여 점토광물이 이루어진다. 점토광물은 운모와 같은 구조를 가졌는데, 2층구조 또는 3층구조인 것도 있다. 전자는 카올린류, 후자는 몬모릴로나이트·일라이트 등이며, 층 사이에 물·칼륨·철·마그네슘 등이 들어가 여러 가지 점토광물을 이룬다. 석영 SiO₂ 이외의 조암광물은 모두 분해하여 점토광물이 된다.
카올리나이트는 단위질량당 표면적이 작고 공학적으로 안정적이다. 반면 몬모릴로나이트는 물을 많이 흡수할 수 있고 그에 따라 체적 변화가 많이 생긴다. 건설현장에서 몬모릴로나이트가 포함된 점토가 많다는 것은 흙이 물을 흡수하거나 배출함에 따라 팽창하거나 수축하기 쉽다는 것을 의미하므로 좋지 않다. 이런 지반을 연약지반으로 보며 별도의 공법을 통해 안정화를 해야 한다.
점토의 생성
전형적으로 점토 광물은 규산염이 함유된 암석이 탄산(H₂CO₃) 농도가 낮은 물에 의해 오랜 시간에 걸쳐 화학적으로 풍화되어 형성된다. 이러한 물은 일반적으로 산성을 띠어 암석 표면을 침출시키는 풍화작용(weathering)을 한다. 일부 점토 광물은 풍화작용 이외에도 열수 작용(hydrothermal activity)을 통해 형성되기도 한다. 점토는 형성된 지점의 토양에 잔류하여 퇴적층(deposit)을 형성하기도 하며, 물에 침식되어 원래 위치에서 이동하여 새로운 퇴적층을 형성하기도 한다. 일반적으로 점토 퇴적물은 호수 및 해양 분지와 같이 퇴적되기 좋은 환경에 형성된다.
점토의 일반적인 특성
점토는 특징적으로 규소 산화물 층이 알루미늄 산화물 층과 교대로 쌓인 구조로 이루어져 있으며 두 개 또는 세 개의 층이 하나의 단위층(unit layers)을 이룬다. 스멕타이트(smectite) 계열인 몬모릴로나이트(montmorillonite) 점토와 같은 특정 점토들은 단위층 사이에 많은 양의 물을 흡수할 수 있는데, 이 과정의 결과로 점토의 팽윤(swelling)이 일어난다.
점토 광물의 골격 구조를 이루는 규소(IV) 이온과 알루미늄(III) 이온은 이온 치환(ion replacement)에 의해 크기가 비슷하지만, 더 작은 전하를 띠는 금속 이온에 의해 치환이 가능하다. 따라서 점토 광물은 알짜 음전하를 띠게 되며. 이를 보상하기 위해 양이온, 흔히 K+, Na+ 또는 NH4+과 결합하여 짝을 이루고 있다. 이러한 이온은 물속의 다른 양이온과 교환될 수 있는 교환성 양이온(exchangeable cation)이다. 양이온의 양은 건조한 점토 100g당 밀리 당량(milliequivalent, meq)으로 표현하는데, 이를 점토의 양이온 교환 용량(cation exchange capacity, CEC)이라고 하고, 양이온 교환 능력은 점토의 콜로이드 성질에 매우 중요한 역할을 한다. 층상형 구조와 단위 질량 당 큰 표면적 때문에, 점토는 화학종을 흡착하는 경향이 강하므로, 물에서 생물학적 폐기물, 유기 화합물, 기체 및 그 밖에 다른 오염물질의 수송과 반응에 작용한다. 또한, 점토 광물은 물에서 용존 화학물질을 효과적으로 고정하기 때문에 자정 기능도 한다.
점토의 분류 및 구조
파일:1:1형(T-O) 점토인 고령석(kaolinite)과 2 : 1형(T-O-T) 점토인 파이로필라이트(pyrophyllite)의 단면 모식도
일라이트 점토의 구조. 몬모릴로나이트와 달리, 층과 층 사이에 물이 존재하지 않으며 K+ 이온의 교환이 가능하지 않다.
2:1형 층과 층 사이에 수활석 유사 구조가 위치해 있는 녹니석 점토의 구조
점토는 크게 고령석(kaolinite), 몬모릴로나이트-스멕타이트, 일라이트[illite, 혹은 수화 운모(hydrous mica)로도 불림] 및 녹니석(chlorite) 등 네 개의 그룹으로 나눌 수 있다. 녹색을 띠는 녹니석은 점토가 아닌 별도의 층상형 규산염 광물(phyllosilicates)로 분류하기도 한다. 점토는 구조와 화학적 조성에 따른 세부 분류에 따라 약 30종류가 있지만, 대부분 자연에서 얻어진 점토는 다양한 암석들의 풍화작용에 의해 형성되기 때문에 그 화학적 조성이 지역에 따라 조금씩 다르며, 일반적으로 유형이 서로 다른 점토 간의 혼합물 형태로 얻어진다.
고령토는 일반식이 [Al₂Si₂O₅(OH)₄]이며, [SiO₄] 단위 구조가 연결되어 이루어진 한 개의 사면체 층(T)과 [AlO₆] 단위 구조로 이루어진 한 개의 팔면체 층(O)이 서로 산소 원자를 공유하여 접합된 구조로 1: 1형 점토라고도 한다(1: 1은 사면체 층의 개수 대비 팔면체 층의 개수를 뜻한다). 고령석이 풍부한 암석은 자토(china clay)로도 잘 알려진 도자기를 만드는 흰색 점토인 고령토(kaolin)의 원료이다. 'kaolin'이라는 이름은 중국 남서부 산시성(Jiangxi Province)의 경덕진(Jingdezhen) 근처에 있는 마을 이름인 '가오링(Gaoling)'이 1727년 도자기 제작에 관한 보고서를 작성한 프랑스인에 의해 유럽에 소개되면서 유래되었다. 고령석은 팽윤성(swelling property)이 낮고 양이온 교환 용량이 낮다(1~15meq/100g). 고령석은 장석(feldspar)과 같은 알루미늄 규산염 암석이 화학적 풍화작용에 의해 생성된 부드러운 흙 형태이며 일반적으로 흰색인 점토이다. 전 세계 다양한 지역에서 발견되는 고령토는 산화 철을 포함하고 있어 산화 철 함량에 따라 분홍색, 주황색 또는 붉은색을 띠기도 하며 함량이 낮은 경우에는 흰색이나 밝은 노란색을 띤다.
몬모릴로나이트는 매우 부드러운 층상형 규산염으로 프랑스 '몽모리용(Montmorillon)' 지역명에서 이름이 유래되었다. 몬모릴로나이트는 2: 1형 점토인 스멕타이트 그룹에 속하며, 이는 중앙의 [AlO₆] 단위 구조로 이루어진 한 개의 팔면체 층 위아래에 [SiO₄] 단위 구조로 이루어진 사면체 층 두 개가 샌드위치 형태로 연결된 구조(T-O-T)로 되어 있다. 입자의 평균 지름이 약 1㎛이고 두께가 0.96nm인 층상형 구조를 이루고 있다. 몬트모릴로나이트는 조건에 따라 수분 함량이 다양하며 물을 흡수하면 팽윤성이 커 부피가 많이 증가한다. 또한 높은 양이온 교환 용량을 가지고 있으며(>60 meq/100g) 일반식은 [(Na, Ca)₀.₃₃(Al, Mg)₂(Si₄O₁₀)(OH)₂·nH₂O]이다. 지역에 따라 다양한 양이온들이 알루미늄이나 규소 자리에 이온 치환된 형태로 존재한다.
일라이트는 비팽창(non-expanding) 점토 광물 그룹으로, 몬모릴로나이트와 유사한 형태의 2: 1형 점토이다. T-O-T 층의 음전하 밀도가 낮아 구조적으로 층과 층 사이에 수화된 금속 양이온의 양이 상대적으로 적다. 일라이트는 규소, 마그네슘, 철, 물이 약간 더 많이 들어 있는 백운모(muscovite)와 구조적으로 유사하고 일반식은 K₀.₆₅Al₂.₀[Al₀.₆₅Si₃.₃₅O₁₀](OH)2이며 상당 부분이 이온 치환된 형태로 존재한다. 일라이트는 백운모와 장석이 풍화작용과 열수 환경에서 변형되어 생성된다. 일라이트의 양이온 교환 용량은 약 20~30 meq/100g으로 몬모릴로나이트보다 작지만, 고령석보다는 크다. 일라이트는 1937년 미국 일리노이주 칼훈 카운티(Calhoun County)에 있는 마쿼케타(Maquoketa) 혈암(shale)에서 처음 발견되었으며, 발견된 지역인 일리노이주에서 그 이름이 유래되었다.
녹니석은 층상형의 알루미늄 규산염 격자의 일부가 마그네슘, 철, 니켈, 망가니즈 등으로 이온 치환된 구조를 이루고 있다. 이외에도 아연, 리튬, 그리고 칼슘 등이 치환된 구조도 알려져 있다. 화학적 조성의 범위가 넓어서 녹니석은 그 조성에 따라 물리적, 광학적, 구조적 특성이 크게 달라진다. 'chlorite'라는 이름은 그리스어로 녹색을 의미하는'chloros'에서 유래하였다. 일반적인 화학식은 (Mg, Fe)₃(Si, Al)₄O₁₀(OH)₂∙(Mg, Fe)₃(OH)₆로 이로부터 녹니석의 구조를 유추할 수 있다. 녹니석에는 T-O-T로 이루어진 2: 1 형 활석(talc) 층이 존재하며, 층과 층 사이가 양이온으로 채워져 있는 다른 2: 1 형 점토 광물과 달리 층과 층 사이의 공간에 수활석과 유사한(brucite-like) 팔면체 구조가 연결된 층상 구조인 (Mg²⁺, Fe³⁺)(OH)₂가 존재한다. 따라서 전체적인 구조는 (•••T-O-T-수활석-T-O-T-수활석•••)로 표현할 수 있고 이를 2: 1:1 형 점토로 분류하기도 한다.
용도
이것을 제대로 된 가마에 구우면 간단한 도자기가 된다. 흙 속에 있는 무기질이 녹거나 소결돼서 단단해지는 것이다. 도예공방에서는 도자기를 만들 때 쓰이는 고령토로 된 찰흙을 볼 수 있으며, 청자토, 백자토, 산청토, 분청토, 옹기토 등이 있다.
흑연과 섞어 쓰며 점토를 넣은 비율에 따라 심의 강도와 진하기가 달라진다.
미술 쪽에서 쓰인다. 물에 잘 씻기고 조형하기 쉬운 성질이 있기 때문에 고무찰흙과 함께 초등학교의 미술 실습에 빠지지 않는 레퍼토리 중의 하나다. 점토는 미술재료에 매우 적합한 소재 중 하나이다. 물렁물렁하고 쉽게 찢어져 누구나 생각하는 대로 형태를 만들 수 있다는 특징이 있어 유아들이나 노인들에게도 접근성이 높으며, 점토로 작품을 만들고 그것에 대해 이야기하거나 덩어리를 나누고, 색이나 글씨를 더하는 등 여러 가지 파생되는 활동을 할 수 있다. 생찰흙은 흙냄새를 맡으며 정서를 안정시킬 수 있는 장점이 있지만 정리를 하기 귀찮다는 단점이 있다.
종이가 발명되지 않았던 시절, 메소포타미아 문명권에서 문서를 작성하는 데 주로 사용했다. 이들은 갈대나 나뭇가지를 꺾어 만든 철필을 이용해 점토판을 꾹꾹 누르는 방식으로 글이나 숫자를 썼는데, 이렇게 만들어진 문자의 모양이 마치 쐐기와 같다고 하여 쐐기 문자, 또는 설형문자라고 불린다. 점토판은 매우 두껍고 무거워서 들고 다니기에 불편하다는 단점을 가지고 있지만, 다른 문명에서 사용된 종이나 파피루스, 또는 간독과는 달리 불에 타거나 찢어지지 않아 자료가 오랫동안 보존될 수 있었기 때문에 아시리아, 바빌로니아처럼 점토판을 적극적으로 사용하고 이들을 도서관에 보관하기까지 한 문명은 오랜 세월이 지났음에도 다른 문명에 비해 비교적 남아 있는 자료가 많다.
점토 혹은 이 점토로 만들어 말린 벽돌, 또는 이러한 벽돌로 만든 건물 양식. 점토로 벽돌을 만들 때에는 틀에 넣을 때 지푸라기 등을 섞어 넣어서 무게를 줄이고 강도를 높이기도 한다. 이런 흙벽돌이나 흙벽돌 건물을 부를 때에는 영어식 발음인 어도비가 아니라 아도비, 아도베 등으로도 많이 발음한다. 흙벽돌 집은 습한 기후에서는 얼마 못 가고 금방 무너지기 때문에 암석이 귀하고 건조한 기후인 중위도 아프리카나 중동 아랍 지방, 아메리카 원주민 지역에 아도베로 지은 건물이 많다. 고대 아프리카 문화의 유산이 현재 거의 남아 있지 않은 이유가 이런 흙집을 지었기 때문이기도 하다.
점토로 인한 연약지반
점토는 투수계수가 작고 공극비가 커서 압밀에 걸리는 시간이 길고, 압밀침하량도 크기 때문에 연약 지반의 원인이 된다. 따라서 점토로 된 연약지반 위에 구조물을 지을 때는 특별히 주의를 기울여야 한다.
유토
가소재로서 사용하는 것 중에 찰흙인 유토(油土)가 있다. 인조 찰흙이라고도 한다. 산화아연(酸化亞鉛)을 주성분으로 하고 거기에 유황(硫黃)·납(蠟), 올리브유(油) 등을 혼합하여 제조한 것이다. 빛깔은 암록색(暗綠色), 황토색(黃土色), 암적색(暗赤色) 등이 있다. 이탈리아제(製)의 유토는 역사도 오래고 잘 연구되어 있다. 질(質)은 조밀하고 한서(寒暑)에 대하여 경연(硬軟)의 차이가 적어서 가장 우수한 것으로 알려져 있다. 유토의 특질은 건조, 균열, 응고 등이 적고 탄력성, 점착력이 있어서 천연의 찱흙보다 조금 가볍다. 항상 일정한 부드러움을 유지하고 있으므로 일부러 반죽할 필요가 없다. 유토의 또 한가지 특징은 즉흥적으로 기분이 내키는 대로 만들 수가 있다. 불완전한 축(心)이라도 충분히 형(型)을 유지할 수 있다. 대작의 시도나 소품 제작 따위에 가장 적합하다.
이소
이소(泥塑)는 찱흙 원형을 완성품으로 하는 건조법에 의하여 조상(造像)하는 것으로서, 이 조상법은 옛 인도에서 만들어져서 서역(西域), 중국의 당대(唐代)에서 성하게 조상된 수법이다. 이 조상법은 형식적으로 목조, 석조의 소재 따위에서 생기는 제약을 파기하였다고도 할 수 있다. 기술적인 특징은 움직임이 있는 자태를 자유로이 만들 수 있다. 그리고 작자 스스로의 손으로 최후까지 자유롭게 의사대로 만들 수 있는 잇점도 있다. 대륙에서 이 수법이 고안되어 성하게 유행한 원인은 전술한 이유와 대륙적인 기후(건조한 공기)가 조상을 오랫동안 보존할 수가 있고, 또한 사실적으로 표현하기가 용이하다는 사실도 이 조상기법을 왕성하게 한 하나의 이유이다.
제작
우선 목재로 뼈대를 만들고 거친 밧줄 따위로 뼈대를 감은 후 찰흙이 잘 밀착되도록 축을 만들어 논다. 그 축이 움직이지 않도록 대좌(台座) 부분에 꼭 붙여둔다. 미리 준비된 흙을 진사(辰砂 cinnabar) 또는 쌀겨(粉糖)를 곁들여서 잘 다져낸 찰흙으로 축에 붙이면서 대충 형을 만들어 나간다. 대체적인 형이 생기면 전체를 잘 건조시킨 다음 종이 주사(朱砂)나 운모(雲母)를 섞어서 잘 반죽한 정량(精良)한 찰흙으로 상(像)을 완성하여 간다. 천의(天衣)의 부분이나 손가락끝 따위 세부(細部)가 약한 곳은 동판이나 동선 등을 보강재(補强材)로서 축으로 사용할 수도 있다. 한편 목조로 상의 대체적인 형을 황조(慌彫)하고, 그것을 축으로 하여 상기(上記)한 찰흙을 붙여서 완성시키는 목심조상(木心造像)의 수법도 채용되었다.
참고자료
- 〈점토〉, 《화학백과》
- 〈점토〉, 《나무위키》
- 〈점토〉, 《위키백과》
같이 보기
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