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유리와 비정질 재료

SiO₂ 유리에 Na₂O를 첨가하면 유리의 구조와 성질은 어떻게 변하는가?

  1. ANa⁺가 Si⁴⁺ 대신 SiO₄ 사면체의 중심에 들어가 망목을 강화하므로, 점도와 연화되는 온도가 올라간다
  2. BSi-O-Si 가교가 끊어져 비가교 산소가 생기고 망목의 연결이 약해지므로, 점도와 유리 전이 온도가 내려가고 열팽창은 커진다
  3. CNa₂O는 망목에 영향을 주지 않으므로 점도는 변하지 않고, 화학적 내구성만 올라간다
정답과 해설 보기

정답: B. Si-O-Si 가교가 끊어져 비가교 산소가 생기고 망목의 연결이 약해지므로, 점도와 유리 전이 온도가 내려가고 열팽창은 커진다

Na₂O가 1개 들어가면 Si-O-Si의 가교 산소 1개가 끊어져 Si와 한 개만 결합하는 비가교 산소가 2개 생기고, Na⁺는 망목의 틈새에 들어가 전하를 보상합니다. 망목의 연결이 약해지므로 점도나 유리 전이 온도가 내려가며, 석영 유리에서는 약 2000℃의 고온이 필요한 성형을 훨씬 낮은 온도에서 할 수 있게 됩니다. 그 대신 선팽창 계수는 커지고, Na⁺가 물속의 수소 이온과 교환되기 쉬우므로 화학적 내구성은 떨어집니다. 소다석회 유리에서 CaO를 첨가하는 것은 이 내구성을 보완하기 위해서입니다. Na⁺는 이온 반경이 크고 전하가 작으므로 사면체의 중심에는 들어가지 않습니다.

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