ПЛАСТИЧНОСТЬ: СВОЙСТВА, ПРИМЕРЫ, ЭКСПЕРИМЕНТЫ - ХИМИЯ - 2025

Пластичность является запатентованная технология материалов , позволяющих им деформироваться растягивающийся стресс; то есть разделение двух его концов без быстрого разрушения в какой-либо точке в середине удлиненного участка. По мере удлинения материала его поперечное сечение уменьшается, становясь тоньше.

Поэтому из пластичных материалов механическим способом превращаются в нитевидные формы (нити, тросы, иглы и т. Д.). В швейных машинах шпульки с намотанными нитками представляют собой самодельный образец пластичных материалов; иначе текстильные волокна никогда бы не приобрели своей характерной формы.

Источник: Эмилиан Роберт Викол через Flickr.

Какова цель пластичности материалов? Способность преодолевать большие расстояния или привлекательные конструкции, будь то инструменты, украшения, игрушки; или для транспортировки некоторой жидкости, такой как электрический ток.

Последнее приложение представляет собой ключевой пример пластичности материалов, особенно металлов. Тонкие медные провода (верхнее изображение) являются хорошими проводниками электричества и наряду с золотом и платиной используются во многих электронных устройствах для обеспечения их работы.

Некоторые волокна настолько тонкие (всего несколько микрометров), что поэтическая фраза «золотые волосы» приобретает все реальное значение. То же самое с медью и серебром.

Пластичность не была бы возможным свойством, если бы не было молекулярной или атомной перегруппировки, чтобы противодействовать падающей силе растяжения. И если бы его не было, человек никогда бы не узнал, что кабели, антенны, мосты исчезли бы, и мир остался бы в темноте без электрического света (помимо бесчисленных других последствий).

Что такое пластичность?

В отличие от пластичности, пластичность требует более эффективной структурной перестройки.

Зачем? Потому что, когда поверхность, на которой находится натяжение, больше, твердое тело имеет больше средств для скольжения своих молекул или атомов, образуя листы или пластины; тогда как когда напряжение концентрируется в все меньшем и меньшем поперечном сечении, молекулярное скольжение должно быть более эффективным, чтобы противодействовать этой силе.

Не все твердые тела или материалы могут это сделать, и по этой причине они ломаются при испытаниях на растяжение. Получаемые изломы в среднем горизонтальные, а у пластичных материалов - конические или заостренные, что свидетельствует о растяжении.

Пластичные материалы также могут разрушаться после напряжения. Его можно увеличить, если повысить температуру, так как тепло способствует и способствует проскальзыванию молекул (хотя есть несколько исключений). Именно благодаря этим слайдам материал может проявлять пластичность и, следовательно, быть пластичным.

Однако пластичность материала зависит от других переменных, таких как влажность, тепло, примеси и способ приложения силы. Например, свежерасплавленное стекло пластично и принимает нитевидные формы; Но по мере остывания он становится хрупким и может сломаться при любом механическом ударе.

свойства

Пластичные материалы обладают собственными свойствами, напрямую связанными с их молекулярным расположением. В этом смысле жесткий металлический стержень и мокрый глиняный стержень могут быть пластичными, хотя их свойства сильно различаются.

Однако у всех них есть кое-что общее: пластичное поведение перед поломкой. В чем разница между пластиковым и эластичным предметом?

Упругий объект деформируется обратимо, что первоначально происходит с пластичными материалами; но с увеличением силы натяжения деформация становится необратимой, и объект становится пластичным.

С этого момента проволока или резьба приобретают определенную форму. После непрерывного растяжения его поперечное сечение становится настолько маленьким, а растягивающее напряжение слишком высоким, что его молекулярные скольжения больше не могут противодействовать напряжению, и в конечном итоге он ломается.

Если пластичность материала чрезвычайно высока, как в случае золота, с одним граммом можно получить проволоку длиной до 66 км и толщиной 1 мкм.

Чем более вытянутый провод получается из массы, тем меньше его поперечное сечение (если только тонны золота не доступны для изготовления проволоки значительной толщины).

Примеры пластичных металлов

Металлы относятся к пластичным материалам, которые находят бесчисленное множество применений. Триада состоит из металлов: золота, меди и платины. Один золотой, другой розовато-оранжевый и последний серебряный. Помимо этих металлов, есть и другие менее пластичные:

-Железо

-Цинк

-Латунь (и другие металлические сплавы)

-Золото

-Алюминиевые

-Самарий

-Magnesium

-Ванадий

-Сталь (хотя ее пластичность может быть нарушена в зависимости от углеродного состава и других добавок)

-Серебряный

-Банка

-Свинец (но в определенных небольших диапазонах температур)

Без предварительных экспериментальных знаний трудно установить, какие металлы действительно пластичны. Его пластичность зависит от степени чистоты и от того, как добавки взаимодействуют с металлическим стеклом.

Также учитываются другие переменные, такие как размер кристаллических зерен и расположение кристалла. Кроме того, важную роль играет количество электронов и молекулярных орбиталей, участвующих в металлической связи, то есть в «электронном море».

Взаимодействия между всеми этими микроскопическими и электронными переменными делают пластичность концепцией, которая требует тщательного изучения с помощью многомерного анализа; и будет обнаружено отсутствие стандартного правила для всех металлов.

По этой причине два металла, хотя и имеют очень похожие характеристики, могут быть пластичными, а могут и не быть.

Размер зерен и кристаллическая структура металлов

Зерна представляют собой части стекла, в которых отсутствуют заметные неровности (пустоты) в их трехмерном расположении. В идеале они должны быть полностью симметричными и иметь четко выраженную структуру.

Каждое зерно одного и того же металла имеет одинаковую кристаллическую структуру; то есть металл с компактной гексагональной структурой ГПУ имеет зерна с кристаллами с ГПУ-системой. Они расположены таким образом, что перед силой тяги или растяжения скользят друг по другу, как если бы они были плоскостями, сделанными из мрамора.

Обычно, когда плоскости, сделанные из мелких зерен, скользят, они должны преодолевать большую силу трения; в то время как, если они большие, они могут двигаться более свободно. Фактически, некоторые исследователи стремятся изменить пластичность определенных сплавов путем контролируемого роста их кристаллических зерен.

С другой стороны, что касается кристаллической структуры, обычно металлы с кристаллической системой fcc (граненый центрированный куб или кубический центрированный на гранях) являются наиболее пластичными. Между тем, металлы с кристаллической структурой ОЦК (объемно-центрированная кубическая, кубическая с центром на гранях) или ГПУ, как правило, менее пластичны.

Например, и медь, и железо кристаллизуются с расположением ГЦК и более пластичны, чем цинк и кобальт, оба с расположением ГПУ.

Влияние температуры на пластичность металлов

Тепло может уменьшить или увеличить пластичность материалов, исключения также применимы к металлам. Однако, как правило, чем мягче металлы, тем легче их превратить в нити, не ломаясь.

Это происходит из-за того, что повышение температуры заставляет металлические атомы колебаться, что, следовательно, приводит к объединению зерен; то есть несколько мелких зерен объединяются в одно большое зерно.

Чем больше размер зерен, тем выше пластичность, и скольжение молекул сталкивается с меньшими физическими препятствиями.

Эксперимент по объяснению пластичности для детей и подростков

Источник: Дуг Уолдрон через Flickr.

Пластичность становится чрезвычайно сложной концепцией, если вы начнете анализировать ее под микроскопом. Так как же объяснить это детям и подросткам? Таким образом, чтобы это выглядело максимально простым для их посторонних глаз.

Жевательная резинка и пластилин

До сих пор ходили разговоры о расплавленном стекле и металлах, но есть и другие невероятно пластичные материалы: жевательная резинка и пластилин.

Чтобы продемонстрировать пластичность жевательной резинки, достаточно взять две массы и начать их растягивать; один расположен слева, а другой будет перенесен справа. В результате получается подвесная перемычка из жевательной резинки, которая не сможет вернуться к своей первоначальной форме, если ее не размять руками.

Однако наступит момент, когда мост в конце концов сломается (и на полу появится жвачка).

На изображении выше показано, как ребенок, нажимая на контейнер с отверстиями, заставляет пластилин выступать, как если бы это были волосы. Сухая шпатлевка менее пластична, чем масляная; Таким образом, эксперимент может состоять просто в создании двух дождевых червей: одного из сухой глины, а другого, смоченного маслом.

Ребенок заметит, что маслянистого червяка легче лепить и увеличивать длину за счет его толщины; Пока червь высыхает, он может сломаться несколько раз.

Пластилин также представляет собой идеальный материал для объяснения разницы между пластичностью (лодка, ворота) и пластичностью (волосы, черви, змеи, саламандры и т. Д.).

Демонстрация с металлами

Хотя подростки вообще ничем не будут манипулировать, возможность наблюдать образование медных проводов в первом ряду может быть для них привлекательным и интересным опытом. Демонстрация пластичности будет еще более полной, если продолжить работу с другими металлами и, таким образом, можно будет сравнить их пластичность.

Далее все провода необходимо подвергнуть постоянному растяжению до предела прочности. Таким образом, подросток будет визуально удостовериться в том, как пластичность влияет на сопротивление проволоки разрыву.

Ссылки

1. Энциклопедия примеров (2017). Пластичные материалы. Восстановлено с: examples.co
2. Хельменстин, Энн Мари, доктор философии. (22 июня 2018 г.). Дуктильное определение и примеры. Получено с: thinkco.com
3. Chemstorm. (02 марта 2018 г.). Пластичная химия определения. Получено с: chemstorm.com
4. Белл Т. (18 августа 2018 г.). Объяснение пластичности: растягивающее напряжение и металлы. Баланс. Получено с: thebalance.com
5. Д-р Маркс Р. (2016). Пластичность металлов. Кафедра машиностроения Университета Санта-Клары. , Получено с: scu.edu
6. Рид Д. (2018). Пластичность: определение и примеры. Учиться. Получено с: study.com
7. Кларк Дж. (Октябрь 2012 г.). Металлические конструкции. Получено с: chemguide.co.uk
8. Chemicool. (2018). Факты о золоте. Получено с: chemicool.com
9. Материалы сегодня. (2015, 18 ноября). Прочные металлы могут быть пластичными. Elsevier. Получено с: materialstoday.com