안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
유리에 뜨거운 물을 부었을 때 깨지는 현상은 유리를 구성하는 원자들의 화학적 결합 구조와 열역학적 변화에서 비롯됩니다. 일반적인 유리는 이산화규소 규소와 산소의 불규칙한 그물망 구조로 이루어진 비결정성 고체입니다. 이 구조는 원자들이 무작위로 엉켜 있어 열을 전달하는 격자 진동이 매끄럽게 이동하지 못하므로 열전도율이 매우 낮습니다. 또한 규소와 산소 사이의 공유 결합은 방향성이 고정되어 있어 구조가 유연하게 변형되지 않고 매우 뻣뻣합니다.
이러한 상태에서 뜨거운 물이 닿으면 온도가 급격히 상승한 안쪽 면의 원자들은 운동 에너지를 얻어 격렬하게 진동하기 시작합니다. 원자들의 진동 폭이 커지면서 미시적으로 원자 간의 평균 거리가 멀어지는데, 이것이 거시적인 열팽창으로 나타납니다. 하지만 유리의 낮은 열전도율 때문에 바깥쪽 면은 이 열을 즉시 전달받지 못해 원래의 원자 거리를 그대로 유지하려 합니다.
결과적으로 팽창하려는 안쪽 면과 이를 붙잡고 있는 바깥쪽 면 사이에 극심한 힘의 불균형이 발생합니다. 안쪽에는 압축하려는 힘이, 바깥쪽에는 잡아당기는 인장력이 가해집니다. 유리는 금속처럼 원자 층이 미끄러지며 충격을 완화하는 연성이 없기 때문에, 바깥쪽 면이 잡아당기는 힘을 견디지 못하는 순간 뻣뻣한 공유 결합이 끊어지며 균열이 생기고 전체가 파괴됩니다.