金属越硬就越脆吗
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所谓“硬”就是抵抗压强导致的形变的能力。所谓“脆”就是忍受形变的能力很小,延展性差,稍有形变就会遭到破坏。
不过需要说明的是,这个问题本身并不普遍成立。比如,钢铁硬而韧,石墨软却脆。这里只针对成立的情况做一些说明。
为了说得更清楚,我们先列举几个硬东西:金刚石、大理石、蓝宝石、水晶、玻璃。我们再列举几个延展性好的软东西:橡皮筋、塑料袋、我们的皮肤。
不知道你注意到没有,这两类东西更大的区别在于,硬的东西都是直接通过原子的共价化学键相连的(注意,玻璃不是晶体,但其内部也是通过共价键相连的,只是没有周期结构而已),而软的东西都通过氢键和分子间力拴在一起。
这样问题就很简单了,共价键的强度远大于氢键和分子间力,因此共价键很难被拉开,分子间力却很容易被破除。在产生相同的形变时,以共价键相连的物体需要更多的功,于是表现得“硬”。但共价键本质上是原子外层电子波函数的叠加,所以作用范围非常小,跟原子的尺度是一样的。
也就是说,共价键稍微被拉远一些就无法继续保存了。而分子间力不要求波函数直接叠加,所以作用范围大得多(比如橡皮筋中的分子间力主要依靠熵增)。于是,硬的东西往往比软的东西“脆”。
注意,我在这里回避了金属键的软硬问题,因为金属的软硬分析比较复杂,要分析具体的晶体结构,要分析位错的生长,以及具体的杂质带来的位错钉扎。
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