DUKTILNOST: SVOJSTVA, PRIMJERI, EKSPERIMENTI - KEMIJA - 2026

Istegljivost je tehnologija materijala što omogućuje da ih deformira protežu stres; to jest odvajanje njegova dva kraja, a da ne dođe do brzog prijeloma u nekom trenutku u sredini izduženog presjeka. Kako se materijal produžuje, njegov presjek opada, postaje tanji.

Stoga se duktilni materijali mehanički izrađuju u navoje (navoje, kablovi, igle itd.). U šivaćim strojevima bobins sa namotanim nitima domaći su primjer duktilnih materijala; inače tekstilna vlakna nikada nisu mogla dobiti svojstvene oblike.

Izvor: Emilian Robert Vicol putem Flickr-a.

Koja je svrha duktilnosti u materijalima? Sposobnost pokrivanja velikih udaljenosti ili atraktivnog dizajna, bilo da se radi o alatima, nakitu, igračkama; ili za transport neke tekućine, poput električne struje.

Posljednja aplikacija predstavlja ključni primjer duktilnosti materijala, posebno metala. Fine bakrene žice (gornja slika) su dobri provodnici električne energije, a zajedno sa zlatom i platinom koriste se u mnogim elektroničkim uređajima kako bi se osigurao njihov rad.

Neka su vlakna toliko fina (samo nekoliko mikrometara debljina) da poetična fraza „zlatna kosa“ poprima sve stvarno značenje. Isto vrijedi i za bakar i srebro.

Duktilnost ne bi bila moguća osobina da nije bilo molekularnog ili atomskog preuređenja koje bi suzbijalo napadnu vlačnu silu. A da nije bilo, čovjek nikad ne bi znao kablove, antene, mostove bi nestao, a svijet bi ostao u mraku bez električnog svjetla (pored nebrojenih drugih posljedica).

Što je duktilnost?

Za razliku od propadljivosti, duktilnost zahtijeva učinkovitije strukturno preuređivanje.

Zašto? Jer kad je površina na kojoj leži napetost veća, krutina ima više sredstava za klizanje svojih molekula ili atoma, tvoreći listove ili ploče; dok kada je stres koncentriran u manjem i manjem presjeku, molekularno klizanje mora biti učinkovitije za suzbijanje ove sile.

Ne mogu to učiniti sve čvrste tvari ili materijali i zbog toga se pokidaju kada su podvrgnuti ispitivanjima zatezanja. Dobiveni prijelomi prosječno su vodoravni, dok su duktilni materijali stožastog ili šiljatog oblika, znak istezanja.

Duktilni materijali također se mogu probiti izvan stresne točke. To se može povećati ako se temperatura poveća, jer toplina potiče i olakšava klizanje molekula (iako postoji nekoliko izuzetaka). Upravo zahvaljujući tim klizačima materijal može pokazati duktilnost i samim tim biti duktil.

Međutim, duktilnost materijala obuhvaća druge varijable, poput vlage, topline, nečistoće i kako se primjenjuje sila. Na primjer, novo rastaljeno staklo je duktilno i prihvaća oblike poput navoja; No kako se hladi, postaje krhka i može se slomiti s bilo kojim mehaničkim utjecajem.

Svojstva

Duktilni materijali imaju svoja svojstva koja su izravno povezana s njihovim molekularnim aranžmanima. U tom smislu kruta metalna šipka i šipka od mokre gline mogu biti duktilne iako se njihova svojstva jako razlikuju.

Međutim, svi imaju nešto zajedničko: plastično ponašanje prije pucanja. Koja je razlika između plastičnog i elastičnog predmeta?

Elastični se objekt reverzibilno deformira, što se u početku događa s duktilnim materijalima; ali povećavajući vlačnu silu, deformacija postaje nepovratna, a objekt postaje plastičan.

Od ovog trenutka žica ili konac poprimaju definirani oblik. Nakon kontinuiranog istezanja, njegov presjek postaje toliko malen, a vlačni napon previsok, da se njegovi molekularni klizači više ne mogu suprotstaviti stresu i on završava razbijanjem.

Ako je duktilnost materijala izrazito velika, kao u slučaju zlata, jednim gramom je moguće dobiti žice duljine do 66 km, debljine 1 µm.

Što je žica iz mase izduženija, to je manji njezin presjek (osim ako su na raspolaganju tone zlata za izgradnju žice znatne debljine).

Primjeri duktilnih metala

Metali su među duktilnim materijalima s bezbroj primjena. Trijada se sastoji od metala: zlata, bakra i platine. Jedno je zlato, drugo ružičasto narančasto, a zadnje srebrno. Pored ovih metala, postoje i drugi manjeg duktiliteta:

-Željezo

-Cinkov

-Mrada (i ostale metalne legure)

-Zlato

-Aluminum

-Samarium

-Magnezij

-Vanadium

- čelik (iako njegova duktilnost može utjecati ovisno o sastavu ugljika i drugim dodacima)

-Srebro

-Kositar

-Lead (ali unutar određenih malih temperaturnih raspona)

Teško je utvrditi, bez prethodnog eksperimentalnog znanja, koji su metali doista duktilni. Njena duktilnost ovisi o stupnju čistoće i načinu na koji aditivi stupaju u interakciju s metalnim staklom.

Također se u obzir uzimaju i druge varijable poput veličine kristalnih zrnaca i rasporeda kristala. Nadalje, broj elektrona i molekularnih orbitala koji su uključeni u metalnu vezu, to jest u „elektronskom moru“, također igra važnu ulogu.

Interakcije između svih tih mikroskopskih i elektroničkih varijabli čine duktilnost konceptom koji se mora temeljito riješiti multivarijantnom analizom; i utvrdit će se nepostojanje standardnog pravila za sve metale.

Iz tog razloga dva metala, iako vrlo sličnih karakteristika, mogu biti ili ne moraju biti duktilna.

Veličina zrna i kristalne strukture metala

Zrna su dijelovi stakla kojima nedostaju uočljive nepravilnosti (praznine) u njihovim trodimenzionalnim rasporedima. U idealnom slučaju trebaju biti u potpunosti simetrične, s vrlo dobro definiranom strukturom.

Svako zrno za isti metal ima istu kristalnu strukturu; to jest, metal s kompaktnom šesterokutnom strukturom, hcp, ima zrnce s kristalima sa sustavom hcp. Oni su raspoređeni na takav način da se prije sile vuče ili istezanja kliznu jedni preko drugih, kao da su zrakoplovi sastavljeni od mramora.

Općenito, kad avioni napravljeni od sitnih zrnaca klize, oni moraju svladati veću silu trenja; dok su velike, mogu se slobodno kretati. U stvari, neki istraživači žele modificirati duktilnost određenih legura kontroliranim rastom njihovih kristalnih zrnaca.

S druge strane, što se tiče kristalne strukture, najčešće su metali s kristalnim sustavom fcc (licem usmjerenom kubikom ili kubikom centriranim na lica). U međuvremenu, metali s kristalnim strukturama bcc (tijelo koncentrirano kubno, kubično centrirano na licima) ili hcp, imaju tendenciju da se manje ispadnu.

Na primjer, i bakar i željezo kristaliziraju se s FCC rasporedom, i više su duktilni od cinka i kobalta, oba s aparatima s hcp-om.

Utjecaj temperature na duktilnost metala

Toplina može umanjiti ili povećati duktilnost materijala, a iznimke se primjenjuju i na metale. Međutim, kao općenito pravilo, što su mekši metali, to ih je lakše pretvoriti u niti bez pucanja.

To je zbog činjenice da porast temperature metalne atome vibrira, što posljedično uzrokuje uništavanje zrna; to jest, nekoliko sitnih zrnaca zajedno se formiraju u jedno veliko zrno.

S većim zrnima, povećava se duktilnost i molekularno proklizavanje suočava se s manje fizičkih prepreka.

Eksperimentirajte za objašnjenje duktilnosti za djecu i adolescente

Izvor: Doug Waldron putem Flickr-a.

Duktilnost postaje izuzetno složen pojam ako ga počnete mikroskopski analizirati. Pa kako to objasniti djeci i adolescentima? Na takav način da se njihovim znatiželjnim očima čini što jednostavnijim.

Žvakaće gume i igrajte tijesto

Do sada se govorilo o rastaljenom staklu i metalima, ali postoje i drugi nevjerojatno duktilni materijali: žvakaća guma i glina za modeliranje.

Da biste pokazali duktilnost žvakaće gume, dovoljno je zgrabiti dvije mase i početi ih istezati; jedna se nalazi s lijeve strane, a druga se prevozi s desne strane. Rezultat će biti viseći gumeni most koji se neće moći vratiti u svoj izvorni oblik ako ga ne gnetete rukama.

Međutim, doći će do točke gdje će se most na kraju slomiti (a pod će biti obojen gumicom).

Slika iznad pokazuje kako dijete pritiskom na posudu s rupama čini da plastelin izlazi kao da je u pitanju kosa. Suhi kit je manje gipki nego masni; Stoga bi se pokus mogao jednostavno sastojati od stvaranja dva zemljana glista: jedan sa suhom glinom, a drugi natopljen u ulju.

Dijete će primijetiti da se masni crv lakše oblikuje i dobiva duljinu na štetu njegove debljine; Dok se crv suši, vjerojatno će se opeći više puta raspadati.

Plasticin također predstavlja idealan materijal za objašnjenje razlike između propadljivosti (čamac, kapija) i duktilnosti (kosa, crvi, zmije, salamanderi itd.).

Demonstracija s metalima

Iako adolescenti neće ništa manipulirati, mogućnost da budu svjedoci stvaranja bakrenih žica u prvom redu može biti privlačno i zanimljivo iskustvo za njih. Dokaz duktilnosti bio bi još potpuniji ako se nastavi s drugim metalima i na taj način bi se mogla usporediti njihova plastičnost.

Zatim se sve žice moraju podvrgnuti stalnom istezanju do točke loma. Ovim će adolescent vizualno potvrditi kako duktilnost utječe na otpornost žice na puknuće.

Reference

1. Enciklopedija primjera (2017). Duktilni materijali. Oporavilo iz: primjeri.co
2. Helmenstine, Anne Marie, dr. Sc. (22. lipnja 2018.). Duktilna definicija i primjeri. Oporavilo od: misel.com
3. Chemstorm. (02. ožujka 2018.). Kemija duktilne definicije. Oporavilo od: chemstorm.com
4. Bell T. (18. kolovoza 2018.). Objašnjena duktilnost: zatezanje i metali. Ravnoteža. Oporavilo od: thebalance.com
5. Dr. Marks R. (2016). Duktilnost metala. Odjel strojarstva, Sveučilište Santa Clara., Oporavak od: scu.edu
6. Reid D. (2018). Duktilnost: definicija i primjeri. Studija. Oporavilo od: study.com
7. Clark J. (listopad 2012.). Metalne konstrukcije. Oporavak od: chemguide.co.uk
8. Chemicool. (2018.). Činjenice o zlatu. Oporavilo od: chemicool.com
9. Danas materijali. (2015., 18. studenog). Jaki metali i dalje mogu biti duktilni. Elsevier. Oporavilo od: materialstoday.com