Estás pensando en un lego o en un rompecabezas. Tienes que pensar en números enormes y dimensiones diminutas. Existen$10^{23}$moléculas en un mol. Las dimensiones atómicas son menores que$10^{-9}$metros La red que se ha roto no encajará en el rompecabezas si se ha movido más allá de esta última pequeña distancia porque las fuerzas moleculares no coincidirán. Además, la ruptura habrá desplazado las ubicaciones de los átomos y las moléculas en los dos lados, en esta distancia microscópica que hace que la fusión sea aún más improbable.

En primer lugar, debe comprender cómo se mantiene unido el caucho en primer lugar. El caucho, los plásticos, la fibra de carbono y casi todas las formas de tejido vivo se mantienen unidos de la misma manera. Todas, o una gran parte de las moléculas, son cadenas largas, que repiten el mismo patrón simple o varios patrones ligeramente diferentes organizados en orden aleatorio. En algunos casos, las cadenas tienen varios miles de átomos de longitud. Cuando las cuerdas están muy juntas, se atraen entre sí, por lo que terminan pegadas y, debido a la estructura entrelazada, la fuerza combinada es mucho mayor de lo que sería esta atracción entre dos superficies planas.

Si tira lo suficientemente fuerte como para romper dicha estructura, sucederá una o una combinación de dos cosas:

1. Las moléculas se salen de su configuración entrelazada, esto deja agujeros en ambas mitades del objeto donde solían estar las moléculas que ahora pertenecen a la otra mitad, hay vacío en estos agujeros por lo que colapsan casi instantáneamente, todos los hilos perdidos del roto extremos caen hacia el objeto y la mayoría de aquellas superficies donde las dos mitades fueron atraídas terminan atrayendo superficies de la misma mitad. Así no hay lugar para reformar las conexiones que antes había. Si vuelve a unir los dos extremos, solo puede esperar formar una conexión a lo largo de la superficie de ruptura, que será mucho más débil ya que carece de intercalado, e incluso esto es a menudo imposible ya que el aire entre los dos objetos evita que se unan.

2. Las moléculas se rompen. Cuando se rompe una molécula por pura fuerza, las dos moléculas resultantes normalmente serán radicales. Estos radicales reaccionarán rápidamente con otras moléculas, especialmente con otros radicales, por lo que los extremos rotos generalmente terminarán uniéndose entre sí o arrebatando algunos átomos del aire para tapar el agujero y dejar de ser radicales. En cualquier caso, esto deja los extremos rotos en un estado en el que simplemente no volverán a unirse con su contraparte anterior.

El caucho en particular es un material que tarda mucho en asentarse, las moléculas de una banda de caucho común cambian lentamente de posición, formando y rompiendo enlaces entre moléculas. Esto significa que es posible que algunas bandas elásticas se vuelvan a unir con el tiempo (o se conviertan en un gran grupo en el paquete), la presión o el calor pueden acelerar el proceso. Desafortunadamente, este cambio en general también hace que la goma se debilite con el tiempo, si se ha movido lo suficiente como para volver a unirse, probablemente también se haya movido lo suficiente como para ser inútilmente débil.

Su pregunta es perfectamente válida a pesar de que la mayoría de la gente puede pensar que es extraña porque la razón parece obvia.

Hay una propiedad del sistema llamada entropía que no debe disminuir para ningún proceso (investiga un poco en la web; es posible que tengas problemas para entenderlo ya que estás en la escuela secundaria). Solo ocurren aquellos procesos en el universo en los que la entropía del sistema permanece igual o aumenta. Para todos los procesos del mundo real, la entropía aumenta (permanece igual para los procesos reversibles ideales).

Cuando tocas algo caliente, el calor se transfiere de ese objeto a tu cuerpo. Puedes discutir sobre eso: "¿Por qué no opuesto?" Su argumento sería válido ya que la ley de conservación de energía no se violaría incluso si el calor se transfiere de su cuerpo a ese objeto caliente. Puede hacer tal argumento en casi todos los procesos de la vida real.

En el caso de que su banda elástica se rompa, no se volverá a unir para volver a ser como antes, incluso si intenta deshacer todos los cambios de energía que hizo a nivel molecular (mantener las piezas juntas también es un intento).

La clave de todo es el cambio de entropía. Entonces, la respuesta a su pregunta: la banda elástica no se volverá a unir automáticamente porque eso disminuiría la entropía del sistema.

Y, no subestimes lo de la entropía. Se discute en teorías de alto nivel como la teoría de cuerdas, QFT. El cambio de entropía a veces se denomina "flecha del tiempo".

Muchas de las respuestas propuestas se centran en la entropía y la baja probabilidad de que todos los componentes microscópicos del proceso se unan para dar como resultado una banda reformada. No estoy convencido de que estas respuestas lleguen a la segunda parte de tu pregunta: dado un tiempo infinito , ¿se reformará la banda? Antes de llegar a mi enfoque para responder a su pregunta, una breve mirada a la goma.

algo de quimica

Supongamos que la banda elástica está hecha de caucho natural, que es un polímero de isopreno con algunas impurezas. Ignoraremos las impurezas. El polímero de isopreno, o poliisopreno, se ve así:

Estas cadenas largas (n es fácilmente> 10 ^ 4) pueden deslizarse y deslizarse entre sí, y sin ninguna estabilidad constituyen un material realmente malo para mantener las cosas juntas (un chicle masticado moldeado en forma de banda hubiera sido mejor). propiedades elásticas y de estabilidad). Para agregar estabilidad y elasticidad al caucho natural, los polímeros se entrecruzan mediante vulcanización . Se agrega azufre y crea puentes entre los polímeros vecinos, lo que les permite moverse pero no alejarse demasiado . Los polímeros reticulados se parecen a esto, aunque tenga en cuenta que el material real no tendría una densidad de azufre tan alta como se muestra en esta figura.

Algunas reacciones

Repasemos tu experimento mental. Cuando la banda elástica se estira hasta el punto de romperse, los enlaces químicos se rompen. Mirando la imagen reticulada de arriba, las opciones son bonos SS, bonos SC y bonos CC o C=C. Al observar las entalpías de disociación de enlaces , vemos que los enlaces SS y SC son los más débiles del conjunto; por lo que con toda probabilidad, los enlaces que se rompen son los enlaces agregados a través del proceso de vulcanización/entrecruzamiento.

En una imagen demasiado simplificada, podemos expresar la ruptura de una banda elástica de la siguiente manera:

Uso flechas dobles aquí porque en su experimento mental, asumimos que la ruptura de la banda es un proceso reversible. Dado que la ruptura de enlaces requiere energía, es lógico que su conjetura tenga algo de mérito; es decir, la formación de enlaces es energéticamente factible y, dado el tiempo suficiente, debería ocurrir, dando como resultado una banda reformada.

Algo de termodinámica

Las reacciones químicas pueden ocurrir bajo control termodinámico o cinético . Interpreto su declaración "...dado un tiempo infinito..." como ¿cuál es el producto de esta reacción bajo control termodinámico? . Por lo tanto, debemos observar la energía libre de Gibbs de la reacción de disociación del enlace para determinar los productos favorecidos termodinámicamente ($S\cdot + C\cdot$contra$S-C$, o banda rota versus banda completa). Para un proceso termodinámicamente favorable,$\Delta G = \Delta H - T\Delta S$,$\Delta G$debe ser negativo. Por ruptura de bonos,$\Delta H$es positivo y$\Delta S$es positivo, lo que significa que$\Delta G$es negativo cuando$T \Delta S$es mayor que$\Delta H$. Por tanto, podemos afirmar que existe una temperatura a la que la rotura de la banda de goma es termodinámicamente favorable. Intuitivamente, esto tiene sentido: calienta la banda elástica, eventualmente dejará de ser una banda elástica. Dado que estamos interesados ​​en la reacción inversa, cambiamos los signos de las propiedades termodinámicas y la formación de enlaces (reparación de bandas) sería termodinámicamente favorable a bajas temperaturas (aunque esa baja temperatura puede tener que estar muy cerca del cero absoluto, momento en el que comienza la química ). poniéndose raro ).

Conclusión

Así que creo que la clave de esta pregunta es su uso del término infinito , que nos lleva de un régimen cinético a un régimen termodinámico. También estoy haciendo algunas suposiciones bastante fuertes (por ejemplo, aproximando la ruptura/formación de bandas con un solo tipo de ruptura/formación de enlaces ) que pueden ser demasiado amplias. Bajo estas restricciones, la termodinámica sugiere que una banda formada es más favorable que una banda rota. Si mi modelo está demasiado simplificado, puede usar el mismo proceso con suposiciones más conservadoras.

En realidad, este tipo de experimentos mentales termodinámicos no son muy útiles. El diamante, por ejemplo, es termodinámicamente más estable que el grafito. No voy a conquistar a la vecina dándole un lápiz y diciéndole: "mi amor por ti es tan eterno como lo será este diamante". Tan pronto como regrese al reino del tiempo finito, el control cinético se hará cargo y las barreras de energía para la formación de bandas elásticas serán demasiado altas para que ocurra la reparación.

Has roto los enlaces químicos entre las moléculas al insertar energía que luego se disipa. También distorsionaste la estructura de la molécula. Para reparar esto, debe volver a insertar energía. Mantener las piezas juntas no proporciona la energía ni reordena la estructura de la molécula. La respuesta a tu segunda pregunta es esta no.

El mecanismo exacto varía según el material. Los materiales simples (no orgánicos) son más fáciles de analizar. La respuesta más simple es que si los junta, se unirán, siempre que el tamaño sea pequeño. Por ejemplo, en la soldadura en frío , un cable de menos de 10 nm se vuelve a unir simplemente por contacto. La mecánica exacta depende del tipo de fuerza intermolecular que esté en juego.

Según Grove Karl Gilbert

En mi opinión, parece que la diferencia es solo imaginaria y no real. La rigidez y la plasticidad no son términos absolutos sino relativos, y todos los sólidos son, de hecho, tanto rígidos como plásticos. El contraste aparente entre las dos propiedades pertenece al laboratorio ya esos fenómenos de la naturaleza que involucran pequeñas masas y pequeñas fuerzas. Cuando están involucradas grandes masas y grandes fuerzas, como por ejemplo en la formación de continentes y cadenas montañosas, la distinción pierde valor. Los fenómenos de la estructura de las montañas demuestran que, bajo suficientes tensiones, grandes masas de roca se doblan y fluyen.

Es algo de lo que se explica en este video.