유리와 석영의 물리적 성질의 차이를 어떻게 설명할 수 있을까요?

Question

안녕하세요 유리와 석영은 모두 SiO₂를 주요 성분으로 하지만, 구조적으로 서로 다른 성질을 보입니다. 이 두 물질의 결정 구조 차이는 무엇이며, 이로 인해 나타나는 물리적 성질의 차이를 어떻게 설명할 수 있나요?

Answer 1

안녕하세요.

말씀하신 것처럼 유리와 석영은 모두 기본적으로 이산화규소(SiO₂)를 주성분으로 하지만, 그 내부 구조와 배열 방식이 달라서 물리적 성질에서도 차이가 있는데요 석영은 결정질 구조를 가지며, 규소 원자와 산소 원자가 규칙적이고 주기적인 3차원 격자 구조를 형성합니다. 즉, Si–O–Si 결합이 일정한 각도(약 144° 정도)와 거리로 반복적으로 배열되어 있습니다. 반면 유리는 무정형 고체로, 규소와 산소는 여전히 SiO₄ 사면체 단위를 이루지만, 이들이 불규칙한 방향으로 연결되어 장거리 질서가 존재하지 않습니다. 이처럼 유리는 액체가 냉각되어 굳었지만 결정화되지 못한 상태, 즉 비정질 고체로 이해할 수 있습니다.

이러한 구조적 차이는 여러 물리적 성질에 직접적인 영향을 미치는데요 석영은 규칙적인 결정 격자 덕분에 강한 Si–O 결합이 고르게 분포되어 있어, 녹는점이 매우 높아 약 1713 °C입니다. 반면에 유리는 결합이 불규칙하게 분포되어 있으므로 약한 부분부터 쉽게 변형되어, 명확한 녹는점이 아닌 점차적으로 부드러워지는 연화점을 보입니다. 감사합니다.