ДУКТИЛНОСТ: СВОЈСТВА, ПРИМЕРИ, ЕКСПЕРИМЕНТИ - ХЕМИЈА - 2025

Растегљивост је власничка технологија материјала омогућавајући им да деформише за стреч стрес; то јест, одвајање његова два краја, а да не дође до брзог прелома у неком тренутку у средини издуженог пресека. Како се материјал издужује, његов пресек опада, постаје тањи.

Стога се дуктилни материјали механички израђују у навоје (навоје, каблови, игле итд.). У шиваћим машинама, канте са навојним нитима представљају домаћи пример дуктилних материјала; у супротном текстилна влакна никада нису могла добити карактеристичне облике.

Извор: Емилиан Роберт Вицол преко Флицкр-а.

Која је сврха дуктилности у материјалима? Могућност покривања великих удаљености или атрактивног дизајна, било да се ради о алатима, накиту, играчкама; или за транспорт неке течности, као што је електрична струја.

Последња апликација представља кључни пример дуктилности материјала, посебно метала. Фине бакрене жице (горња слика) су добри проводници електричне енергије, а заједно са златом и платином користе се у многим електронским уређајима да би се осигурао њихов рад.

Нека су влакна толико фина (дебљина свега неколико микрометара) да поетична фраза „златна коса“ поприма све стварно значење. Исто важи и за бакар и сребро.

Дуктилност не би била могућа особина ако не постоји молекуларно или атомско преуређивање које би сузбијало нападну затезну силу. А да није било, човек никада не би знао да ће каблови, антене, мостови нестати, а свет би остао у тами без електричног светла (поред небројених других последица).

Шта је дуктилност?

За разлику од пробирљивости, дуктилност гарантује ефикасније структурно преуређивање.

Зашто? Јер када је површина на којој лежи напетост већа, чврста супстанца има више средстава за клизање својих молекула или атома, формирање листова или плоча; док када је стрес концентрисан у мањем и мањем пресеку, молекуларно клизање мора бити ефикасније да би се супротставило тој сили.

Не могу то учинити све чврсте твари или материјали и због тога се покидају када се подвргну тестовима затезању. Добијени пробоји су у просеку водоравни, док су дуктилни материјали конусни или шиљасти, знак истезања.

Дуктилни материјали такође могу пробити тачку стреса. Ово се може повећати ако се температура повећа, јер топлота подстиче и олакшава клизање молекула (иако постоји неколико изузетака). Тада захваљујући овим клизачима материјал може да показује дуктилност и самим тим је дуктил.

Међутим, дуктилност материјала обухвата и друге променљиве, као што су влага, топлота, нечистоће и како се примењује сила. На пример, ново истопљено стакло је дуктилно и усваја облике навоја; Али како се хлади, постаје крхка и може се распасти уз било какав механички удар.

Својства

Дуктилни материјали имају своја својства која су директно повезана са њиховим молекуларним аранжманима. У том смислу, чврста метална шипка и шипка од влажне глине могу бити дуктилне, иако се њихова својства веома разликују.

Међутим, сви имају нешто заједничко: пластично понашање пре пуцања. Која је разлика између пластичног и еластичног предмета?

Еластични предмет је реверзибилно деформиран, што се у почетку јавља код дуктилних материјала; али повећавајући затезну силу, деформација постаје неповратна и предмет постаје пластичан.

Од овог тренутка жица или конац попримају дефинисан облик. Након непрекидног истезања, његов пресек постаје толико мали, а затезни напон превисок, да се његови молекуларни клизачи више не могу супротставити стресу и он се завршава разбијањем.

Ако је дуктилност материјала изузетно велика, као што је случај са златом, са једним грамом могуће је добити жице дужине до 66 км, дебљине 1 µм.

Што је жица дуже издужена из масе, мањи је њен пресек (осим ако нису доступне тоне злата за изградњу жице значајне дебљине).

Примери дуктилних метала

Метали су међу дуктилним материјалима са безброј примена. Тријаду чине метали: злато, бакар и платина. Једно је злато, друго ружичасто наранџасто, а последње сребрно. Поред ових метала, постоје и други мањег дуктилитета:

-Ирон

-Цинк

-Терам (и остале легуре метала)

-Злата

-Алуминијум

-Самаријум

-Магнезијум

-Ванадиум

-Стал (иако његова дуктилност може утицати на зависност од састава угљеника и других адитива)

-Силвер

-Калај

-Сад (али унутар одређених малих температурних опсега)

Тешко је утврдити, без претходног експерименталног знања, који су метали заиста дуктилни. Њена дуктилност зависи од степена чистоће и начина на који адитиви утичу на метално стакло.

Такође, друге варијабле попут величине кристалних зрнаца и распореда кристала долазе у обзир. Уз то, важну улогу игра и број електрона и молекуларних орбитала, укључених у металну везу, односно у „електронском мору“.

Интеракције између свих ових микроскопских и електронских променљивих чине дуктилност концептом који се мора темељно решавати мултиваријантном анализом; и биће пронађено одсуство стандардног правила за све метале.

Из тог разлога два метала, иако са врло сличним карактеристикама, могу бити или не морају бити дуктилна.

Величина зрна и кристалне структуре метала

Зрна су делови стакла којима недостају уочљиве неправилности (празнине) у њиховим тродимензионалним распоредима. У идеалном случају треба да буду у потпуности симетричне, са врло добро дефинисаном структуром.

Свако зрно за исти метал има исту кристалну структуру; то јест, метал са компактном шестерокутном структуром, хцп, има зрно кристала са системом хцп. Они су распоређени на такав начин да пре силе вуче или истезања клизну једни преко других, као да су авиони направљени од мермера.

Генерално, када авиони направљени од ситних зрнаца клизе, они морају савладати већу силу трења; док су велике, могу се слободно кретати. У ствари, неки истраживачи желе модификовати дуктилност одређених легура контролисаним растом њихових кристалних зрнаца.

Са друге стране, што се тиче кристалне структуре, најчешће су метали са кристалним системом фцц (лицем центрираним кубиком или кубиком центрираним на лицима). У међувремену, метали са кристалном структуром бцц (тело концентрирано кубично, кубично центрирано на лицима) или хцп, имају тенденцију да се мање испадну.

На пример, и бакар и гвожђе кристализирају се са фцц аранжманом, и више су дуктилни од цинка и кобалта, оба са алокантима.

Утицај температуре на дуктилност метала

Топлина може умањити или повећати дуктилност материјала, а изузеци се примењују и на метале. Међутим, по правилу, што су мекши метали, то их је лакше претворити у нити без пуцања.

То је због чињенице да пораст температуре металне атоме вибрира, што последично узрокује да се зрна уједине; то јест, неколико ситних зрна сакупља се и формира једно велико зрно.

С већим зрнима, дуктилност се повећава, а молекуларно клизање суочава се с мањим физичким препрекама.

Експериментирајте да објасните дуктилност за децу и адолесценте

Извор: Доуг Валдрон преко Флицкр-а.

Дуктилност постаје изузетно сложен појам ако га почнете микроскопски анализирати. Па како то објаснити деци и адолесцентима? На такав начин да се њиховим знатижељним очима чини што једноставнијим.

Жвакаће жваке и играјте тесто

До сада се причало о растаљеном стаклу и металима, али постоје и други невероватно дуктилни материјали: жвакаћа гума и глина за моделирање.

Да бисте показали дуктилност жвакаће гуме, довољно је да зграбите две масе и почнете да их истежете; један се налази лево, а други ће се превести десно. Резултат ће бити мост са суспензијом од гуме, који се не може вратити у првобитни облик ако се не меша рукама.

Међутим, доћи ће тачка у којој ће се мост на крају сломити (а под ће бити обојен гумом).

Слика изнад показује како дете притиском на посуду са рупама чини да пластелин излази као да је коса. Суви кит је мање гипкост него масни; Стога би се експеримент могао једноставно састојати од стварања две земљане глисте: једна са сувом глином, а друга натопљена у уљу.

Дете ће приметити да се масни глиста лакше обликује и добија дужину на рачун његове дебљине; Док се црв суши, вероватно ће се неколико пута распасти.

Пластицин такође представља идеалан материјал за објашњење разлике између пропадљивости (чамац, капија) и дуктилности (коса, црви, змије, саламандери итд.).

Демонстрација са металима

Иако адолесценти неће ничим манипулирати, могућност да буду свједоци формирања бакарних жица у првом реду може бити привлачно и занимљиво искуство за њих. Доказ дуктилности био би још потпунији ако се настави са другим металима и на тај начин би се могла упоредити њихова дуктилност.

Затим се све жице морају подвргнути сталном истезању до точке лома. Овим ће адолесцент визуелно потврдити како дуктилност утиче на отпорност жице да се поквари.

Референце

1. Енциклопедија примера (2017). Дуктилни материјали. Опоравак од: екампле.цо
2. Хелменстине, др Анне Марие (22. јуна 2018.). Дуктилна дефиниција и примери. Опоравак од: тхинкцо.цом
3. Цхемсторм. (02. марта 2018.). Хемија дуктилне дефиниције. Опоравак од: цхемсторм.цом
4. Белл Т. (18. августа 2018.). Објашњена дуктилност: Затезни напон и метали. Равнотежа. Опоравак од: тхебаланце.цом
5. Др Маркс Р. (2016). Дуктилност метала. Департман за машинство, Универзитет Санта Клара. . Опоравак од: сцу.еду
6. Реид Д. (2018). Дуктилност: Дефиниција и примери. Студи. Опоравак од: студи.цом
7. Цларк Ј. (октобар 2012). Металне конструкције. Опоравак од: цхемгуиде.цо.ук
8. Цхемицоол. (2018). Чињенице о злату. Опоравак од: цхемицоол.цом
9. Материјали данас. (2015., 18. новембра). Јаки метали и даље могу бити дуктилни. Елсевиер. Опоравак од: материалстодаи.цом