유리는 고체가 아니다?(feat. 우블렉)

안녕하세요~ 흥미롭고 재미있는 과학의 흥. 재. 과입니다!

 

일상에서 우리가 사용하는 물질들은 크게 고체, 액체, 기체로 분류되곤 하는데요!

 

고체 : 분자가 규칙적으로 배열되어 단단한 형태를 이루는 구조

액체 : 일정한 부피를 가지지만 분자들이 어느 정도 자유롭게 움직이는 구조

기체 : 부피와 형태를 가지지 않고, 분자들이 자유롭게 움직이며 확산하는 구조

 

하지만 세상에는 위 3개의 분류체계보다 더욱 복잡한 형태의 물질도 존재합니다.

그중 하나가 우리가 흔히 접하는 유리인데요!

 

오늘은 물리적 특성의 독특함으로 물질 분류의 경계에 있는 유리와

우블렉에 대해 알아보도록 하겠습니다!

 

 

모래로 만든 유리는 왜 투명할까?

모래로 만든 유리는 왜 투명할까?

 

유리 & 우블렉

 

1. 고체인가? 액체인가?

유리는 고체로 분류되어 있지만 관점에 따라서는 액체로 볼 수도 있는데요!

먼저 유리는 비결정성 고체로서 말 그대로 고체라면 가져야 할 결정 구조가 유리에는 존재하지 않습니다.

 

즉, 유리의 분자는 액체처럼 무질서하게 배열되어 있지만, 구조적으로는 안정적이기에 고체처럼 딱딱한 것이죠.

그래서 유리는 알갱이가 없고 온도에 따라 유동성을 보입니다.

따라서 유리를 나타내는 표현으로 "딱딱한 액체" 혹은 "유동성이 매우 느린 고체"라고도 말할 수 있습니다!

 

열을 가하여 유동을 가진 유리(유리 공예)

 

2. 유리의 비결정성

유리는 온도가 높을수록 유동성이 높아져 마치 젤리나 고무처럼 변형이 쉽게 일어나기에,

다양한 형태로 쉽게 성형이 가능한데요!

그렇기에 유리는 창문, 렌즈, 프리즘 외에도 예술 작품이나 장식 용품으로 널리 사용되기도 합니다.

 

또한, 비결정 구조의 특성상 열을 고르게 전달하지 않아 열 전도율이 낮은데요!

열 전도율이 낮기에 햇빛을 받은 유리창은 뜨겁지 않으며,

일상생활에서 전자레인지로 음식을 데울 때 유리용기를 쓸 수 있는 것도 열 전도율이 낮기 때문입니다.

 

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3. 우블렉(Oobleck)

이렇게 고체와 액체의 경계에 있는 물질은 유리만 있는 것이 아닌데요.

 

우블렉은 물과 옥수수전분을 섞어 만든 혼합물로서 "비뉴턴 유체"입니다.

평소에는 액체처럼 흐르지만, 충격을 가하면 고체처럼 변하는 특성을 가지고 있는데요!

 

※ 비뉴턴 유체(Non-Newtonian Fluid) 

- 뉴턴의 점성 법칙을 따르지 않는 유체로 힘이 가해지는 방식에 따라 점도가 변하거나 고체처럼 딱딱해지는 유체.

  (일반적인 유체는 일정한 점도와 일정한 속도로 흐름)

 

우블렉이 이러한 특성을 가지는 이유는 전분 입자의 응집력 때문인데요!

평소에는 물 분자가 전분 입자 사이를 자유롭게 지나다니지만,

충격을 가하게 되면 전분 입자가 응력에 의해 빠르게 얽히기 때문에 물 분자의 이동이 제한됩니다.

따라서, 우블렉 위에 사람이 걸을 수 있을 정도로 딱딱해지는 것이죠!

 

이러한 특성으로 인해 현재는 각 종 보호장비(방탄복)로서 활용하기 위해 개발 중인데요!

평소에는 유연성을 가진 액체로서 착용감을 높여주고 외부의 충격이 가해졌을 시 충격을 흡수하는 특성 때문입니다.

 

마치 젤리와 같이 단단해진 우블렉 위를 걸어다니는 그림

 

오늘은 유리와 우블렉을 통해 물질의 독특한 특성에 대해서 알아보았는데요!

겉보기에는 단순한 물질처럼 보이지만, 이러한 과학적 발견에 의해서

미래의 혁신적인 기술 또는 일생생활의 편리함을 찾아낼 수 있는 듯합니다.

 

이상 흥. 재. 과였습니다!