Come mai le cose dure si rompono e quelle morbide si deformano?
Rompere qualcosa diventa un dramma per la maggior parete delle persone. Sarebbe, invece, molto utile studiare gli oggetti nel momento in cui si rompono, per poter stabilire se sono fragili come il vetro oppure duttili come il ferro.
Una palla da tennis non si rompe, perchè riesce ad assorbire l’energia della collisione. Il vetro invece, va in pezzi se viene colpito. Il motivo per cui certi oggetti restano intatti dopo un urto e altri si rompono, dipende dal comportamento dei legami chimici al loro interno.
Un solido si può considerare come un agglomerato di atomi tenuti insieme da legami chimici.
Quando questa struttura viene tirata, ogni legame reagisce allungandosi e sopportando una parte dell’estensione. Oltre un certo punto critico, il legame si spezza: quando cede un numero sufficiente di legami, il solido si frattura.
Ma, alcuni ricercatori hanno notato che materiali resistenti cedono a livelli di sollecitazione molto meno intensi di quelli necessari per rompere i loro legami chimici. Ciò dipende dal fatto che la resistenza di un materiale non è solo direttamente proporzionale alla forza dei suoi legami, ma dipende anche dai punti deboli provocati da difetti o incrinature all’interno della struttura.
I materiali fragili come il vetro si spezzano lungo microscopiche fratture.
Quando due strati di atomi vengono separati lungo un difetto di questo tipo, la sollecitazione si concentra all’estremità della incrinatura, i legami chimici in questa zona si spezzano per primi, l’incrinatura si apre come una cerniera lampo e gli strati di atomi si separano lungo un piano di frattura. Se questo accade nello stesso tempo per più incrinature, il vetro si rompe.
I materiali duttili invece, si rompono lungo un piano inclinato rispetto ad una frattura microscopica.
Gli atomi che si trovano lungo questo piano scorrono l’uno rispetto all’altro e in questo modo riducono la sollecitazione sui legami chimici a livello dell’incrinatura. Questo processo assorbe grandi quantità di energia, rendendo i metalli molto duttili e più sicuri per la costruzione di oggetti progettati per resistere a collisioni intense.
