안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
유리병이 뜨거운 온도 변화에 견디는지 여부는 유리를 구성하는 물질의 팽창 특성과 화학적 성분에 따라 결정됩니다. 모든 물질은 열을 받으면 입자의 운동이 활발해지면서 부피가 늘어나는 열팽창 현상을 겪는데, 일반적인 유리병에 쓰이는 소다석회 유리는 이 팽창하려는 성질이 강한 편입니다.
뜨거운 물을 병에 부으면 물과 직접 닿는 안쪽 면은 즉시 뜨거워지며 팽창하려 하지만, 두께가 있는 유리의 바깥쪽 면은 열이 전달되기 전이라 차가운 상태를 유지하며 팽창하지 않습니다. 이때 안쪽에서 밀어내는 힘과 겉면이 버티는 힘 사이에 강한 충돌이 발생하는데, 이를 열충격이라고 부릅니다. 일반 유리는 이 내부 압력을 견디지 못하고 균열이 생기며 깨지게 됩니다.
반면 뜨거운 물을 견디는 내열 유리는 제조 과정에서 붕산을 첨가하여 만듭니다. 이를 붕규산 유리라고 하는데, 이 유리는 열을 받아도 부피가 변하는 정도인 열팽창 계수가 일반 유리의 3분의 1 수준으로 매우 낮습니다. 따라서 안팎의 온도 차이가 크게 발생하더라도 유리의 부피 변화 자체가 적기 때문에 내부 응력이 작게 발생하여 파손되지 않고 형태를 유지할 수 있는 것입니다.
결국 두 유리의 차이는 단순히 열에 녹느냐의 문제가 아니라, 급격한 온도 변화 시 유리가 얼마나 안정적으로 부피를 유지하느냐라는 물리적 복원력과 성분 구성의 차이라고 볼 수 있습니다. 이러한 이유로 내열 유리는 조리 기구나 실험용 비커처럼 온도 변화가 극심한 환경에서 주로 사용됩니다.
