¿Qué sucede cuando atraviesas la materia sólida? ¿Qué ataduras rompes y por qué no se restauran esas ataduras cuando desaparece el cuchillo?

La materia se mantiene unida por una variedad de fuerzas. Los átomos individuales se mantienen unidos por fuerzas intraatómicas como la fuerza fuerte (que une protones y neutrones en el núcleo) y las fuerzas electrostáticas y cuánticas que mantienen a los electrones en órbita a varios niveles de energía llamados orbitales. Entre átomos, fuerzas electrostáticas similares hacen que los electrones de los átomos interactúen de manera que provoquen equilibrios y desequilibrios de carga eléctrica neta entre los átomos, lo que hace que esos átomos se agrupen en moléculas.

Entre moléculas, estas fuerzas electrostáticas continúan teniendo un efecto, aunque más pequeño; áreas localizadas de carga negativa o positiva relativa que están expuestas a través de la deslocalización de electrones (los electrones que se “comparten” entre los átomos de una molécula son atraídos con mayor fuerza a un átomo sobre otro, creando una carga negativa relativa en el área del átomo que atrae el electrón y una carga positiva relativa alrededor del otro átomo).

Estas interacciones electrostáticas más débiles entre las moléculas son conocidas, junto con una serie de fuerzas intermoleculares relacionadas, como el “enlace de hidrógeno” (una atracción electrostática formada específicamente entre átomos de hidrógeno con electrones deslocalizados y otros átomos de moléculas vecinas), como “fuerzas de van der Waals”. “. Estas fuerzas son las que evitan que los sólidos fluyan como líquidos y evitan que las moléculas líquidas se evaporen como gases. La relativa fuerza y ​​debilidad de estos mismos enlaces es la razón por la cual algunos materiales son duros y frágiles, mientras que otros son más blandos y maleables.

Cuando separas mecánicamente una masa de una sustancia en dos pedazos usando la fuerza, estás superando estas fuerzas de van der Waals en el área en la que aplicas la fuerza. Estas mismas fuerzas se superan cuando aprietas un pedazo de arcilla en tus manos, o doblas un pedazo de metal o hierves agua. En todas estas circunstancias, está suministrando energía al material, lo que supera la energía inherente a las interacciones de van der Waals y, como resultado, el material se reorganiza, formando nuevos enlaces.

Excelente pregunta Esencialmente, un cuchillo es una herramienta para concentrar la fuerza en un área muy pequeña, creando una gran cantidad de presión en una sola línea. Cada enlace molecular tiene un límite de cuánto estrés puede soportar. Si la fuerza que aplica se concentra en pocos enlaces suficientes que excedan su fuerza, entonces esos enlaces se rompen.

La mayoría de las cosas que cortarías con un cuchillo están unidas por enlaces codiciosos, que conectan largas cadenas de moléculas orgánicas. Cuando esos enlaces se rompen, tienes moléculas inestables colgando del extremo, que son muy reactivas. Tienden a reaccionar muy rápidamente con lo que esté a la mano, incluso entre ellos. Los extremos colgantes se resuelven muy rápidamente, por lo que si quitas el cuchillo y vuelves a unir las piezas, no tienen fuerza impulsora para volver a unirse. Químicamente, has obligado a una sola masa a convertirse en dos masas separadas.