CIĄGLIWOŚĆ: WŁAŚCIWOŚCI, PRZYKŁADY, DOŚWIADCZENIA - CHEMIA - 2025

Plastyczność jest technologia materiałów umożliwiających im deformować naprężenie rozciągania; to znaczy oddzielenie jego dwóch końców bez natychmiastowego pęknięcia w pewnym punkcie w środku wydłużonej sekcji. W miarę wydłużania się materiału jego przekrój zmniejsza się, stając się cieńszy.

Dlatego materiały plastyczne są obrabiane mechanicznie w kształtki nitkowate (nici, kable, igły itp.). W maszynach do szycia szpulki z nawiniętymi nitkami stanowią domowy przykład plastycznych materiałów; w przeciwnym razie włókna tekstylne nigdy nie uzyskałyby swoich charakterystycznych kształtów.

Źródło: Emilian Robert Vicol przez Flickr.

Jaki jest cel ciągliwości w materiałach? To, że jest w stanie pokonywać duże odległości lub atrakcyjne projekty, czy to do wyrobu narzędzi, biżuterii, zabawek; lub do transportu niektórych płynów, takich jak prąd elektryczny.

To ostatnie zastosowanie stanowi kluczowy przykład plastyczności materiałów, zwłaszcza metali. Drobne druty miedziane (górne zdjęcie) są dobrymi przewodnikami elektryczności i wraz ze złotem i platyną są stosowane w wielu urządzeniach elektronicznych, aby zapewnić ich działanie.

Niektóre włókna są tak cienkie (zaledwie kilka mikrometrów), że poetyckie wyrażenie „złote włosy” nabiera prawdziwego znaczenia. To samo dotyczy miedzi i srebra.

Ciągliwość nie byłaby możliwą właściwością, gdyby nie było przegrupowania molekularnego lub atomowego w celu przeciwdziałania padającej sile rozciągającej. A gdyby go nie było, człowiek nigdy nie wiedziałby, że kable, anteny, mosty znikną, a świat pozostanie w ciemności bez światła elektrycznego (oprócz niezliczonych innych konsekwencji).

Co to jest ciągliwość?

W przeciwieństwie do ciągliwości, plastyczność gwarantuje bardziej wydajne przegrupowanie strukturalne.

Czemu? Ponieważ gdy powierzchnia, na której występuje napięcie, jest większa, ciało stałe ma więcej środków do przesuwania swoich cząsteczek lub atomów, tworząc arkusze lub płyty; podczas gdy naprężenie koncentruje się w coraz mniejszym przekroju, poślizg molekularny musi być skuteczniejszy, aby przeciwdziałać tej sile.

Nie wszystkie ciała stałe lub materiały to potrafią iz tego powodu pękają podczas próby rozciągania. Uzyskane pęknięcia są średnio poziome, podczas gdy w przypadku materiałów ciągliwych są stożkowe lub spiczaste, co jest oznaką rozciągania.

Materiały sferoidalne mogą również przełamać punkt naprężenia. Można to zwiększyć, jeśli temperatura wzrośnie, ponieważ ciepło sprzyja i ułatwia poślizg molekularny (chociaż jest kilka wyjątków). To właśnie dzięki tym suwakom materiał może wykazywać ciągliwość, a zatem być plastyczny.

Jednak plastyczność materiału obejmuje inne zmienne, takie jak wilgotność, ciepło, zanieczyszczenia i sposób przyłożenia siły. Na przykład nowo stopione szkło jest plastyczne i przyjmuje kształty podobne do nitek; Ale gdy ostygnie, staje się kruchy i może pęknąć przy każdym mechanicznym uderzeniu.

Nieruchomości

Materiały sferoidalne mają swoje własne właściwości bezpośrednio związane z ich układami molekularnymi. W tym sensie sztywny pręt metalowy i mokry pręt gliniany mogą być plastyczne, mimo że ich właściwości znacznie się różnią.

Jednak wszystkie mają coś wspólnego: zachowanie plastyczne przed pęknięciem. Jaka jest różnica między przedmiotem plastikowym a elastycznym?

Przedmiot elastyczny ulega odwracalnej deformacji, co początkowo występuje w przypadku materiałów ciągliwych; ale zwiększając siłę rozciągającą, odkształcenie staje się nieodwracalne, a przedmiot staje się plastyczny.

Od tego momentu drut lub nić nabiera określonego kształtu. Po ciągłym rozciąganiu jego przekrój staje się tak mały, a naprężenie rozciągające zbyt duże, że jego ślizgacze molekularne nie są już w stanie przeciwdziałać naprężeniu i ostatecznie pękają.

Jeśli plastyczność materiału jest wyjątkowo duża, jak w przypadku złota, z jednego grama można uzyskać druty o długości do 66 km i grubości 1 µm.

Im bardziej wydłużony jest drut otrzymany z masy, tym mniejszy jest jego przekrój (chyba że ton złota jest dostępnych do zbudowania drutu o znacznej grubości).

Przykłady ciągliwych metali

Metale należą do materiałów ciągliwych o niezliczonych zastosowaniach. Triada składa się z metali: złota, miedzi i platyny. Jedna jest złota, druga różowawo pomarańczowa, a ostatnia srebrna. Oprócz tych metali istnieją inne o mniejszej ciągliwości:

-Żelazo

-Cynk

-Mosiądz (i inne stopy metali)

-Złoto

-Aluminium

-Samar

-Magnez

-Wanad

-Stal (chociaż jej plastyczność może ulec zmianie w zależności od składu węgla i innych dodatków)

-Srebro

-Cyna

-Ołów (ale w pewnych małych zakresach temperatur)

Bez wcześniejszej wiedzy eksperymentalnej trudno jest ustalić, które metale są naprawdę plastyczne. Jego ciągliwość zależy od stopnia czystości i od interakcji dodatków ze szkłem metalicznym.

Pod uwagę brane są również inne zmienne, takie jak rozmiar ziaren kryształu i układ kryształu. Ponadto istotną rolę odgrywa także liczba elektronów i orbitali molekularnych zaangażowanych w wiązanie metaliczne, czyli w „morzu elektronów”.

Interakcje między wszystkimi tymi mikroskopowymi i elektronicznymi zmiennymi sprawiają, że ciągliwość jest koncepcją, którą należy dokładnie rozwiązać za pomocą analizy wieloczynnikowej; i zostanie znaleziony brak standardowej reguły dla wszystkich metali.

Z tego powodu dwa metale, chociaż mają bardzo podobne właściwości, mogą być plastyczne lub nie.

Wielkość ziarna i struktura krystaliczna metali

Ziarna to fragmenty szkła pozbawione zauważalnych nieregularności (pustek) w ich trójwymiarowym układzie. W idealnym przypadku powinny być całkowicie symetryczne, o bardzo dobrze zdefiniowanej strukturze.

Każde ziarno tego samego metalu ma taką samą strukturę krystaliczną; czyli metal o zwartej strukturze heksagonalnej, hcp, ma ziarna z kryształami w układzie hcp. Są one ułożone w taki sposób, że przed siłą ciągnięcia lub rozciągania ślizgają się po sobie, jak gdyby były samolotami zbudowanymi z marmurów.

Generalnie, gdy ślizgają się samoloty wykonane z małych ziaren, muszą pokonać większą siłę tarcia; a jeśli są duże, mogą poruszać się swobodniej. W rzeczywistości niektórzy badacze starają się modyfikować plastyczność niektórych stopów poprzez kontrolowany wzrost ich krystalicznych ziaren.

Z drugiej strony, biorąc pod uwagę strukturę krystaliczną, zazwyczaj metale o układzie krystalicznym fcc (ścianki sześcienne lub sześcienne na powierzchniach czołowych) są najbardziej plastyczne. Tymczasem metale o strukturach krystalicznych bcc (sześcienny centrowany na ciele, sześcienny centrowany na powierzchniach) lub hcp, wydają się być mniej plastyczne.

Na przykład zarówno miedź, jak i żelazo krystalizują z układem fcc i są bardziej plastyczne niż cynk i kobalt, oba z układami hcp.

Wpływ temperatury na ciągliwość metali

Ciepło może zmniejszyć lub zwiększyć ciągliwość materiałów, a wyjątki dotyczą również metali. Jednak z reguły im bardziej miękkie są metale, tym łatwiej jest zamienić je w nici bez zrywania.

Wynika to z faktu, że wzrost temperatury powoduje drgania atomów metali, co w konsekwencji powoduje ujednolicenie ziaren; oznacza to, że kilka małych ziaren łączy się, tworząc jedno duże ziarno.

Przy większych ziarnach ciągliwość wzrasta, a poślizg molekularny napotyka mniej przeszkód fizycznych.

Eksperymentuj w celu wyjaśnienia plastyczności dla dzieci i młodzieży

Źródło: Doug Waldron przez Flickr.

Ciągliwość staje się niezwykle złożoną koncepcją, jeśli zaczniesz analizować ją mikroskopowo. Jak więc wyjaśnisz to dzieciom i młodzieży? W taki sposób, aby wyglądało to jak najprostsze dla ich ciekawskich oczu.

Guma do żucia i ciasto

Jak dotąd mówiono o stopionym szkle i metalach, ale są też inne niezwykle plastyczne materiały: guma do żucia i modelina.

Aby zademonstrować plastyczność gumy do żucia, wystarczy chwycić dwie masy i zacząć je rozciągać; jeden znajduje się po lewej stronie, a drugi będzie przenoszony po prawej stronie. Rezultatem będzie wiszący most dziąsła, który nie może powrócić do swojego pierwotnego kształtu, jeśli nie zostanie ugnieciony rękami.

Jednak nadejdzie punkt, w którym most w końcu się zepsuje (a podłoga zostanie poplamiona gumą).

Powyższy obrazek pokazuje, jak dziecko naciskając pojemnik z otworami sprawia, że ​​plastelina wyłania się, jakby były włosami. Suchy kit jest mniej plastyczny niż oleisty; Dlatego eksperyment mógłby po prostu polegać na stworzeniu dwóch dżdżownic: jednej z suchej gliny, a drugiej zwilżonej olejem.

Dziecko zauważy, że tłustego robaka łatwiej jest uformować i nabrać długości kosztem swojej grubości; Gdy robak wysycha, prawdopodobnie kilka razy ulegnie rozpadowi.

Plastelina jest również idealnym materiałem do wyjaśnienia różnicy między plastycznością (łódka, brama) a plastycznością (sierść, robaki, węże, salamandry itp.).

Demonstracja z metalami

Chociaż nastolatki nie będą w ogóle niczym manipulować, obserwowanie powstawania miedzianych drutów w pierwszym rzędzie może być dla nich atrakcyjnym i interesującym doświadczeniem. Wykazanie ciągliwości byłoby jeszcze pełniejsze, gdybyśmy postępowali z innymi metalami, a tym samym mogliby porównać ich ciągliwość.

Następnie wszystkie druty muszą być poddawane ciągłemu rozciąganiu aż do ich zerwania. Dzięki temu nastolatek wizualnie potwierdzi wpływ plastyczności na odporność drutu na zerwanie.

Bibliografia

1. Encyklopedia przykładów (2017). Materiały ciągliwe. Odzyskany z: examples.co
2. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22 czerwca 2018). Definicja i przykłady ciągliwości. Odzyskany z: thinkco.com
3. Chemstorm. (02 marca 2018). Ciągła chemia definicji. Odzyskane z: chemstorm.com
4. Bell T. (18 sierpnia 2018). Wyjaśnienie ciągliwości: naprężenie rozciągające i metale. Saldo. Odzyskane z: thebalance.com
5. Dr Marks R. (2016). Ciągliwość w metalach. Wydział Inżynierii Mechanicznej Uniwersytetu Santa Clara. . Odzyskany z: scu.edu
6. Reid D. (2018). Ciągliwość: definicja i przykłady. Badanie. Odzyskany z: study.com
7. Clark J. (październik 2012). Konstrukcje metalowe. Źródło: chemguide.co.uk
8. Chemicool. (2018). Fakty dotyczące złota. Źródło: chemicool.com
9. Materiały dzisiaj. (18 listopada 2015). Mocne metale mogą nadal być plastyczne. Elsevier. Odzyskany z: materialstoday.com