Cuando un material se agrieta por la exposición a una fuerza abrumadora (como ser golpeado por un martillo), ¿qué sucede, a nivel atómico, a los enlaces químicos que forman el material? ¿Cómo se rompen? ¿Qué les sucede a los electrones que hacen que los enlaces y el material se rompan?

Hay una serie de fuerzas inter e intraatómicas que mantienen unida una molécula, y creo que sería más instructivo si observamos su problema desde el punto de vista de qué fuerzas se superan al romper los enlaces necesarios para mantener unido el material. Primero, podemos ignorar las fuerzas intraatómicas: estas mantienen unidos a cada átomo (las fuerzas nucleares: fuerza fuerte / fuerza débil) y, por lo tanto, se concentran en las fuerzas interatómicas, que son de naturaleza vibratoria y electrónica.

Las fuerzas interatómicas involucradas en el intercambio de un par de electrones entre los átomos es una serie compleja de interacciones hasta el nivel cuántico, pero incluir todos estos procesos llevaría páginas, así que me centraré en el nivel de introducción a la química de la universidad. .

Manteniendo una molécula unida están los enlaces entre los átomos, los enlaces están típicamente compuestos de un par de electrones (o dos), con cada átomo contribuyendo electrón (es) para formar el enlace. Si agregamos energía a la molécula, digamos pasándola a través de una corriente de electrones (como los creados en una bombilla incandescente) o una corriente de gas ionizado que se ha acelerado a momentos precisos, podemos determinar la energía necesaria para romper vínculo y qué vínculo se rompió.

En este experimento, se requieren energías del orden de keV para ionizar un electrón y romper el enlace, [McLafferty, et. al.] mientras que se requieren energías en las meras decenas de eV para romper el enlace usando el impulso para superar la energía vibratoria [Enke & Yost, et. Alabama.]. Cuando se rompe el enlace, los fragmentos que resultan pueden ser neutros o cargados (ionizados). Los iones positivos se unirán a un electrón o fragmento suelto y los iones negativos contribuirán correspondientemente a su electrón de reserva, ya que todos deben ser neutros al final.

Supongo que por el golpe con un martillo excitarás vibraciones, llamadas fonones, en el material. Por cierto, los fonones no tienen nada que ver con los fotones. Los fonones son la analogía mecánica cuántica de las vibraciones. Entonces, básicamente, todos tus átomos se mueven. Esto significa que la distancia entre los socios variará durante este movimiento. En algún momento, la distancia variable entre los socios no debería permitir que los electrones mantengan el enlace y el electrón permanezca en un compañero del enlace. Supongo que está más cerca. En casos particulares, esto puede llevar a que se cargue a uno de los socios (por ejemplo, si quita la cinta adhesiva de una superficie). En general, ambas piezas permanecerán neutrales. Supongo que la probabilidad de que el electrón permanezca con el compañero A o el compañero B del enlace será muy similar, por lo que a gran escala no debería ver ninguna carga restante.

¿Cómo se rompen?
Se rompen físicamente. Esto no tiene que ser un evento químico o mecánico cuántico. Puede ser tan simple como cortar tela o estirar hasta obtener el rendimiento.

¿Qué pasa con los electrones?
Como supones, estos enlaces rotos crean electrones adicionales y vacantes de valencia. Ambos tipos de sitios se vuelven altamente reactivos. Casi instantáneamente recogerán un oxígeno del aire o algún donante de electrones de cualquier polvo perdido a su alcance.

Lo que pasa es que los lazos se rompen, sí.
Pero exactamente lo que sucede depende del metal.

Por ejemplo, el aluminio formará rápidamente una capa de óxido. Los metales inertes no formarán una capa tan gruesa ni tan rápido.

La energía que transfiere del martillo se convierte en calor dentro del material.