ПЛАСТИЧНОСТ: СВОЙСТВА, ПРИМЕРИ, ЕКСПЕРИМЕНТИ - ХИМИЯ - 2025

В Пластичността е патентована технология на материалите, които им позволяват да се деформира стрес участък; тоест разделянето на двата му края, без да има бърза фрактура в някакъв момент в средата на продълговата секция. Тъй като материалът се удължава, напречното му сечение намалява, ставайки по-тънки.

Следователно, пластичните материали се обработват механично в резбови форми (конци, кабели, игли и др.). В шевни машини калерчета с навити нишки представляват домашен пример за пластични материали; в противен случай текстилните влакна никога не са могли да придобият характерните си форми.

Източник: Емилиян Робърт Vicol чрез Flickr.

Каква е целта на пластичността в материалите? Това, че може да покрива дълги разстояния или атрактивни дизайни, независимо дали за изработка на инструменти, бижута, играчки; или за транспортиране на някаква течност, като електрически ток.

Последното приложение представлява ключов пример за пластичността на материалите, особено на металите. Фините медни проводници (горно изображение) са добри проводници на електричество, а заедно със златото и платината, те се използват в много електронни устройства, за да се гарантира тяхната работа.

Някои влакна са толкова фини (дебели само няколко микрометра), че поетичната фраза „златна коса“ придобива цял реален смисъл. Същото важи и за медта и среброто.

Коефициентът не би бил възможен свойство, ако нямаше молекулярно или атомно пренареждане, което да противодейства на падащата сила на опън. И ако не съществуваше, човекът никога нямаше да познае кабелите, антените, мостовете, да изчезнат и светът да остане в тъмнина без електрическа светлина (в допълнение към безброй други последици).

Какво е пластичността?

За разлика от ковкостта, пластичността изисква по-ефективно структурно пренареждане.

Защо? Защото когато повърхността, където се намира напрежението, е по-голяма, твърдото вещество има повече средства за плъзгане на своите молекули или атоми, образувайки листове или плочи; като има предвид, че когато напрежението е концентрирано в по-малко и по-малко напречно сечение, молекулното плъзгане трябва да бъде по-ефективно за противодействие на тази сила.

Не всички твърди частици или материали могат да го направят и поради тази причина те се счупват, когато са подложени на тестове за опън. Получените счупвания са средно хоризонтални, докато тези от пластични материали са конични или заострени, знак за разтягане.

Пластичните материали също могат да пробият точка на стрес. Това може да се увеличи, ако температурата се повиши, тъй като топлината насърчава и улеснява молекулярното приплъзване (въпреки че има няколко изключения). След това благодарение на тези слайдове материал може да проявява пластичност и следователно да бъде пластичен.

Въпреки това пластичността на материала обхваща други променливи, като влажност, топлина, примеси и как се прилага сила. Например, топеното стъкло е пластично и приема форми, подобни на нишки; Но като изстине, тя става чуплива и може да се счупи при всяко механично въздействие.

Имоти

Пластичните материали имат свои собствени свойства, пряко свързани с молекулярната им подредба. В този смисъл твърд метален прът и мокър глинен прът могат да бъдат пластични, въпреки че техните свойства се различават значително.

Въпреки това, всички те имат нещо общо: пластично поведение преди да се счупят. Каква е разликата между пластмасов и еластичен предмет?

Еластичният обект е обратимо деформирано, което първоначално се среща с пластични материали; но увеличавайки силата на опън, деформацията става необратима и предметът става пластичен.

От този момент нататък жицата или нишката придобива определена форма. След непрекъснато разтягане, напречното му сечение става толкова малко, а напрежението на опън е твърде високо, че молекулните му плъзгачи вече не могат да противодействат на стреса и той завършва счупване.

Ако пластичността на материала е изключително висока, както при златото, с един грам е възможно да се получат проводници с дължини до 66 км, с дебелина 1 µm.

Колкото по-удължена е жицата, получена от маса, толкова по-малко е напречното й сечение (освен ако не са налични тонове злато за изграждане на тел със значителна дебелина).

Примери за пластични метали

Металите са сред пластичните материали с безброй приложения. Триадата е съставена от метали: злато, мед и платина. Едната е златна, другата розово оранжева, а последната сребърна. В допълнение към тези метали има и други с по-малка пластичност:

-Желязо

-цинк

-Брас (и други метални сплави)

-Gold

-алуминиев

-Samarium

магнезиева

-Vanadium

-Стайн (въпреки че неговата пластичност може да се повлияе в зависимост от неговия въглероден състав и други добавки)

Сребърно

калай

-Товар (но в определени малки температурни диапазони)

Трудно е да се установи без предварително експериментално знание кои метали са наистина пластични. Неговата пластичност зависи от степента на чистота и как добавките взаимодействат с металното стъкло.

Също така се вземат предвид и други променливи като размера на кристалните зърна и разположението на кристала. Освен това важната роля играе и броят на електроните и молекулните орбитали, участващи в металната връзка, тоест в „електронното море“.

Взаимодействията между всички тези микроскопични и електронни променливи превръщат пластичността в концепция, която трябва да бъде внимателно разгледана с многоварианен анализ; и ще се установи липсата на стандартно правило за всички метали.

Именно поради тази причина два метала, макар и с много сходни характеристики, могат или не могат да бъдат пластични.

Размер на зърното и кристални структури на металите

Зърната са части от стъкло, които нямат забележими неравности (празнини) в техните триизмерни подредби. В идеалния случай те трябва да са напълно симетрични, с много добре дефинираната си структура.

Всяко зърно за един и същи метал има една и съща кристална структура; тоест метал с компактна шестоъгълна структура, hcp, има зърна с кристали с hcp системата. Те са подредени по такъв начин, че преди силата на сцепление или разтягане се плъзгат един върху друг, сякаш са равнини, изградени от мрамор.

Като цяло, когато самолетите, изработени от малки зърна, се плъзгат, те трябва да преодолеят по-голяма сила на триене; докато са големи, те могат да се движат по-свободно. Всъщност някои изследователи се стремят да модифицират пластичността на определени сплави чрез контролирания растеж на техните кристални зърна.

От друга страна, по отношение на кристалната структура обикновено металите с кристална система fcc (изправени в центъра на кубика или кубици, центрирани върху лицата) са най-пластични. Междувременно металите с кристални структури bcc (кубично центрирано кубично, кубично центрирано върху лицата) или hcp са склонни да бъдат по-малко пластични.

Например, както медта, така и желязото кристализират с fcc подредба и са по-пластични от цинка и кобалта, както с hcp.

Влияние на температурата върху пластичността на металите

Топлината може да намали или повиши пластичността на материалите, а изключенията се отнасят и за металите. Въпреки това, като общо правило, колкото по-меки са металите, толкова по-лесно е да ги превърнете в нишки, без да се счупите.

Това се дължи на факта, че повишаването на температурата кара металните атоми да вибрират, което впоследствие кара зърната да се унифицират; тоест няколко малки зърна се събират, за да образуват едно голямо зърно.

С по-големи зърна, пластичността се увеличава и молекулното приплъзване се сблъсква с по-малко физически пречки.

Експеримент за обяснение на пластичността за деца и юноши

Източник: Дъг Уолдрон чрез Flickr.

Пластилността се превръща в изключително сложно понятие, ако започнете да го анализирате микроскопично. И така, как го обяснявате на деца и юноши? По такъв начин, че да изглежда възможно най-прост на техните любопитни очи.

Дъвчете дъвка и играйте тесто

Досега се говори за разтопено стъкло и метали, но има и други невероятно пластични материали: дъвка и моделираща глина.

За да демонстрирате пластичността на дъвката, достатъчно е да вземете две маси и да започнете да ги разтягате; единият се намира вляво, а другият ще бъде пренесен надясно. Резултатът ще бъде висящ мост от дъвка, който няма да може да се върне в първоначалната си форма, освен ако не бъде омесен с ръце.

Все пак ще дойде момент, в който мостът в крайна сметка ще се счупи (а подът ще бъде оцветен с дъвка).

Изображението по-горе показва как дете чрез натискане на контейнер с дупки пластилинът изплува, сякаш е коса. Сухата замазка е по-малко пластична от мазната замазка; Следователно един експеримент може просто да се състои в създаване на два червея: единият със сухата глина, а другият, навлажнен в масло.

Детето ще забележи, че мазният червей се формира по-лесно и набира дължина за сметка на дебелината му; Докато червеят изсъхне, има вероятност да се разпадне няколко пъти.

Пластилинът също така е идеален материал за обяснение на разликата между ковкостта (лодка, порта) и пластичността (коса, червеи, змии, саламандри и др.).

Демонстрация с метали

Въпреки че подрастващите изобщо няма да манипулират нищо, възможността да станат свидетели на образуването на медни проводници на първия ред може да бъде привлекателно и интересно преживяване за тях. Доказването на пластичността ще бъде още по-пълно, ако човек продължи с други метали и по този начин би могъл да сравни тяхната пластичност.

На следващо място, всички проводници трябва да бъдат подложени на постоянно разтягане до точката на счупване. С това юношата визуално ще удостовери как пластичността влияе върху устойчивостта на проводника да се счупи.

Препратки

1. Енциклопедия на примери (2017). Дуктилни материали. Възстановено от: example.co
2. Хелменстин, Ан Мари, доктор на науките (22 юни 2018 г.). Дуктилна дефиниция и примери. Възстановено от: thinkco.com
3. Chemstorm. (02 март 2018 г.). Химия на пластичната дефиниция. Възстановена от: chemstorm.com
4. Бел Т. (18 август 2018 г.). Обяснена пластичност: напрежение на опън и метали. Балансът. Възстановени от: thebalance.com
5. Д-р Маркс Р. (2016). Пластичност в металите. Катедра по машиностроене, университет Санта Клара., Възстановено от: scu.edu
6. Рийд Д. (2018). Пластичност: Определение и примери. Изследване. Възстановено от: study.com
7. Кларк Дж. (Октомври 2012 г.). Метални конструкции. Възстановено от: chemguide.co.uk
8. Chemicool. (2018). Факти за златото. Възстановено от: chemicool.com
9. Материали днес. (2015 г., 18 ноември). Силните метали все още могат да бъдат пластични. Elsevier. Възстановени от: materialstoday.com