ليونة: خصائص ، أمثلة ، تجارب - كيمياء - 2026

ل يونة هي تقنية خاصة للمواد السماح لهم تشوه إجهاد تمتد. أي فصل طرفيه دون أن يكون هناك كسر سريع في نقطة ما في منتصف القسم الممدود. مع استطالة المادة ، يتناقص المقطع العرضي ، ويصبح أرق.

لذلك ، يتم عمل مواد الدكتايل ميكانيكيًا في أشكال تشبه الخيوط (خيوط ، كابلات ، إبر ، إلخ). في آلات الخياطة ، تمثل البكرات مع خيوط الجرح مثالًا محليًا على المواد المطيلة ؛ وإلا فإن ألياف النسيج لا يمكن أن تكتسب أشكالها المميزة.

المصدر: إميليان روبرت فيكول عبر فليكر.

ما هو الغرض من اللدونة في المواد؟ أن تكون قادرة على تغطية مسافات طويلة أو تصميمات جذابة سواء لصنع الأدوات أو المجوهرات أو الألعاب ؛ أو لنقل بعض السوائل ، مثل التيار الكهربائي.

يمثل التطبيق الأخير مثالًا رئيسيًا على ليونة المواد ، خاصةً المعادن. تعتبر الأسلاك النحاسية الدقيقة (الصورة العلوية) موصلات جيدة للكهرباء ، وإلى جانب الذهب والبلاتين ، يتم استخدامها في العديد من الأجهزة الإلكترونية لضمان تشغيلها.

بعض الألياف دقيقة للغاية (بسماكة بضعة ميكرومترات فقط) لدرجة أن العبارة الشعرية "الشعر الذهبي" تأخذ كل معنى حقيقي. الشيء نفسه ينطبق على النحاس والفضة.

لن تكون الليونة خاصية محتملة إذا لم يكن هناك إعادة ترتيب جزيئي أو ذري لمواجهة قوة الشد الناتجة. ولو لم تكن موجودة ، لما عرف الإنسان أبدًا أن الكابلات ، والهوائيات ، والجسور ، ستختفي ، وسيظل العالم في الظلام بدون ضوء كهربائي (بالإضافة إلى عواقب أخرى لا حصر لها).

ما هي الليونة؟

على عكس المرونة ، تضمن الليونة إعادة ترتيب هيكلية أكثر كفاءة.

لماذا ا؟ لأنه عندما يكون السطح الذي يوجد فيه التوتر أكبر ، فإن المادة الصلبة لديها وسائل أكثر لانزلاق جزيئاتها أو ذراتها ، وتشكيل صفائح أو ألواح ؛ بينما عندما يتركز الضغط في مقطع عرضي أصغر وأصغر ، يجب أن يكون الانزلاق الجزيئي أكثر كفاءة لمواجهة هذه القوة.

لا يمكن لجميع المواد الصلبة أو المواد فعل ذلك ، ولهذا السبب تنكسر عند تعرضها لاختبارات الشد. تكون الفواصل التي تم الحصول عليها أفقية في المتوسط ​​، في حين أن تلك الخاصة بمواد الدكتايل مخروطية أو مدببة ، وهي علامة على التمدد.

يمكن أيضًا أن تنكسر المواد المطيلة بعد نقطة الضغط. يمكن زيادة هذا في حالة زيادة درجة الحرارة ، لأن الحرارة تعزز وتسهل الانزلاق الجزيئي (على الرغم من وجود عدة استثناءات). ومن ثم بفضل هذه الشرائح يمكن للمادة أن تظهر ليونة وبالتالي تكون مطيلة.

ومع ذلك ، فإن ليونة المادة تشمل متغيرات أخرى ، مثل الرطوبة والحرارة والشوائب وكيفية تطبيق القوة. على سبيل المثال ، الزجاج المصهور حديثًا مطيل ، ويتخذ أشكالًا تشبه الخيوط ؛ ولكن عندما يبرد ، يصبح هشًا ويمكن أن ينكسر بأي تأثير ميكانيكي.

الخصائص

المواد المطيلة لها خصائصها الخاصة المرتبطة مباشرة بترتيباتها الجزيئية. بهذا المعنى ، يمكن أن يكون قضيب معدني صلب وقضيب طيني مرن مطيلًا ، على الرغم من اختلاف خصائصهما اختلافًا كبيرًا.

ومع ذلك ، فإنهم جميعًا لديهم شيء مشترك: سلوك بلاستيكي قبل الانكسار. ما الفرق بين البلاستيك والجسم المرن؟

الجسم المرن مشوه بشكل عكسي ، والذي يحدث في البداية مع مواد الدكتايل ؛ لكن مع زيادة قوة الشد ، يصبح التشوه غير قابل للانعكاس ويصبح الجسم بلاستيكيًا.

من هذه النقطة فصاعدًا ، يأخذ السلك أو الخيط شكلًا محددًا. بعد التمدد المستمر ، يصبح المقطع العرضي صغيرًا جدًا ، ويكون إجهاد الشد مرتفعًا جدًا ، بحيث لا تستطيع الشرائح الجزيئية مقاومة الضغط وينتهي به الأمر إلى الانهيار.

إذا كانت ليونة المادة عالية للغاية ، كما في حالة الذهب ، فيمكن الحصول على أسلاك بأطوال تصل إلى 66 كم ، بسماكة 1 ميكرومتر ، كما في حالة الذهب.

كلما زاد طول السلك الذي تم الحصول عليه من الكتلة ، كان المقطع العرضي أصغر (ما لم يتوفر أطنان من الذهب لبناء سلك بسمك كبير).

أمثلة على معادن الدكتايل

المعادن من بين المواد المطيلة مع عدد لا يحصى من التطبيقات. يتكون الثالوث من معادن: الذهب والنحاس والبلاتين. أحدهما ذهبي والآخر برتقالي وردي والأخير فضي. بالإضافة إلى هذه المعادن ، هناك أخرى أقل ليونة:

-حديد

-زنك

- نحاس (وسبائك معدنية أخرى)

-ذهب

-الألومنيوم

-سماريوم

-المغنيسيوم

-فاناديوم

-صلب (على الرغم من أن ليونة قد تتأثر اعتمادًا على تكوينه الكربوني والإضافات الأخرى)

-فضة

-قصدير

- الرصاص (ولكن ضمن نطاقات درجات حرارة صغيرة معينة)

من الصعب التأكد ، بدون معرفة تجريبية مسبقة ، أي المعادن هي حقًا مطيلة. تعتمد ليونة الزجاج على درجة النقاء وكيفية تفاعل المواد المضافة مع الزجاج المعدني.

أيضًا ، تؤخذ في الاعتبار متغيرات أخرى مثل حجم الحبيبات البلورية وترتيب البلورة. بالإضافة إلى ذلك ، يلعب عدد الإلكترونات والمدارات الجزيئية المشاركة في الرابطة المعدنية ، أي في "بحر الإلكترون" دورًا مهمًا أيضًا.

التفاعلات بين كل هذه المتغيرات المجهرية والإلكترونية تجعل من اللدونة مفهومًا يجب معالجته بدقة من خلال تحليل متعدد المتغيرات ؛ وسيتم العثور على عدم وجود قاعدة قياسية لجميع المعادن.

ولهذا السبب فإن معدنين ، على الرغم من أن لهما خصائص متشابهة للغاية ، قد يكونان قابلين للدكت أو لا.

حجم الحبوب والتراكيب البلورية للمعادن

الحبيبات عبارة عن أجزاء من الزجاج تفتقر إلى مخالفات ملحوظة (فراغات) في ترتيباتها ثلاثية الأبعاد. من الناحية المثالية ، يجب أن تكون متناظرة تمامًا وبهيكلها المحدد جيدًا.

كل حبة لنفس المعدن لها نفس البنية البلورية ؛ أي ، معدن بهيكل سداسي مضغوط ، hcp ، يحتوي على حبيبات بلورات بنظام hcp. وهي مرتبة بحيث أنها قبل قوة الجر أو التمدد تنزلق فوق بعضها البعض ، كما لو كانت طائرات مكونة من الرخام.

بشكل عام ، عندما تنزلق الطائرات المصنوعة من حبيبات صغيرة ، يجب أن تتغلب على قوة احتكاك أكبر ؛ بينما إذا كانت كبيرة ، يمكنهم التحرك بحرية أكبر. في الواقع ، يسعى بعض الباحثين إلى تعديل ليونة بعض السبائك من خلال النمو المتحكم فيه لحبيباتها البلورية.

من ناحية أخرى ، فيما يتعلق بالهيكل البلوري ، عادةً ما تكون المعادن ذات النظام البلوري fcc (مكعب مركزي أو مكعب متمركز على الوجوه) هي الأكثر مرونة. وفي الوقت نفسه ، فإن المعادن ذات الهياكل البلورية bcc (مكعب متمركز في الجسم ، ومكعب متمركز على الوجوه) أو hcp ، تميل إلى أن تكون أقل مرونة.

على سبيل المثال ، يتبلور كل من النحاس والحديد بترتيب fcc ، ويكونان أكثر مرونة من الزنك والكوبالت ، مع ترتيبات hcp.

تأثير درجة الحرارة على ليونة المعادن

يمكن أن تقلل الحرارة أو تزيد من ليونة المواد ، وتنطبق الاستثناءات على المعادن أيضًا. ومع ذلك ، كقاعدة عامة ، فإن المعادن الأكثر ليونة هي الأسهل لتحويلها إلى خيوط دون أن تنكسر.

ويرجع ذلك إلى حقيقة أن الزيادة في درجة الحرارة تجعل الذرات المعدنية تهتز ، مما يؤدي بالتالي إلى توحيد الحبيبات ؛ أي أن عدة حبيبات صغيرة تتجمع معًا لتشكل حبة واحدة كبيرة.

مع الحبيبات الأكبر ، تزداد الليونة ، ويواجه الانزلاق الجزيئي عوائق جسدية أقل.

تجربة لشرح ليونة للأطفال والمراهقين

المصدر: دوغ والدرون عبر فليكر.

تصبح الليونة مفهومًا معقدًا للغاية إذا بدأت في تحليلها مجهريًا. فكيف تشرحها للأطفال والمراهقين؟ بطريقة تبدو بسيطة قدر الإمكان لأعينهم المتطفلة.

مضغ العلكة ولعب العجين

حتى الآن كان هناك حديث عن الزجاج والمعادن المنصهر ، ولكن هناك مواد أخرى مطيلة بشكل لا يصدق: العلكة والطين.

لإثبات ليونة العلكة ، يكفي الاستيلاء على كتلتين والبدء في شدهما ؛ واحد يقع على اليسار والآخر إلى اليمين. وتكون النتيجة جسرًا معلقًا للثة ، ولن يتمكن من العودة إلى شكله الأصلي إلا إذا تم عجنه باليدين.

ومع ذلك ، ستأتي نقطة ينكسر فيها الجسر في نهاية المطاف (وستكون الأرضية ملطخة بالعلكة).

توضح الصورة أعلاه كيف يجعل الطفل بالضغط على وعاء به ثقوب البلاستيسين يظهر كما لو كان شعرًا. المعجون الجاف أقل مرونة من المعجون الزيتي ؛ لذلك ، يمكن أن تتكون التجربة ببساطة من تكوين نوعين من ديدان الأرض: إحداهما بالطين الجاف والأخرى مبللة بالزيت.

سيلاحظ الطفل أن الدودة الدهنية أسهل في التشكيل وزيادة الطول على حساب سمكها ؛ بينما تجف الدودة ، من المحتمل أن تتحلل عدة مرات.

يمثل البلاستيسين أيضًا مادة مثالية لشرح الفرق بين المرونة (القارب ، البوابة) والليونة (الشعر ، الديدان ، الثعابين ، السمندل ، إلخ).

مظاهرة مع المعادن

على الرغم من أن المراهقين لن يتلاعبوا بأي شيء على الإطلاق ، فإن القدرة على مشاهدة تشكيل الأسلاك النحاسية في الصف الأول يمكن أن تكون تجربة جذابة ومثيرة للاهتمام بالنسبة لهم. سيكون عرض الليونة أكثر اكتمالًا إذا استمر المرء مع معادن أخرى ، وبالتالي يكون قادرًا على مقارنة ليونة.

بعد ذلك ، يجب أن تخضع جميع الأسلاك لامتداد مستمر حتى نقطة الانهيار. بهذا ، سيشهد المراهق بصريًا على كيفية تأثير الليونة على مقاومة السلك للكسر.

المراجع

1. موسوعة الأمثلة (2017). مواد الدكتايل. تم الاسترجاع من: example.co
2. هيلمنستين ، آن ماري ، دكتوراه. (22 يونيو 2018). تعريف الدكتايل وأمثلة. تم الاسترجاع من: thinkco.com
3. تشيمستورم. (02 مارس 2018). كيمياء تعريف الدكتايل. تم الاسترجاع من: chemstorm.com
4. بيل ت. (18 أغسطس 2018). وأوضح ليونة: إجهاد الشد والمعادن. التوازن. تم الاسترجاع من: thebalance.com
5. الدكتور ماركس ر. (2016). ليونة في المعادن. قسم الهندسة الميكانيكية جامعة سانتا كلارا.. تم الاسترجاع من: scu.edu
6. ريد د. (2018). ليونة: التعريف والأمثلة. دراسة. تم الاسترجاع من: study.com
7. كلارك ج. (أكتوبر 2012). الهياكل المعدنية. تم الاسترجاع من: chemguide.co.uk
8. كيميكول. (2018). حقائق عن الذهب. تم الاسترجاع من: chemicool.com
9. المواد اليوم. (2015 ، 18 نوفمبر). المعادن القوية يمكن أن تظل مطيلة. إلسفير. تم الاسترجاع من: materialstoday.com