Esto es algo que me he preguntado durante mucho tiempo. ¿Por qué algunos materiales como el acero, el diamante e incluso materiales ligeros como el grafeno son más fuertes que otros? ¿Se debe a la fuerza de los campos electromagnéticos/estáticos que repelen dos átomos enlazados? ¿O es otra cosa?
Para materiales cristalinos como el diamante, esto es el resultado de enlaces extremadamente estables entre los átomos constituyentes del material. Estos enlaces solo se forman bajo una inmensa presión porque las fuerzas repulsivas interatómicas evitan que los átomos se acerquen lo suficiente como para verse obligados a organizarse en esa estructura cristalina.
Las aleaciones de metales como el acero son mucho más duras que los metales elementales porque son una mezcla de diferentes elementos como el hierro, el níquel, el cromo, etc. Básicamente, cuando un metal está compuesto uniformemente por el mismo átomo, encajan muy estrechamente y se deslizan unos sobre otros. fácilmente. Por eso el oro puro es tan blando y maleable.
Una aleación de acero, por otro lado, se compone de algunos elementos diferentes. Los átomos de diferentes tamaños mezclados en la estructura del enlace provocan irregularidades en la organización atómica del material, lo que dificulta que se produzcan deslizamientos y otras deformaciones.
Si el material es difícil de romper, los enlaces pueden ser fuertes. Si el material es liviano y fuerte, el material puede tener una unión más fuerte, pero la densidad de masa puede ser menor, puede esperar grandes vacíos en ellos. La dureza y la resistencia de los materiales dependen del volumen del material, la estructura cristalina y otros factores.
Spectrum Science, Deccan Herald, martes, 13 de mayo de 2014.
El grafeno es el material más fuerte y delgado que se sabe que existe... No solo es el material más duro del mundo, sino también uno de los más palibles.
Con un grosor de un solo átomo , se le ha llamado el material maravilloso... Si bien el material se descubrió hace una década, comenzó a llamar la atención en 2010 cuando dos físicos de la Universidad de Manchester recibieron el premio Nobel por sus experimentos con él. .
La American Chemical Society dijo en 2012 que se descubrió que el grafeno es 200 veces más fuerte que el acero y tan delgado que una sola onza podría cubrir 28 campos de fútbol. ....En 2012, la Sociedad Química Estadounidense dijo que los avances en el grefeno estaban conduciendo a una pantalla táctil electrónica que "podría hacer que los teléfonos celulares fueran tan delgados como una hoja de papel y lo suficientemente plegables como para deslizarlos en un bolsillo". .....
El párrafo señala que un material puede ser fuerte con un solo átomo de espesor (no muy voluminoso).
Si está buscando elementos y compuestos no orgánicos simples (olvidémonos de los plásticos), tiene dos tipos básicos de enlaces. Iónico, como un cristal de sal. La estructura alterna sodio, cloro, , , , en todas direcciones. Uno es un poco negativo y el otro es un poco positivo (el cloro es un oxidante fuerte, le roba electrones al sodio). Si empujas un cristal de sal lo suficientemente fuerte como para desplazar un plano de átomos el tamaño de la red atómica - en realidad un poco menos - causa y para alinearse y la repulsión del campo eléctrico hará que el cristal se separe en una línea limpia y agradable. Este es el enlace electrostático en el que estabas pensando (buena decisión).
El otro enlace popular entre muchos átomos es el enlace covalente. La idea es que los electrones se compartan para completar orbitales con electrones no apareados o completar orbitales completos. A los átomos les gusta esto, y podemos decir por lo agradables y estables que son, la mayoría de ellos de todos modos. Los gases nobles (argón, neón, etc.) tienen capas orbitales completas y no necesitan jugar con otros. El enlace tiene otros nombres como "enlaces orbitales moleculares". Este es el enlace que explica por qué el hidrógeno viene en pares. y y y , etc. La mayoría de los compuestos que no son cristales tienen enlaces covalentes. Para una descripción intuitiva, este enlace se parece más a un enlace mecánico cuántico que a un enlace electrostático.
Usted preguntó específicamente sobre el acero, que no es un compuesto. Las aleaciones son mezclas y bastante complicadas y algunas experimentan cambios fascinantes cuando se cicla la temperatura. Como dice @Rick Sanchez, las aleaciones son una mezcla de cosas con diferentes propiedades. El acero es como el hormigón con barras de refuerzo de metal. Diferentes elementos llenan diferentes espacios, como la grava y la arena y el cemento en el hormigón. Las propiedades surgen de cómo todas estas partes se unen y cuánto hay de cada una.
ajmeteli