SULAVUUS: OMINAISUUDET, ESIMERKIT, KOKEET - KEMIA - 2026

Sitkeys on tekniikka materiaalien avulla ne voivat muuttaa muotoaan venyttää stressiä; ts. sen kahden pään erottaminen ilman, että pitkänomaisen osan keskellä on jossain vaiheessa pikaista murtumaa. Materiaalin venyessä sen poikkileikkaus pienenee, muuttuen ohuemmaksi.

Siksi muovautuvat materiaalit valmistetaan mekaanisesti langanmuotoisiksi (kierteet, kaapelit, neulat jne.). Ompelukoneissa puola, jossa on haavalangat, edustaa kotitekoista esimerkkiä plastilisista materiaaleista; muuten tekstiilikuidut eivät olisi koskaan voineet saada ominaisia ​​muotojaan.

Lähde: Emilian Robert Vicol Flickrin kautta.

Mikä on materiaalien taipuisuuden tarkoitus? Kyky kattaa pitkiä matkoja tai houkuttelevia malleja työkalujen, korujen, lelujen valmistukseen; tai jonkin nesteen, kuten sähkövirran, kuljettamiseen.

Viimeinen sovellus edustaa avainta esimerkkiä materiaalien, erityisesti metallien, taipuisuudesta. Hienot kuparilangat (yläkuva) ovat hyviä sähkönjohtajia, ja kullan ja platinan ohella niitä käytetään monissa elektronisissa laitteissa niiden toiminnan varmistamiseksi.

Jotkut kuidut ovat niin hienoja (vain muutaman mikrometrin paksuisia), että runollinen lause "kultaiset hiukset" saa kaiken todellisen merkityksen. Sama koskee kuparia ja hopeaa.

Sulavuus ei olisi mahdollinen ominaisuus, jos ei olisi molekyylin tai atomin uudelleenjärjestelyä tulevan vetolujuuden vastapainoksi. Ja jos sitä ei olisi, ihminen ei olisi koskaan tiennyt kaapeleita, antennit, sillat katoavat, ja maailma pysyisi pimeydessä ilman sähkövaloa (lukemattomien muiden seurausten lisäksi).

Mikä on joustavuus?

Toisin kuin muokattavuus, muovattavuus takaa tehokkaamman rakenneuudistuksen.

Miksi? Koska kun pinta, jossa jännitys on, suurempi, kiinteällä aineella on enemmän keinoja liu'uttaa molekyylejään tai atomiaan, muodostaa levyjä tai levyjä; kun taas jännitys keskittyy pienempiin ja pienempiin poikkileikkauksiin, molekyylin liukumisen on oltava tehokkaampaa vastavoimaan tämän voiman kanssa.

Kaikki kiinteät aineet tai materiaalit eivät pysty siihen, ja tästä syystä ne rikkoutuvat vetolujuuskokeissa. Saadut tauot ovat keskimäärin vaakatasossa, kun taas muovautuvat materiaalit ovat kartiomaisia ​​tai teräviä, merkki venytyksestä.

Sulava materiaalit voivat myös murtautua stressipisteen ohi. Tätä voidaan lisätä, jos lämpötilaa nostetaan, koska lämpö edistää ja helpottaa molekyylien liukumista (vaikkakin on useita poikkeuksia). Näiden diojen ansiosta materiaalilla voi siis olla taipuisuus ja olla siksi taipuisa.

Materiaalin taipuisuus kattaa kuitenkin muut muuttujat, kuten kosteus, lämpö, ​​epäpuhtaudet ja voiman kohdistamistapa. Esimerkiksi vasta sulatettu lasi on muovautuvaa, omaksuen langanmuodot; Mutta jäähtyessään siitä tulee hauras ja se voi rikkoutua kaikilla mekaanisilla iskuilla.

ominaisuudet

Pallopurkautuvilla materiaaleilla on omat ominaisuutensa, jotka liittyvät suoraan niiden molekyylijärjestelyihin. Tässä mielessä jäykkä metallitanko ja märkä savitanko voivat olla taipuisia, vaikka niiden ominaisuudet eroavat suuresti.

Heillä kaikilla on kuitenkin jotain yhteistä: muovi käyttäytyminen ennen murtumista. Mitä eroa on muovin ja elastisen esineen välillä?

Joustava esine deformoituu palautuvasti, mikä tapahtuu alun perin plastiilisilla materiaaleilla; mutta lisäämällä vetovoimaa, muodonmuutoksesta tulee peruuttamaton ja esine muuttuu muoviseksi.

Tästä hetkestä alkaen lanka tai lanka saa määritellyn muodon. Jatkuvan venytyksen jälkeen sen poikkileikkauksesta tulee niin pieni ja vetojännitys liian korkea, että sen molekyyliset liukumäet eivät enää pysty vastaamaan rasitukselle ja lopulta murtuvat.

Jos materiaalin taipuisuus on erittäin korkea, kuten kullan tapauksessa, yhdellä grammalla on mahdollista saada johtoja, joiden pituus on enintään 66 km, paksuus 1 μm.

Mitä pitkänomaisempi massasta saatu lanka on, sitä pienempi on sen poikkileikkaus (ellei tonnia kultaa ole saatavana huomattavan paksun langan rakentamiseksi).

Esimerkkejä plastisista metalleista

Metallit ovat muovautuvia materiaaleja, joilla on lukemattomia sovelluksia. Kolmikko koostuu metalleista: kullasta, kuparista ja platinasta. Yksi on kulta, toinen vaaleanpunainen oranssi ja viimeinen hopea. Näiden metallien lisäksi on muitakin vähemmän taipuisia:

-Rauta

-Sinkki

-Brass (ja muut metalliseokset)

-Kulta

-Alumiini

-Samarium

-Magnesium

-Vanadium

-Teräs (vaikka sen taipuisuuteen saattaa vaikuttaa sen hiilikoostumuksesta ja muista lisäaineista riippuen)

-Hopea

-Tina

- Lyijy (mutta tietyillä pienillä lämpötila-alueilla)

Ilman aiempaa kokeellista tietoa on vaikea selvittää, mitkä metallit ovat todella taipuisia. Sen taipuisuus riippuu puhtausasteesta ja lisäaineiden vuorovaikutuksesta metallilasin kanssa.

Myös muut muuttujat, kuten kiderakeiden koko ja kiteen järjestely, otetaan huomioon. Lisäksi metallisissa sidoksissa, ts. "Elektronisessa meressä", mukana olevien elektronien ja molekyylikorbitaalien lukumäärällä on myös tärkeä rooli.

Kaikkien näiden mikroskooppisten ja elektronisten muuttujien väliset vuorovaikutukset tekevät muovattavuudesta käsitteen, jota on käsiteltävä perusteellisesti monimuuttuja-analyysillä; ja kaikille metalleille löytyy vakiosääntö.

Tästä syystä kaksi metallia, vaikka niillä on hyvin samanlaiset ominaisuudet, voivat olla tai eivät ole taipuisia.

Metallien raekoko ja kiderakenteet

Jyvät ovat lasiosia, joista puuttuu havaittavissa olevia epäsäännöllisyyksiä (tyhjiä) kolmiulotteisessa järjestelyssään. Ihannetapauksessa niiden tulisi olla täysin symmetrisiä ja rakenteeltaan hyvin määritellyt.

Kullakin saman metallin jyvällä on sama kiteinen rakenne; ts. metallissa, jolla on kompakti kuusikulmainen rakenne, hcp, on jyviä kiteillä, joissa on hcp-järjestelmä. Ne on järjestetty siten, että ennen veto- tai venytysvoimaa ne liukuvat toistensa yli, ikään kuin ne olisivat marmorista koostettuja lentoja.

Yleensä pienistä jyvistä valmistettujen koneiden liukuessa niiden on voitettava suurempi kitkavoima; vaikka ne ovat suuria, ne voivat liikkua vapaammin. Itse asiassa jotkut tutkijat pyrkivät modifioimaan tiettyjen lejeerinkien taipuisuutta kiteisten jyviensä hallitun kasvun kautta.

Toisaalta, kiteisen rakenteen suhteen, yleensä metallit, joiden kiteinen järjestelmä on fcc (kohdistettu keskitetty kuutio tai kuutio keskittyi pintoihin), ovat kaikkein plastisimpia. Samaan aikaan metalleilla, joiden kiteinen rakenne on bcc (kehon keskitetty kuutio, kuutio keskitetty kasvoihin) tai hcp, on yleensä vähemmän taipuisa.

Esimerkiksi sekä kupari että rauta kiteytyvät fcc-järjestelyllä ja ovat sitkeämpiä kuin sinkki ja koboltti, molemmilla hcp-järjestelyillä.

Lämpötilan vaikutus metallien sitkeyteen

Lämpö voi vähentää tai lisätä materiaalien sitkeyttä, ja poikkeukset koskevat myös metalleja. Yleensä, mitä pehmeämmät metallit ovat, sitä helpompaa on muuttaa ne langoiksi rikkomatta.

Tämä johtuu tosiasiasta, että lämpötilan nousu saa metallisia atomeja värähtelemään, mikä johtaa jyvien yhdistymiseen; eli useita pieniä jyviä muodostuu yhteen muodostaen yhden suuren jyvän.

Suurempien jyvien ollessa sitkeys kasvaa ja molekyylin liukuminen kohtaa vähemmän fyysisiä esteitä.

Koe selittää lasten ja nuorten taipuisuutta

Lähde: Doug Waldron Flickrin kautta.

Sulavuudesta tulee erittäin monimutkainen käsite, jos alkaa analysoida sitä mikroskooppisesti. Joten miten selität sen lapsille ja nuorille? Sillä tavalla, että se näyttää heidän uteliaille silmilleen mahdollisimman yksinkertainen.

Purukumi ja pelata taikinaa

Toistaiseksi on puhuttu sulasta lasista ja metalleista, mutta on olemassa myös muita uskomattoman paljaita materiaaleja: purukumi ja mallinta savi.

Purukumin sitkeyden osoittamiseksi riittää, että tartu kaksi massaa ja aloita niiden venyttely; yksi sijaitsee vasemmalla, ja toinen kuljetetaan oikealle. Tuloksena on roikkuva kumisilta, joka ei voi palata alkuperäiseen muotoonsa, ellei sitä vaivata käsillä.

Tulee kuitenkin kohta, jossa silta lopulta rikkoutuu (ja lattia värjätään kumilla).

Yllä olevasta kuvasta näkyy, kuinka lapsi puristamalla reikiä sisältävä astia saa plastiliinin esiin kuin hiukset. Kuiva kitti on vähemmän taipuisa kuin öljyinen kitti; Siksi kokeilu voisi yksinkertaisesti koostua kahden lierojen luomisesta: yhden kuivamenetelmällä ja toisen kostutetulla öljyllä.

Lapsi huomaa, että öljyinen mato on helpompi muovata ja saada pituutta sen paksuuden kustannuksella; Kun mato kuivuu, se todennäköisesti loppuu hajoamaan useita kertoja.

Plastiliini on myös ihanteellinen materiaali selittämään ero muokattavuuden (vene, portti) ja muovattavuuden (hiukset, madot, käärmeet, salamandrit jne.) Välillä.

Esittely metalleilla

Vaikka nuoret eivät manipuloi lainkaan mitään, kuparilankojen muodostumisen todistaminen ensimmäisessä rivissä voi olla heille houkutteleva ja mielenkiintoinen kokemus. Sulautumisen esittely olisi vielä täydellisempi, jos edetään muiden metallien kanssa ja siten voitaisiin vertailla niiden taipuisuutta.

Seuraavaksi kaikille johdille on tehtävä jatkuva venytys niiden murtumispisteeseen. Tällä avulla murrosikäinen todistaa visuaalisesti, kuinka taipuisuus vaikuttaa vaijerin kestävyyteen.

Viitteet

1. Esimerkien tietosanakirja (2017). Sulavat materiaalit. Palautettu osoitteesta esimerkit.co
2. Helmenstine, tohtori Anne Marie (22. kesäkuuta 2018). Sulava määritelmä ja esimerkit. Palautettu osoitteesta: gondo.com
3. Chemstorm. (2. maaliskuuta 2018). Sulava määritelmäkemia. Palautettu osoitteesta: chemstorm.com
4. Bell T. (18. elokuuta 2018). Selvyys selitetty: vetolujuus ja metallit. Tasapaino. Palautettu osoitteesta: thebalance.com
5. Tri Marks R. (2016). Sulavuus metalleissa. Konetekniikan laitos, Santa Clara University.. Palautettu: scu.edu
6. Reid D. (2018). Sulavuus: määritelmä ja esimerkit. Tutkimus. Palautettu osoitteesta study.com
7. Clark J. (lokakuu 2012). Metalliset rakenteet. Palautettu: kemguide.co.uk
8. Chemicool. (2018). Tietoja kullasta. Palautettu osoitteesta: chemicool.com
9. Materiaalit tänään. (2015, 18. marraskuuta). Vahvat metallit voivat silti olla taipuisia. Elsevier. Palautettu osoitteesta materialstoday.com