유리의 성분과 구조

유리가 포함하고 있는 성분은 종류에 따라서 다르지만, 석영유리와 같은 특별한 것을 제외한 대부분의 유리는 유리 조직의 주체가 되는 망목형성(網目形成)의 물질과, 그것과 화학적으로 느슨하게 결합하여 유리에 특정한 성질, 즉 용해성·착색··화학내구성·전도성 등을 가지게 하는 보조물질을 포함하고 있다.

전자(前者)는 망목형성산화물이라고 하는 것으로, 보통 무수규산·무수붕산·무수인산 등 산성산화물이 사용되고, 후자는 망목수식산화물(網目修飾酸化物)이라고 하는 것으로서, 나트륨·칼륨·칼슘·바륨 등 알칼리금속이나 알칼리토금속의 산화물 및 납·알루미늄 등의 산화물 등이 사용된다. 이것을 미시적(微視的)으로 보면 망목형성산화물의 산소이온과 양이온이 강하게 결합하여 일종의 망목을 형성하고, 그 망목 속의 빈자리에 수식산화물에 의한 금속이온이 망목의 조직을 흐트러뜨리는 상태로 들어박힌 구조를 하고 있다.

이때 망목 속으로 들어박힌 이온(망목수식이온)의 크기는 반지름이 0.5∼2.20Å이다. 이 작은 것이나, 가 높은 원소의 이온은 망목의 빈자리로부터 움직이기 어려운 성질을 가지는데, 이와 같은 망목수식이온의 각각의 성격이 유리의 거시적인 성질에 적지 않은 영향을 주고 있다.

또 원자가가 높고, 이온반지름이 작은 이온일수록 큰 결합에너지를 가지는데, 이와 같은 이온을 망목수식이온으로 사용하게 되면, 유리가 쉽게 만들어진다. 실례로, 나트륨이온과 칼륨이온은 모두 1가의 양(陽)이온이지만, 이온반지름은 나트륨이온이 작으므로 나트륨석회유리는 칼륨석회유리보다 만들기 쉽다. 실용유리로 나트륨석회유리(소다석회유리)가 널리 사용되고 있는 것도 이러한 이유 때문이다.