DUCTILITATE: PROPRIETĂȚI, EXEMPLE, EXPERIMENTE - CHIMIE - 2025

Ductilitatea este o tehnologie proprie de materiale care să le permită să deformeze un stres întindere; adică separarea celor două capete ale acesteia fără a exista o fractură promptă la un moment dat în mijlocul secțiunii alungite. Pe măsură ce materialul se alungește, secțiunea sa transversală scade, devenind mai subțire.

Prin urmare, materialele ductile sunt prelucrate mecanic în forme asemănătoare firului (fire, cabluri, ace etc.). La mașinile de cusut, bobinele cu fire de rană reprezintă un exemplu de casă din materiale ductile; altfel fibrele textile nu și-ar fi putut dobândi niciodată formele caracteristice.

Sursa: Emilian Robert Vicol via Flickr.

Care este scopul ductilității în materiale? Cea de a putea acoperi distanțe lungi sau modele atractive, fie pentru fabricarea de instrumente, bijuterii, jucării; sau pentru transportul unor lichide, cum ar fi curentul electric.

Ultima aplicație reprezintă un exemplu cheie al ductilității materialelor, în special a metalelor. Firurile fine de cupru (imaginea de sus) sunt bune conductoare de electricitate, iar împreună cu aurul și platina, sunt utilizate în multe dispozitive electronice pentru a asigura funcționarea lor.

Unele fibre sunt atât de fine (doar câteva micrometri grosime) încât sintagma poetică „păr auriu” are toate semnificațiile reale. Același lucru este valabil și pentru cupru și argint.

Ductilitatea nu ar fi o proprietate posibilă dacă nu ar exista o rearanjare moleculară sau atomică care să contracareze forța de tracțiune incidentă. Și dacă nu ar exista, omul nu ar fi cunoscut niciodată cablurile, antenele, podurile, ar dispărea și lumea ar rămâne în întuneric fără lumină electrică (pe lângă nenumăratele alte consecințe).

Ce este ductilitatea?

Spre deosebire de maleabilitate, ductilitatea garantează o rearanjare structurală mai eficientă.

De ce? Deoarece atunci când suprafața în care se află tensiunea este mai mare, solidul are mai multe mijloace de alunecare a moleculelor sau atomilor săi, formând foi sau plăci; în timp ce tensiunea este concentrată într-o secțiune mai mică și mai mică, alunecarea moleculară trebuie să fie mai eficientă pentru a contracara această forță.

Nu toate materialele solide sau materialele o pot face și din acest motiv se rup atunci când sunt supuse testelor de tracțiune. Pauzele obținute sunt în medie orizontale, în timp ce cele din materiale ductile sunt conice sau orientate, semn de întindere.

Materialele ductile pot, de asemenea, să treacă peste un punct de stres. Acest lucru poate fi crescut dacă temperatura este crescută, deoarece căldura promovează și facilitează alunecarea moleculară (deși există mai multe excepții). Atunci datorită acestor diapozitive, un material poate prezenta ductilitate și, prin urmare, este ductil.

Cu toate acestea, ductilitatea unui material cuprinde alte variabile, cum ar fi umiditatea, căldura, impuritățile și modul în care se aplică forța. De exemplu, sticla nou topită este ductilă, adoptând forme asemănătoare firului; Dar, pe măsură ce se răcește, devine fragil și se poate rupe cu orice impact mecanic.

Proprietăți

Materialele ductile au propriile proprietăți legate direct de aranjamentele lor moleculare. În acest sens, o tijă metalică rigidă și o tijă de lut umedă pot fi ductile, chiar dacă proprietățile lor diferă foarte mult.

Cu toate acestea, toate au ceva în comun: un comportament plastic înainte de rupere. Care este diferența dintre un obiect plastic și unul elastic?

Obiectul elastic este deformat reversibil, care apare inițial cu materiale ductile; dar crescând forța de tracțiune, deformarea devine ireversibilă și obiectul devine plastic.

Din acest moment, sârma sau firul capătă o formă definită. După întindere continuă, secțiunea sa transversală devine atât de mică, iar tensiunea la tracțiune este prea mare, încât diapozitivele sale moleculare nu mai pot contracara stresul și sfârșesc prin rupere.

Dacă ductilitatea materialului este extrem de mare, ca în cazul aurului, cu un gram este posibil să se obțină fire cu lungimi de până la 66 km, cu 1 µm grosime.

Cu cât sârma obținută dintr-o masă este mai lungă, cu atât este mai mică secțiunea sa transversală (cu excepția cazului în care sunt disponibile tone de aur pentru a construi un fir cu o grosime considerabilă).

Exemple de metale ductile

Metalele sunt printre materialele ductile cu nenumărate aplicații. Triada este formată din metale: aur, cupru și platină. Unul este auriu, celălalt portocaliu roz, iar ultimul argintiu. În plus față de aceste metale, există și altele cu o ductilitate mai mică:

-Fier

-Zinc

-Aramă (și alte aliaje metalice)

-Aur

-Aluminiu

-Samarium

-Magneziu

-Vanadium

-Steel (deși ductilitatea sa poate fi afectată în funcție de compoziția sa de carbon și de alți aditivi)

-Argint

-Staniu

-Lead (dar în anumite intervale mici de temperatură)

Este dificil de constatat, fără cunoștințe experimentale prealabile, care sunt metalele cu adevărat ductile. Ductilitatea sa depinde de gradul de puritate și de modul în care aditivii interacționează cu sticla metalică.

De asemenea, sunt luate în considerare alte variabile, cum ar fi mărimea boabelor de cristal și dispunerea cristalului. În plus, numărul de electroni și orbitali moleculari implicați în legătura metalică, adică în „marea electronilor” joacă un rol important.

Interacțiunile dintre toate aceste variabile microscopice și electronice fac din ductilitate un concept care trebuie abordat în detaliu cu o analiză multivariată; și absența unei reguli standard pentru toate metalele va fi găsită.

Din acest motiv, două metale, deși cu caracteristici foarte similare, pot fi sau nu ductile.

Dimensiunile granulelor și structurile cristalelor ale metalelor

Cerealele sunt porțiuni de sticlă care nu au nereguli vizibile (golurile) în aranjamentele lor tridimensionale. În mod ideal, acestea ar trebui să fie complet simetrice, cu structura lor foarte bine definită.

Fiecare bob pentru același metal are aceeași structură cristalină; adică un metal cu structură hexagonală compactă, hcp, are cereale cu cristale cu sistemul hcp. Acestea sunt dispuse astfel încât înaintea forței de tracțiune sau întindere alunecă unele peste altele, ca și cum ar fi avioane formate din marmură.

În general, când planurile din granule mici alunecă, acestea trebuie să depășească o forță de frecare mai mare; în timp ce, dacă sunt mari, se pot deplasa mai liber. De fapt, unii cercetători încearcă să modifice ductilitatea anumitor aliaje prin creșterea controlată a boabelor lor cristaline.

Pe de altă parte, în ceea ce privește structura cristalină, de obicei, metalele cu un sistem cristalin fcc (centrate față centrate sau centrate pe fețe) sunt cele mai ductile. Între timp, metalele cu structuri cristaline bcc (corpul centrat cubic, cubic centrat pe fețe) sau hcp, tind să fie mai puțin ductile.

De exemplu, atât cupru cât și fierul se cristalizează cu un aranjament fcc și sunt mai ductile decât zincul și cobaltul, ambele cu aranjamente de hcp.

Efectul temperaturii asupra ductilității metalelor

Căldura poate scădea sau crește ductilitatea materialelor, iar excepțiile se aplică și metalelor. Cu toate acestea, de regulă generală, cu atât metalele mai moi sunt, cu atât este mai ușor să le transformăm în fire fără a se rupe.

Acest lucru se datorează faptului că creșterea temperaturii face ca atomii metalici să vibreze, ceea ce determină unificarea boabelor; adică mai multe boabe mici se reunesc pentru a forma un bob mare.

Cu boabele mai mari, ductilitatea crește, iar alunecarea moleculară se confruntă cu mai puține impedimente fizice.

Experiment pentru a explica ductilitatea copiilor și adolescenților

Sursa: Doug Waldron prin Flickr.

Ductilitatea devine un concept extrem de complex dacă începeți să îl analizați microscopic. Deci, cum să-i explici copiilor și adolescenților? În așa fel încât să pară cât se poate de simplu pentru ochii lor indolitori.

Guma de mestecat și aluat

Până acum s-a vorbit despre sticlă topită și metale, dar există și alte materiale incredibil de ductile: guma de mestecat și modelarea argilei.

Pentru a demonstra ductilitatea gumei de mestecat, este suficient să apucați două mase și să începeți să le întindeți; unul situat la stânga, iar celălalt va fi transportat la dreapta. Rezultatul va fi o punte cu gumă suspendată, care nu va putea reveni la forma sa originală decât dacă este frământată cu mâinile.

Cu toate acestea, va veni un punct în care podul se va rupe în cele din urmă (iar podeaua va fi pătată cu gumă).

Imaginea de mai sus arată cum un copil apăsând un recipient cu găuri face ca plastilina să apară ca și cum ar fi păr. Chit uscat este mai puțin ductil decât chit uleios; Prin urmare, un experiment ar putea consta pur și simplu în crearea a doi viermi de pământ: unul cu lut uscat, iar celălalt umezit în ulei.

Copilul va observa că viermele uleios este mai ușor de modelat și de câștigat lungime în detrimentul grosimii sale; În timp ce viermul se usucă, este probabil să se despartă de mai multe ori.

De asemenea, plastilina reprezintă un material ideal pentru a explica diferența dintre maleabilitate (o barcă, o poartă) și ductilitate (păr, viermi, șerpi, salamandre etc.).

Demonstrație cu metale

Deși adolescenții nu vor manipula nimic deloc, a fi capabili să asiste la formarea firelor de cupru din primul rând poate fi o experiență atractivă și interesantă pentru ei. Demonstrarea ductilității ar fi și mai completă dacă s-ar proceda cu alte metale, și astfel s-ar putea compara ductilitatea lor.

În continuare, toate firele trebuie să fie supuse unei întinderi constante până la punctul lor de rupere. Prin aceasta, adolescentul va certifica vizual modul în care ductilitatea influențează rezistența firului la rupere.

Referințe

1. Enciclopedia exemplelor (2017). Materiale ductile. Recuperat din: exemple.co
2. Helmenstine, Anne Marie, doctorat. (22 iunie 2018). Definiția și exemple ductile. Recuperat de la: thinkco.com
3. Chemstorm. (02 martie 2018). Chimie cu definiție ductilă. Recuperat de la: chemstorm.com
4. Bell T. (18 august 2018). Ductilitate explicată: Stresul și metalele la tracțiune. Balanta. Recuperat de la: thebalance.com
5. Dr. Marks R. (2016). Ductilitate în metale. Departamentul de Inginerie Mecanică, Universitatea Santa Clara. . Recuperat din: scu.edu
6. Reid D. (2018). Ductilitate: definiție și exemple. Studiu. Recuperat din: studiu.com
7. Clark J. (octombrie 2012). Structuri metalice. Recuperat din: chemguide.co.uk
8. Chemicool. (2018). Fapte despre aur. Recuperat de la: chemicool.com
9. Materiale astăzi. (2015, 18 noiembrie). Metalele puternice pot fi încă ductile. Elsevier. Recuperat de la: materialstoday.com