משיכות: תכונות, דוגמאות, ניסויים - כִּימִיָה - 2025

משיכות היא טכנולוגיה קניינית של חומרים המאפשר להם לעוות מתח מתיחה; כלומר, הפרדת שני קצוותיו מבלי שיהיה שבר מהיר בשלב כלשהו באמצע החלק המוארך. ככל שהחומר מתארך, חתך הרוחב שלו הולך וקטן והופך להיות דק יותר.

לכן, חומרים משיכות מעובדים באופן מכני לצורות דמויי חוט (חוטים, כבלים, מחטים וכו '). במכונות תפירה, בובנים עם חוטי פצע מייצגים דוגמא ביתית של חומרים רקיעיים; אחרת סיבי הטקסטיל לעולם לא היו יכולים לרכוש את צורותיהם האופייניות.

מקור: אמיליאן רוברט ויקול דרך פליקר.

מה המטרה של משיכות בחומרים? זה של היכולת לכסות מרחקים ארוכים או עיצובים אטרקטיביים, בין אם להכנת כלים, תכשיטים, צעצועים; או להובלת נוזלים, כמו זרם חשמלי.

היישום האחרון מייצג דוגמא מרכזית לכדי משיכות של חומרים, בעיקר זו של מתכות. חוטי נחושת עדינים (תמונה עליונה) הם מוליכים חשמל טובים, ויחד עם זהב ופלטינה הם משמשים במכשירים אלקטרוניים רבים כדי להבטיח את פעולתם.

חלק מהסיבים כה עדינים (בעובי של מיקרומטר בודדים בלבד) עד שהביטוי הפואטי "שיער זהוב" מקבל את כל המשמעות האמיתית. כך גם נחושת וכסף.

משיכות לא תהיה תכונה אפשרית אם לא היה סידור מחדש מולקולרי או אטומי כדי לנטרל את כוח המתיחה שאירע. ואם זה לא היה קיים, האדם לעולם לא היה מכיר את הכבלים, האנטנות, הגשרים ייעלמו, והעולם יישאר בחושך ללא אור חשמלי (בנוסף לאינספור השלכות אחרות).

מהי משיכות?

שלא כמו גמישות, משיכות מחייבת ארגון מחדש מבני יעיל יותר.

למה? מכיוון שכאשר המשטח בו נמצא המתח גדול יותר, למוצק יש אמצעים רבים יותר להחליק את המולקולות או האטומים שלו, ויוצרים יריעות או צלחות; ואילו כאשר הלחץ מרוכז בחתך קטן יותר וקטן יותר, הזזה מולקולרית חייבת להיות יעילה יותר כדי לנטרל כוח זה.

לא כל המוצקים או החומרים יכולים לעשות זאת, ומסיבה זו הם נשברים כאשר הם ניתנים לבדיקות מתיחה. ההפסקות המתקבלות הן במאוזן אופקית, ואילו אלה של חומרים רקיעיים הם חרוטי או מחודד, סימן למתיחה.

חומרים רקיעיים יכולים גם לפרוץ מעבר לנקודת לחץ. ניתן להגדיל את זה אם הטמפרטורה מוגברת, מכיוון שהחום מקדם ומאפשר החלקה מולקולרית (אם כי ישנם מספר יוצאים מן הכלל). לאחר מכן, בזכות השקופיות הללו, חומר יכול להפגין משיכות ולכן הוא רקיע.

עם זאת, משיכותו של חומר מקיפה משתנים אחרים, כמו לחות, חום, זיהומים וכיצד מפעילים כוח. לדוגמא, זכוכית שהופעלה זה עתה היא רקיעה, מאמצת צורות דמויי חוט; אך כאשר הוא מתקרר, הוא הופך להיות שביר ויכול להישבר בכל השפעה מכנית.

נכסים

לחומרים רקיעיים יש תכונות משלהם הקשורים ישירות לסידור המולקולרי שלהם. במובן זה, מוט מתכת קשיח ומוט חימר רטוב יכולים להיות משיכים, למרות שתכונותיהם שונות מאוד.

עם זאת, לכולם יש משהו משותף: התנהגות פלסטית לפני השבירה. מה ההבדל בין חפץ פלסטי לאלסטי?

האובייקט האלסטי מתעוות הפיך, אשר מתרחש בתחילה עם חומרים רקיעיים; אך בהגדלת כוח המתיחה, העיוות הופך בלתי הפיך והאובייקט הופך לפלסטיק.

מנקודה זו ואילך החוט או החוט מקבלים צורה מוגדרת. לאחר מתיחה רציפה, חתך הרוחב שלו הופך להיות כה קטן, והמתח במתיחה גבוה מדי, עד שהמגלשות המולקולריות שלו כבר לא יכולות לסתור את המתח והוא בסופו של דבר נשבר.

אם משיכות החומר גבוהה ביותר, כמו במקרה של זהב, עם גרם אחד ניתן להשיג חוטים באורכים של עד 66 ק"מ, בעובי של 1 מיקרומטר.

ככל שהחוט המתארך ממסה מאורך יותר, כך חתך הרוחב שלו קטן יותר (אלא אם כן טונות זהב זמינות לבניית חוט בעובי ניכר).

דוגמאות למתכות רקמות

מתכות הן בין החומרים השמישים עם אינספור יישומים. השלישייה מורכבת ממתכות: זהב, נחושת ופלטינה. האחד זהב, השני כתום ורדרד והאחרון כסף. בנוסף למתכות אלה, ישנם אחרים בעלי פחות משיכות:

-בַּרזֶל

-אָבָץ

-דשא (וסגסוגות מתכת אחרות)

-זהב

-אֲלוּמִינְיוּם

-סמריום

-מגנזיום

ונדיום

-Steel (למרות שמידתיותו עשויה להיות מושפעת בהתאם להרכב הפחמן שלה ותוספים אחרים)

-כסף

-פַּח

-מוביל (אך בטווחי טמפרטורה קטנים מסוימים)

קשה לברר, ללא ידיעה ניסיונית מוקדמת, אילו מתכות באמת ישות. משיכותו תלויה במידת הטוהר ובאופן האופן בו התוספים מתקשרים עם הזכוכית המתכתית.

כמו כן מתחשבים במשתנים אחרים כמו גודל גרגרי הגביש וסידור הגביש. בנוסף, מספר האלקטרונים והאורביטלים המולקולריים המעורבים בקשר המתכתי, כלומר ב"ים האלקטרונים "ממלא גם הוא תפקיד חשוב.

האינטראקציות בין כל המשתנים המיקרוסקופיים והאלקטרוניים הללו הופכים את המשיכות למושג שיש לטפל ביסודיות באמצעות ניתוח רב משתנים; והיעדר כלל סטנדרטי לכל המתכות יימצא.

מסיבה זו, שתי מתכות, אם כי בעלות מאפיינים דומים מאוד, עשויות להיות עשויות או לא.

גודל התבואה ומבני קריסטל של מתכות

הגרגרים הם חלקי זכוכית שלא חסרים חריגות (חללים) בולטים בסידורים התלת מימדיים שלהם. באופן אידיאלי, הם צריכים להיות סימטריים לחלוטין, עם המבנה המוגדר היטב שלהם.

לכל גרגר לאותה מתכת יש אותו מבנה גבישי; כלומר, מתכת עם מבנה משושה קומפקטי, hcp, יש גרגרים עם גבישים עם מערכת hcp. אלה מסודרים כך שלפני כוח המתיחה או המתיחה הם גולשים זה על זה, כאילו היו מטוסים המורכבים מגולות.

באופן כללי, כאשר מטוסים העשויים מדגנים קטנים מחליקים, עליהם להתגבר על כוח חיכוך גדול יותר; בעוד שאם הם גדולים, הם יכולים לנוע בצורה חופשית יותר. למעשה, חוקרים מסוימים מבקשים לשנות את משיכותם של סגסוגות מסוימות באמצעות גידול מבוקר של גרגרי הגבישים שלהם.

לעומת זאת, בנוגע למבנה הגבישי, בדרך כלל מתכות עם מערכת גבישית fcc (מול מעוקב ממורכבות, או מעוקב שבמרכזן הפנים) הן השתן ביותר. בינתיים, מתכות עם מבנים גבישיים bcc (גוף מרוכז מעוקב, מעוקב במרכז הפנים) או hcp, נוטות להיות פחות משיכות.

לדוגמה, גם נחושת וגם ברזל מתגבשים עם סידור fcc, והם רקשים יותר מאבץ וקובלט, שניהם עם סידורי hcp.

השפעת הטמפרטורה על משיכות המתכות

חום יכול להפחית או להגדיל את משיכות החומרים, והחריגים חלים גם על מתכות. עם זאת, ככלל, ככל שהמתכות הרכות יותר, כך קל יותר להפוך אותן לחוטים מבלי להישבר.

זאת בשל העובדה כי עליית הטמפרטורה גורמת לאטום המתכתי לרטוט, וכתוצאה מכך גורמים להתאחדות הגרגרים; כלומר, כמה דגנים קטנים מתאחדים זה בזה ויוצרים תבואה אחת גדולה.

עם גרגרים גדולים יותר, משיכות עולה, והחלקה המולקולרית עומדת בפני פחות מכשולים פיזיים.

ניסוי להסביר משיכות לילדים ולמתבגרים

מקור: דאג וולדרון דרך פליקר.

משיכות הופכת למושג מורכב ביותר אם מתחילים לנתח אותו מיקרוסקופית. אז איך אתה מסביר את זה לילדים ומתבגרים? באופן שהוא נראה פשוט ככל האפשר בעיניהם החטטניות.

לועס מסטיק ומשחק בצק

עד כה דיברו על זכוכית ומתכת מותכת, אך ישנם חומרים שמישים להפליא: מסטיקים וחימר דוגמנות.

כדי להדגים את משיכותה של מסטיק, מספיק לתפוס שתי המונים ולהתחיל למתוח אותן; האחת ממוקמת משמאל, והשנייה תישא ימינה. התוצאה תהיה גשר מסטיק תלוי, שלא יוכל לחזור לצורתו המקורית אלא אם כן הוא ילוש בידיים.

עם זאת, תגיע נקודה בה הגשר יתפרק בסופו של דבר (והרצפה תהיה מוכתמת במסטיק).

התמונה למעלה מראה כיצד ילד על ידי לחיצה על מיכל עם חורים גורם לפלסטלינה להופיע כאילו היה שיער. מרק יבש פחות רקיע מאשר מרק שמנוני; לפיכך, ניסוי יכול פשוט להיות מורכב מיצירת שתי תולעי אדמה: האחת עם החימר היבש, והשנייה לחה בשמן.

הילד יבחין כי קל יותר לעצב את התולעת השומנית ולקבל אורך על חשבון עוביה; בעוד שהתולעת מתייבשת, סביר להניח שהיא תישבר מספר פעמים.

פלסטלינה מייצגת גם חומר אידיאלי כדי להסביר את ההבדל בין גמישות (סירה, שער) לבין משיכות (שיער, תולעים, נחשים, סלמנדרות וכו ').

הדגמה עם מתכות

אף על פי שמתבגרים כלל לא יתמרו בכלום, היכולת להיות עדים להיווצרות חוטי נחושת בשורה הראשונה יכולה להיות חוויה מושכת ומעניינת עבורם. הדגמת המשיכות תהיה מושלמת עוד יותר אם מתקדמים עם מתכות אחרות, וכך יוכלו להשוות בין משיכותן.

בשלב הבא, כל החוטים חייבים להיות נתונים למתיחה מתמדת עד לנקודת השבירה שלהם. עם זאת, המתבגר יאשר ויזואלית כיצד משיכות משפיעה על התנגדות החוט לשבירה.

הפניות

1. אנציקלופדיה של דוגמאות (2017). חומרים רקיעיים. התאושש מ: דוגמאות.co
2. הלמנסטין, אן מארי, דוקטורט. (22 ביוני 2018). הגדרת רקיע ודוגמאות. התאושש מ: thoughtco.com
3. סופת כימיה. (02 במרץ, 2018). כימיה של הגדרת רקיע. התאושש מ: chemstorm.com
4. בל ט '(18 באוגוסט 2018). משיכה מוסברת: מתח מתיחה ומתכות. האיזון. התאושש מ: thebalance.com
5. ד"ר מרקס ר. (2016). משיכות במתכות. המחלקה להנדסת מכונות, אוניברסיטת סנטה קלרה. . התאושש מ: scu.edu
6. ריד ד '(2018). משיכות: הגדרה ודוגמאות. לימוד. התאושש מ: study.com
7. קלארק ג'יי (אוקטובר 2012). מבנים מתכתיים. התאושש מ: chemguide.co.uk
8. כימיקול. (2018). עובדות על זהב. התאושש מ: chemicool.com
9. חומרים היום. (2015, 18 בנובמבר). מתכות חזקות עדיין יכולות להיות משיכות. אלזביאר. התאושש מ: materialstoday.com