Cuando dos piezas de hierro se colocan juntas, sus átomos están en contacto entre sí, pero aún así no se unen. ¿Por qué?

Cuando dos piezas de hierro se colocan juntas, sus átomos están en contacto entre sí, pero aún así no se unen. ¿Por qué?

En una atmósfera de oxígeno, la superficie metálica se oxidará rápidamente, el recubrimiento de óxido evita que el metal se una.

Se puede hacer si las superficies planas de metal se mecanizan / limpian en el vacío y luego se juntan, puede haber suficiente difusión para que el metal se una.

Soldadura en frío – Wikipedia

A diferencia de los procesos de soldadura por fusión, no hay fase líquida o fundida en la junta. La soldadura en frío se reconoció por primera vez como un fenómeno general de materiales en la década de 1940. Luego se descubrió que dos superficies planas y limpias de metal similar se adherirían fuertemente si se ponían en contacto al vacío .

Cementación al vacío – Wikipedia

La cementación al vacío o la soldadura al vacío es el proceso natural de solidificar objetos pequeños en un vacío duro. El ejemplo más notable es el polvo en la superficie de la Luna. Se informó que este efecto era un problema con los primeros satélites estadounidenses y soviéticos, ya que pequeñas piezas móviles se unirían.

En términos simples:

Lo que descubrió en su experimento es que el simple contacto no es suficiente para crear una unión permanente de los dos cuerpos.

Una pieza de hierro no es solo una colección de átomos de hierro. En primer lugar, es un cristal, con iones positivos (eliminados algunos de sus electrones externos) que se sientan en los puntos de la red del cristal y que oscilan alrededor de estos puntos de la red con frecuencia y amplitud dependiendo de la temperatura y las fuerzas externas.

Luego hay una nube de electrones, que vaga más o menos libremente por todo el cristal.

Y todo está organizado para que no sientas las cargas eléctricas trabajando internamente, cuando lo tocas en la superficie.

Cuando juntas dos de estas piezas, no pasará nada, ya que excepto un poco de van der Waals, se sentirán fuerzas atractivas en las piezas. Entonces, liberar la presión que los mantiene unidos los hará desmoronarse nuevamente.

Nota: hay un ejemplo extraño: si una de estas piezas es magnética, la otra se pegará, pero incluso esa unión no es permanente. La fuerza magnética es creada por los iones en la red cristalina, que tienen todos sus momentos magnéticos apuntando en la misma dirección.

Entonces, para crear un enlace permanente, se necesita un poco más. Tendrá que calentar los lados que desea pegar, en la medida en que el orden de los cristales se desmorone. Cuando lo calientas, los iones oscilarán más y más fuerte, hasta que abandonen la posición, donde las fuerzas electrostáticas de sus vecinos los mantienen.

Cuando juntas las piezas en este estado, el nuevo orden que se desarrolla cuando las cosas se enfrían, crea una estructura de cristal a través del límite.

Porque muchas cosas suceden en la superficie.

Claro, si tuviera dos superficies de hierro perfectamente limpias, y las pusiera en contacto, se unirían (por ejemplo, soldadura en frío que alguien ya ha mencionado en los comentarios)

El único problema es que hay MUCHO ocurriendo en las superficies.

Primero, pueden no ser perfectamente atómicamente lisos, por lo tanto, el punto de contacto puede no ser demasiado, aunque todavía se uniría.

Más allá de eso hay varios procesos llamados:

Fisisorción : átomos y moléculas que se unen débilmente en la superficie.

y

Quimisorción : átomos y moléculas que se unen fuertemente a la superficie, esto incluye la oxidación del metal y otros efectos que conducen a la corrosión.

Por lo tanto, incluso si no hay oxidación u otras reacciones ocurren, podría haber muchas otras cosas, como moléculas de oxígeno y nitrógeno, unidas débilmente a la superficie, creando efectivamente una capa que evitará que dos superficies metálicas se unan entre sí.

Incluso los gases inter como el helio y el neón se fisionarán en una superficie, ya que hay muchos tipos de “enlaces” no solo enlaces iónicos y covalentes, sino también enlaces mucho más débiles, como Van Der Waals, interacciones dipolares y otros.

Es por eso que los experimentos en superficies siempre se realizan en vacío ulta alto (~ [matemática] 10 ^ {- 9} [/ matemática] mbar)

La primera razón es que las superficies no son lisas, pero tienen muchos picos y canales. Los materiales generalmente no se acercan lo suficiente como para que se formen enlaces.

Como otros han señalado, la superficie a menudo tiene un recubrimiento de óxido. Por lo tanto, si desea realizar una soldadura en frío, entonces se debe quitar el recubrimiento de óxido de la superficie, y las superficies deben hacerse lo más lisas posible.

Incluso entonces existe el problema de que las moléculas de gas se absorben en la superficie, y una monocapa se formará muy rápidamente y se adherirá con bastante fuerza. Si se va a realizar una soldadura en frío, esas moléculas de gas deben ser desorbidas, lo que requiere un vacío intenso.

Gracias al sólido por formar inicialmente enlaces covalentes simples entre los átomos. Los electrones en los enlaces se deslocalizarán, para formar el estado metálico, pero para unirle otra pieza de metal, las dos superficies deben acercarse lo suficiente como para que las distancias entre los átomos de las diferentes piezas sean aproximadamente las mismas dentro de cada una. pedazo. Por lo tanto, las superficies deben ser extremadamente lisas y no debe haber nada en el camino, por así decirlo.

Fuuuuuuck …

Me acabas de dar cuenta de que he olvidado casi todo acerca de las uniones atómicas.

Pero por lo que recuerdo, el hierro es un metal, lo que significa que sus átomos nunca se unen “físicamente”. En cambio, se “colocan” lo suficientemente cerca el uno del otro como para que sus campos de elecron se toquen ligeramente.

Los electrones de cada átomo pueden compartir los campos y por eso los metales conducen la electricidad, los electrones viajan alrededor de la pieza de metal, más o menos.

Los átomos se atraen entre sí debido a los campos electrostáticos entre iones metálicos cargados posotivamente y electrones de conducción. Por lo tanto, el nukleus con carga positiva se siente atraído por la nube de electrones con carga negativa.

Esto se llama unión metálica y es responsable de la mayoría de las propiedades de un metal.

Eso es todo, definitivamente hay más que decir, pero esto debería darle una base de comprensión.

EDITAR:

De las otras respuestas y un poco de investigación, demostró que estaba un poco equivocado.

En primer lugar, el hecho de que los átomos de los metales se unen mediante campos electrostáticos solo es importante cuando se tocan 2 piezas de metal.

La razón principal por la que no se unen debido a la oxidación. Eso significa que hay otra capa de átomos no metálicos en la superficie y los átomos metálicos no pueden acercarse lo suficiente como para unirse entre sí.

Otra razón menor es que la superficie podría no ser perfectamente lisa a nivel atómico, por lo que no todos los átomos se unen.

PD: No sé casi nada sobre este tema, pero es un tema que disfruto estudiar y he oído que la mayoría de las personas están en contra de las personas que responden preguntas que no están 100% seguras de que sean correctas, estoy de acuerdo. Sin embargo, investigué un poco y siento que lo entiendo lo suficiente.