ĐỘ DẺO: THUỘC TÍNH, VÍ DỤ, THÍ NGHIỆM - HÓA HỌC - 2025

Tính dẻo là một công nghệ độc quyền của vật liệu cho phép chúng biến dạng ứng suất kéo căng; có nghĩa là, sự tách rời hai đầu của nó mà không có sự đứt gãy ngay lập tức tại một số điểm ở giữa phần kéo dài. Khi vật liệu dài ra, tiết diện của nó giảm, trở nên mỏng hơn.

Do đó, vật liệu dẻo được gia công cơ học thành các hình dạng sợi (chỉ, dây cáp, kim, v.v.). Trong máy khâu, suốt chỉ có chỉ quấn là một ví dụ tự chế của vật liệu dễ uốn; nếu không, các sợi dệt không bao giờ có thể có được hình dạng đặc trưng của chúng.

Nguồn: Emilian Robert Vicol qua Flickr.

Mục đích của độ dẻo trong vật liệu là gì? Đó là có thể bao phủ khoảng cách xa hoặc thiết kế hấp dẫn, cho dù để làm công cụ, đồ trang sức, đồ chơi; hoặc để vận chuyển một số chất lỏng, chẳng hạn như dòng điện.

Ứng dụng cuối cùng đại diện cho một ví dụ chính về độ dẻo của vật liệu, đặc biệt là của kim loại. Dây đồng mịn (hình trên) là chất dẫn điện tốt, cùng với vàng và bạch kim, chúng được sử dụng trong nhiều thiết bị điện tử để đảm bảo hoạt động của chúng.

Một số sợi rất mịn (chỉ dày vài micromet) đến nỗi cụm từ thơ "mái tóc vàng" có tất cả ý nghĩa thực sự. Đối với đồng và bạc cũng vậy.

Độ dẻo sẽ không thể là một đặc tính khả thi nếu không có sự sắp xếp lại phân tử hoặc nguyên tử để chống lại lực kéo tới. Và nếu nó không tồn tại, con người sẽ không bao giờ biết đến dây cáp, ăng-ten, cây cầu sẽ biến mất, và thế giới sẽ chìm trong bóng tối nếu không có ánh sáng điện (ngoài ra còn vô số hệ quả khác).

Độ dẻo là gì?

Không giống như tính dễ uốn, độ dẻo đảm bảo sắp xếp lại cấu trúc hiệu quả hơn.

Tại sao? Bởi vì khi bề mặt mà lực căng nằm lớn hơn, chất rắn có nhiều phương tiện hơn để trượt các phân tử hoặc nguyên tử của nó, tạo thành các tấm hoặc tấm; ngược lại khi ứng suất tập trung ở tiết diện ngày càng nhỏ thì sự trượt phân tử phải hiệu quả hơn để chống lại lực này.

Không phải chất rắn hoặc vật liệu nào cũng có thể làm được, và vì lý do đó mà chúng bị gãy khi chịu các thử nghiệm kéo. Các vết đứt thu được ở mức trung bình theo chiều ngang, trong khi các vết đứt của vật liệu dẻo có hình nón hoặc nhọn, một dấu hiệu của sự kéo dài.

Vật liệu dễ uốn cũng có thể vượt qua một điểm ứng suất. Điều này có thể tăng lên nếu tăng nhiệt độ, vì nhiệt thúc đẩy và tạo điều kiện cho sự trượt phân tử (mặc dù có một số ngoại lệ). Sau đó, nhờ những slide này mà vật liệu có thể thể hiện tính dẻo và do đó có thể uốn được.

Tuy nhiên, độ dẻo của vật liệu bao gồm các biến khác, chẳng hạn như độ ẩm, nhiệt, tạp chất và cách tác dụng lực. Ví dụ, thủy tinh mới nóng chảy có tính dẻo, có hình dạng giống như sợi chỉ; Nhưng khi nguội đi, nó trở nên giòn và có thể bị vỡ do bất kỳ tác động cơ học nào.

Tính chất

Vật liệu dễ uốn có những đặc tính riêng liên quan trực tiếp đến sự sắp xếp phân tử của chúng. Theo nghĩa này, một thanh kim loại cứng và một thanh đất sét ướt có thể dễ uốn, mặc dù tính chất của chúng khác nhau rất nhiều.

Tuy nhiên, tất cả đều có điểm chung: một hành vi dẻo trước khi vỡ. Sự khác nhau giữa vật dẻo và vật đàn hồi là gì?

Vật đàn hồi bị biến dạng thuận nghịch, ban đầu xảy ra với vật liệu dễ uốn; nhưng tăng lực kéo thì biến dạng trở nên không thể đảo ngược và vật trở thành dẻo.

Từ thời điểm này, dây hoặc chỉ có hình dạng xác định. Sau khi kéo căng liên tục, tiết diện của nó trở nên quá nhỏ, và ứng suất kéo quá cao, đến mức các thanh trượt phân tử của nó không còn có thể chống lại ứng suất và cuối cùng nó bị gãy.

Nếu độ dẻo của vật liệu cực kỳ cao, như trong trường hợp vàng, với một gam có thể thu được dây dài tới 66 km, dày 1 µm.

Dây thu được từ khối lượng càng dài thì tiết diện của nó càng nhỏ (trừ khi có hàng tấn vàng để chế tạo dây có độ dày đáng kể).

Ví dụ về kim loại dẻo

Kim loại là một trong những vật liệu dễ uốn với vô số ứng dụng. Bộ ba được tạo thành từ các kim loại: vàng, đồng và bạch kim. Một màu vàng, một màu hồng cam và cuối cùng là bạc. Ngoài những kim loại này, còn có những kim loại khác kém dẻo hơn:

-Bàn là

-Zinc

-Kim loại (và các hợp kim kim loại khác)

-Vàng

-Nhôm

-Samarium

- Ma-giê

-Vanadium

-Steel (mặc dù độ dẻo của nó có thể bị ảnh hưởng tùy thuộc vào thành phần carbon và các chất phụ gia khác)

-Bạc

-Tin

-Đầu (nhưng trong phạm vi nhiệt độ nhỏ nhất định)

Rất khó để xác định, nếu không có kiến ​​thức thực nghiệm trước, kim loại nào thực sự dễ uốn. Độ dẻo của nó phụ thuộc vào mức độ tinh khiết và cách các chất phụ gia tương tác với thủy tinh kim loại.

Ngoài ra, các biến số khác như kích thước của các hạt tinh thể và sự sắp xếp của tinh thể cũng được xem xét. Ngoài ra, số lượng electron và obitan phân tử tham gia vào liên kết kim loại, tức là trong “biển electron” cũng đóng một vai trò quan trọng.

Sự tương tác giữa tất cả các biến vi mô và điện tử này làm cho độ dẻo trở thành một khái niệm cần phải được giải quyết thấu đáo bằng một phép phân tích đa biến; và sự vắng mặt của một quy tắc tiêu chuẩn cho tất cả các kim loại sẽ được tìm thấy.

Chính vì lý do này mà hai kim loại mặc dù có những đặc điểm rất giống nhau nhưng có thể dẻo hoặc không.

Kích thước hạt và cấu trúc tinh thể của kim loại

Các hạt là những phần thủy tinh không có sự bất thường đáng chú ý (khoảng trống) trong sự sắp xếp ba chiều của chúng. Lý tưởng nhất là chúng phải hoàn toàn đối xứng, với cấu trúc được xác định rất rõ ràng.

Mỗi loại hạt cho cùng một kim loại có cấu trúc tinh thể giống nhau; nghĩa là, một kim loại có cấu trúc lục giác đặc, hcp, có các hạt với tinh thể với hệ thống hcp. Chúng được sắp xếp theo cách mà trước khi có lực kéo hoặc lực kéo giãn, chúng trượt qua nhau, như thể chúng là mặt phẳng được tạo thành từ các viên bi.

Nói chung, khi mặt phẳng làm bằng các hạt nhỏ trượt, chúng phải chịu một lực ma sát lớn hơn; trong khi nếu chúng lớn, chúng có thể di chuyển tự do hơn. Trên thực tế, một số nhà nghiên cứu tìm cách thay đổi độ dẻo của một số hợp kim thông qua sự phát triển có kiểm soát của các hạt tinh thể của chúng.

Mặt khác, về cấu trúc tinh thể, thông thường các kim loại có hệ tinh thể fcc (lập phương tâm diện, hoặc lập phương tâm ở các mặt) là dễ uốn nhất. Trong khi đó, các kim loại có cấu trúc tinh thể bcc (lập phương tâm khối, lập phương tâm trên các mặt) hoặc hcp, có xu hướng kém dẻo hơn.

Ví dụ, cả đồng và sắt đều kết tinh theo cách sắp xếp fcc, và dễ uốn hơn kẽm và coban, cả hai đều có sắp xếp hcp.

Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ dẻo của kim loại

Nhiệt có thể làm giảm hoặc tăng độ dẻo của vật liệu, và các ngoại lệ cũng áp dụng cho kim loại. Tuy nhiên, theo nguyên tắc chung, kim loại càng mềm thì càng dễ biến chúng thành sợi mà không bị đứt.

Điều này là do sự gia tăng nhiệt độ làm cho các nguyên tử kim loại dao động, do đó làm cho các hạt đồng nhất; nghĩa là một số hạt nhỏ kết hợp với nhau để tạo thành một hạt lớn.

Với các hạt lớn hơn, độ dẻo tăng lên, và sự trượt phân tử gặp ít trở ngại vật lý hơn.

Thử nghiệm để giải thích độ dẻo cho trẻ em và thanh thiếu niên

Nguồn: Doug Waldron qua Flickr.

Độ dẻo trở thành một khái niệm cực kỳ phức tạp nếu bạn bắt đầu phân tích nó bằng kính hiển vi. Vì vậy, làm thế nào để bạn giải thích nó cho trẻ em và thanh thiếu niên? Theo cách mà nó xuất hiện càng đơn giản càng tốt trước những cặp mắt tò mò của họ.

Nhai kẹo cao su và chơi bột

Cho đến nay người ta vẫn nói đến thủy tinh và kim loại nóng chảy, nhưng có những vật liệu cực kỳ dẻo khác: kẹo cao su và đất sét mô hình.

Để chứng minh độ dẻo của kẹo cao su, chỉ cần lấy hai khối lượng là đủ và bắt đầu kéo căng chúng; một cái nằm ở bên trái, và cái kia sẽ được đưa sang bên phải. Kết quả là cầu kẹo cao su bị treo sẽ không thể trở lại hình dạng ban đầu trừ khi dùng tay nhào nặn.

Tuy nhiên, sẽ có lúc cây cầu cuối cùng sẽ bị gãy (và sàn nhà sẽ bị ố vàng).

Hình ảnh trên cho thấy một đứa trẻ bằng cách ấn vào một thùng chứa có lỗ khiến nhựa dẻo nổi lên như thể sợi tóc. Bột trét khô ít dẻo hơn bột trét dầu; Do đó, một thí nghiệm có thể chỉ đơn giản là tạo ra hai con giun đất: một con bằng đất sét khô và con còn lại làm ẩm trong dầu.

Đứa trẻ sẽ nhận thấy rằng sâu dầu dễ nặn hơn và dài ra với chi phí là độ dày của nó; Trong khi sâu khô đi, nó có khả năng bị phá vỡ nhiều lần.

Plasticine cũng đại diện cho một vật liệu lý tưởng để giải thích sự khác biệt giữa tính dễ uốn (thuyền, cổng) và độ dẻo (tóc, sâu, rắn, kỳ nhông, v.v.).

Trình diễn với kim loại

Mặc dù trẻ vị thành niên sẽ không thao tác gì cả, nhưng được chứng kiến ​​sự hình thành của những sợi dây đồng ở hàng đầu tiên có thể là một trải nghiệm hấp dẫn và thú vị đối với chúng. Việc chứng minh độ dẻo sẽ thậm chí còn đầy đủ hơn nếu người ta tiến hành với các kim loại khác, và do đó có thể so sánh độ dẻo của chúng.

Tiếp theo, tất cả các dây phải được kéo căng liên tục đến điểm đứt của chúng. Với điều này, thanh thiếu niên sẽ chứng nhận trực quan mức độ ảnh hưởng của độ dẻo đến điện trở đứt của dây.

Người giới thiệu

1. Encyclopedia of Examples (2017). Vật liệu dễ uốn. Phục hồi từ: example.co
2. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (Ngày 22 tháng 6 năm 2018). Định nghĩa và ví dụ dễ uốn. Phục hồi từ: thinkco.com
3. Bão hóa học. (Ngày 02 tháng 3 năm 2018). Hóa học Định nghĩa dẻo. Phục hồi từ: chemstorm.com
4. Chuông T. (18/08/2018). Giải thích độ dẻo: Ứng suất kéo và kim loại. Sự cân bằng. Được khôi phục từ: thebalance.com
5. Tiến sĩ Marks R. (2016). Độ dẻo trong kim loại. Khoa Cơ khí, Đại học Santa Clara. . Phục hồi từ: scu.edu
6. Reid D. (2018). Độ dẻo: Định nghĩa & Ví dụ. Học. Phục hồi từ: study.com
7. Clark J. (tháng 10 năm 2012). Các cấu trúc kim loại. Được khôi phục từ: chemguide.co.uk
8. Hóa chất. (2018). Sự thật về vàng. Phục hồi từ: chemicool.com
9. Vật liệu Ngày nay. (2015, ngày 18 tháng 11). Kim loại mạnh vẫn có thể dễ uốn. Elsevier. Phục hồi từ: materialstoday.com