물유리(water glass) - 다 흡수해버리겠어!

‘낮부터 내린 비는 이 저녁 유리창에 이슬만 뿌려놓고서…’ 십여 년 전 인기를 끌었던 가수 햇빛촌의 ‘유리창엔 비’라는 노래 도입부다. 그렇다. 비가 아무리 와도 유리창에는 빗방울만 맺힐 뿐이다. 그런데 만약 유리가 물에 녹거나 이상이 생긴다면 어떨까. 그렇다면 지금까지 오랜 기간 우리와 함께한 유리창, 유리병, 유리컵 등은 존재하지도 않았을 것이다. 그런데 놀랍게도 유리는 물에 녹는다. 더 정확히 말하자면 물에 녹는 유리가 존재한다. 아니, 유리가 물에 녹는다면 과연 유리라고 부를 수 있을까?일반적으로 유리는 이산화규소와 탄산나트륨 또는 탄산칼슘 등을 고온에서 섞어서 녹였다가급히 냉각시켜 만든다. 그런데 이산화규소에 탄산나트륨을 일정 비율로 섞어 1,300도~1,500도에서 서로 용융한 후, 저압 증기 솥에서 처리하면 규산나트륨이 만들어진다. 규산나트륨은 일종의 염으로 소금이나 염화칼슘처럼 물에 잘 녹는 성질을 갖는다. 흔히 말하는 ‘물유리(waterglass)’는 규산나트륨 또는 규산나트륨 수용액이며, 물에 잘 녹는 성질 때문에 이러한 이름이 붙여졌다. 물유리는 이산화규소에 알칼리 성분을 섞어 인공적으로 만들기도 하는데, 주로 섞는 것이 나트륨을 포함한 물질이고, 또한 다른 알칼리 성분보다 나트륨을 섞었을 때 그 녹는 정도가 크기 때문에 물유리를 규산나트륨이라고 부르기도 한다. 

물유리가 유리인 것은 규소(SiO2)를 원재료로 하기 때문이다. 유리는 여러 가지 성분으로 이루어져 있는데 가장 기본적인 주원료는 산화규소로, 규사 또는 규석이며 추가적으로 어떤 재료를 넣느냐에 따라 칼륨석회유리, 소다석회유리, 납유리 등 다양하게 구분된다. 석영 유리라고 해서 다른 물질을 첨가하지 않고 오직 규소로 만든 유리도 있기는 하다. 어찌 됐든 규소를 원재료로 하는 물유리 역시 다른 유리에 비해 물에 잘 녹는다는 점을 뺀다면 엄연히 유리인 것이다. 

그렇다면 물유리는 어디에 쓰일까? 

구운 김이나 과자봉지에서 흔히 본 흡습제, 실리카겔(silica gel)이 바로 물유리를 이용한 제품이다. 실리카겔은 물유리에 염화칼슘을 가하여 생긴 침전을 염산과 물로 세척하여 칼슘이온을 제거한 후, 건조시켜 얻는데 유리의 주 원료인 규산(실리카)의 겔 상태라는 의미에서 실리카겔이라고 불리게 된 것이다. 

실리카겔은 1g 당 표면적이 3백∼4백㎡ 이상 될 정도로 표면적이 큰데 수분이나 기체를 잘 흡수하기 때문에 흡수제로 이용된다. 실리카겔은 자기 무게보다 더 많은 양의 물을 흡수하는 고흡수성수지로 아기 기저귀나 여성용 위생용품, 찜질 팩 등의 주재료이기도 하다. 

호기심이 많은 분들은 한번쯤 과자나 김 봉지 안에 들어 있는 실리카겔을 뜯어 본 적이 있을 텐데 그 색을 확인해 보셨는지? 원래 실리카겔은 무색이기 때문에 공기 중의 습기를 먹어도 겉으로 확인이 어렵다. 그래서 그 중에 몇 개는 염화코발트라는 화합물을 섞어 푸른색을 띄게 만들어 놓았다. 염화코발트는 물을 흡수하면 붉은색으로 변하기 때문에 색의 변화를 통해 흡수 여부를 판단할 수 있도록 하기 위해서다. 이렇게 색이 변한 실리카겔을 전자레인지에 넣어 열을 주게 되면 본래 푸른색이 돌아오면서, 다시 사용할 수 있다니 참고하시기 바란다. 

산업분야에서는 이러한 성질을 이용해 물유리를 표백제나 세정제로도 사용하고 있으며, 강한 흡착력으로 인해 섬유 산업이나 내장재의 염료 착상이나 고착제로도 활용한다. 건물이나 구조물을 지을 때도 물유리는 유용하게 쓰인다. 시멘트에 물유리를 섞으면, 시멘트가 굳는 시간을 단축하고, 수분에 강한 콘크리트를 생성하게 된다. 

물유리는 우리가 흔히 알고 있는 유리와는 다르지만 유리다. 하지만 어느 것이 더 중요하고,어느 것은 그렇지 않다라고 말할 수 있을까? 똑같이 탄소로 만들어진 다이아몬드와 흑연 역시 다이아몬드가 더 고귀하고, 흑연은 그렇지 않다라고 하는 것도 이치에 맞지 않다. 다 나름의 쓰임새가 있기에, 유리이던, 물유리이던 적재적소에 쓰인다면 그 만큼 다 값지고 소중하다고 하겠다. (글 : 과학향기 편집부) 

(출처 : KISTI의 과학향기)