Springen naar inhoud

Scheikunde + natuurkunde


  • Log in om te kunnen reageren

#1

vardarac

    vardarac


  • 0 - 25 berichten
  • 20 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 19 december 2007 - 19:50

Ik dacht altijd dat je het breekpunt van een materiaal (glasplaat, ijzere buis, of zelfs complexe moleculen zoals hout) zou kunnen herleiden aan de hand van de elementaire eigenschappen. Maar ik zie dat dit niet zo is.
Deze eigenschappen worden een stuk onbelangrijker wanneer je op grotere schaal gaat kijken.
Dan heeft de eigenschappen van de molecuul meer impact op de sterkte van een materiaal.


De kracht waarmee atomen aanelkaar zitten dankzij electronen hebben niets te maken met het breekpunt van een materiaal op het nivo van materiaalkunde toch?
Een plank hout breekt volgens mij niet op het punt waar twee atomen aanelkaar zitten dankzij een electronen uitwisseling (covalente binding)

Ik heb het idee dat als materiaal breekt of scheurt, dit een verbreking betreft van intermoleculaire krachten.

Klopt mijn beredenering hierin?




Ik probeer (uiteindelijk) een amateuristisch inzicht te krijgen in hoe atomaire eigenschappen zich uiteindelijk laten vertalen naar materiaal en natuurkundige eigenschappen.
Van elektronegativiteit naar smelttemperatuur.
Van electronenconfiguratie naar soortelijke geleiding.

Dit forum kan gratis blijven vanwege banners als deze. Door te registeren zal de onderstaande banner overigens verdwijnen.

#2

Benm

    Benm


  • >5k berichten
  • 8795 berichten
  • VIP

Geplaatst op 19 december 2007 - 22:37

Je redenering daarin klopt, zeker voor wat de plank betreft. Een plank bestaat tenslotte niet uit 1 molecuul, maar uit vele met allerlei krachten daartussen die het (min of meer) tot 1 geheel maken.

Maar ook bij zuivere stoffen is het zelden te herleiden tot de bindingen tussen de atomen. Een stuk ijzer hangt bijvoorbeeld wel helemaal aan elkaar onderling verbonden atomen in een kristalrooster, maar in realiteit zal het toch breken daar waar er defecten in dat rooster zijn ontstaan.
Victory through technology

#3

vardarac

    vardarac


  • 0 - 25 berichten
  • 20 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 20 december 2007 - 09:12

Je redenering daarin klopt, zeker voor wat de plank betreft. Een plank bestaat tenslotte niet uit 1 molecuul, maar uit vele met allerlei krachten daartussen die het (min of meer) tot 1 geheel maken.

Maar ook bij zuivere stoffen is het zelden te herleiden tot de bindingen tussen de atomen. Een stuk ijzer hangt bijvoorbeeld wel helemaal aan elkaar onderling verbonden atomen in een kristalrooster, maar in realiteit zal het toch breken daar waar er defecten in dat rooster zijn ontstaan.

Maar het zal zelden zo zijn dat die defecten al helemaal door het materiaal lopen.
Nieuwe defecten onstaan juist door het verbuigen.
Dus in het geval van het ijzer verbreek je verbindingen van ferro elementen handmatig.

Op het moment dat je een verbreking maakt zullen de ferro deeltjes zich anders gaan positioneren en zal er geen sprake meer zijn van een atomaire verbinding, maar van een moleculaire verbindingen. Wanneer voldoende atomen losgetrokken zijn van elkaar en de nu 2 delen van het stuk ijzer voornamelijk aanelkaar hangen door intermoleculaire krachten, kan je het breken.

Klopt deze gedachte?



Andere gedachte:
Een materiaal heeft tijd nodig om een kracht te kunnen verdelen om te voorkomen dat het breekt.
We nemen een glazen plaat.
De plaat rust op twee punten aan de uiteindes.
We drukken nu langzaam op het midden van de plaat met een pneumatische pers, totdat we de maximum buiging van het materiaal bereikt hebben. (een paar keer een nieuwe plaat halen na vele gebroken te hebben)
We weten nu wat een veilige doorbuiging is van de plaat.

Nu 'schieten' we de pneumatische pers op de plaat. De pers zal precies stoppen op het punt van maximale doorbuiging, echter wordt de verbuiging in een extreem korte tijd uitgevoerd.

Volgens mij breekt het glas nu omdat we de moleculaire structuur geen tijd gunnen om de kracht te 'absorberen'.
De kracht wordt daardoor direct gericht op de atomaire en moluculaire verbindingen op de plek waar de pers kracht uit oefend op het materiaal.

Dus hieruit zou ik concluderen dat het breekpunt van een materiaal wordt bepaald door de kracht van de moluculaire en atomaire verbinding van het materiaal, en de snelheid waarmee deze van vorm kunnen veranderen.

Klopt dit nog zo'n beetje?

#4

vardarac

    vardarac


  • 0 - 25 berichten
  • 20 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 28 december 2007 - 15:01

Bijgebrek aan respons, zal ik maar overgaan op de fictie gedeelte van mn draadje.

Ik wens een model te ontwerpen voor een atomen simulatie.
Echter slechts losjes gerelateerd aan onze atomen.

De subatomaire deeltjes betreffen massa-loze vertexen, waarvan 3 een polygoon vormen die de basis vormen van onze 3d-rendersystemen.

De eigenschappen van de vertexen en combinatie hiervan moeten dan het gedrag bepalen van de polygonen.
Zeg maar een atomair systeem geoptimaliseerd voor een digitale omgeving.

Materiaal moet een breekpunt hebben.
Dit wordt veroorzaakt door onzuiverheden (stress-punten bij krachtverdeling), de flexibiliteit van de afstand van de atomen en de kracht waarmee de atomen en/of moleculen aan elkaar kleven.

Deze verscheidenheid aan verbindingen wil ik versimpellen en in een simulatie zetten.
De functie van de electronen worden vertegenwoordigd door een binaire reeks.

Bij een collision kan de kracht in een bepaalde tijdsverloop omgezet worden in een vervorming, of een andere energie (een soort van termische energie), wanneer de hoeveelheid kracht te groot is om omgezet te worden in een vervorming, zal deze de kracht overstijgen waarmee de atomen aan elkaar hangen.

Dat is teminste het idee erachter.

Vandaar dat ik deze vragen stel.

Weet iemand trouwens een goed boek over de inherente eigenschappen en emerging properties van atomen (en sub-atomaire deeltjes) die geschikt zou kunnen zijn?

#5

Marko

    Marko


  • >5k berichten
  • 8935 berichten
  • VIP

Geplaatst op 28 december 2007 - 17:37

De reden dat je weinig respons krijgt is omdat je redenering voor een deel wel klopt, maar op een aantal punten de mist in gaat. Het is echter moeilijk aan te geven waar nu net de pijnpunten zitten. Het lijkt erop dat je beeld van moleculen en atomen niet helemaal klopt.

Om terug te keren naar je eerdere bericht:

In het geval van ijzer is er geen onderscheid tussen atomen en moleculen. In een stof als water is dat er wel: 1 molecuul water bestaat uit een zuurstofatoom met 2 waterstofatomen eraan. De krachten tussen de atomen in het molecuul zijn heel anders (o.a. sterker) dan de krachten tussen de moleculen onderling. In ijzer is dat onderscheid er niet. De atomen zijn in een 3d-rooster gerangschikt, en zitten daarin op een evenwichtsafstand van elkaar. Ga je aan het materiaal trekken, dan verander je de afstand tussen de atomen, die daardoor niet meer op hun evenwichts-afstand zitten. Dat kost energie, en dat is dus de kracht die je moet uitoefenen.

Die energie wordt beschreven middels de Lennard-Jones potentiaal. Die potentiaal beschrijft ook hoeveel energie het kost om de atomen oneindig ver van elkaar te brengen, oftewel de binding te verbreken.

Zoals gezegd zitten de atomen in een 3d-rooster; Een atoom ondervindt dan dus interacties met buren in alle richtingen. Op een plaats waar een "defect" in het materiaal zit, dat 3d-rooster niet meer volledig, en zijn er dus ook minder interacties. Daarom is de sterkte daar minder, en zal in eerste instantie daar de breuk optreden.

Er is geen sprake van anders positioneren, of een overgaan van atomaire krachten naar moleculaire krachten.

Je hebt wel gelijk dat je 2 atomen, die met een covalente binding aan elkaar zitten, niet zomaar uiteen trekt, en dat het breken of scheuren van een materiaal (normaal gesproken) samenhangt met het verbreken van intermoleculaire krachten. Echter, in het geval van ijzer is er dus geen sprake van een verschil tussen atomen en moleculen.


Wat je met je simulatie van plan bent wordt me niet helemaal duidelijk.

Cetero censeo Senseo non esse bibendum


#6

vardarac

    vardarac


  • 0 - 25 berichten
  • 20 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 03 januari 2008 - 15:13

KNIP

In het geval van ijzer is er geen onderscheid tussen atomen en moleculen.

Dat heb ik door. Als je een plaat ijzer breekt, breek je de atomaire verbinding

In een stof als water is dat er wel: 1 molecuul water bestaat uit een zuurstofatoom met 2 waterstofatomen eraan. De krachten tussen de atomen in het molecuul zijn heel anders (o.a. sterker) dan de krachten tussen de moleculen onderling. In ijzer is dat onderscheid er niet. De atomen zijn in een 3d-rooster gerangschikt, en zitten daarin op een evenwichtsafstand van elkaar. Ga je aan het materiaal trekken, dan verander je de afstand tussen de atomen, die daardoor niet meer op hun evenwichts-afstand zitten. Dat kost energie, en dat is dus de kracht die je moet uitoefenen.

Dit verschil tussen een materiaal dat 1 molecuul is en dat vele moleculen zijn vertaald zich naar get gemak waarmee je het materiaal kan opdelen.
Ze berusten op twee totaal verschillende principes.
Maar ook in de twee verschillende principes heb je verschillende bindings krachten volgens mij.
Een massive klont goud en een massive klont ijzer zullen zich met verschillende krachten laten vervormen en breken. Deze variatie komt voort uit de hoeveelheid electronen waarmee de atomen zich verbinden, en de aantal atomen die met elkaar verbinden. klopt?

Ook verbindingen tussen molukulen kunnen qua kracht verschillen, komt dit door de negatieve of positieve lading van de molukulen?

KNIP

Wat je met je simulatie van plan bent wordt me niet helemaal duidelijk.

Een idee waarbij een gesimuleerde omgeving bestaat uit objecten die hun functie bepaald wordt door hun eigenschappen, eigenschappen die gevormd zijn door hun sub-componenten. In de werkelijkheid heeft een bijl geen ingeprogrammeerde lijst van gevolgen. Er staat nergens in de buil dat als je ermee slaat tegen een boom, de boom uiteindelijk omvalt. Bij games is dat wel het geval.
Wat zou er gebeuren als je geen voorwerpen maakt maar alleen materiaal met eigenschappen.

Om de werkelijkheid te simuleren is ondoenlijk.
Een speelgoed versie van de natuurwetten is dan nodig om het een beetje te behappen.
In dit geval denk ik dat mijn gebrek aan kennis op dit gebied zelfs een voordeel is.


Ik moet je link nog bestuderen. Excuses als ik vragen heb gesteld die eigenlijk al beantwoord wordt in je link.

#7

Benm

    Benm


  • >5k berichten
  • 8795 berichten
  • VIP

Geplaatst op 03 januari 2008 - 15:25

Ik denk dat het heel moeilijk zal worden iets zinnigs te zeggen over macro-eigenschappen als breuksterkte of buigbaarheid van een materiaal op basis van de chemische samenstelling alleen.

Dat geldt overigens voor veel eigenschappen van materialen, de uiteindelijke waarden worden vrijwel altijd experimenteel vastgesteld. Je kunt soms aan de chemische samenstelling best iets zeggen (bijv dat het kookpunt van butaan hoger ligt dan dan van propaan), maar zelfs in zulke simpele moleculen en eigenschappen worden de feitelijke waarden gemeten en is berekening uit de structuur al tamelijk ondoenlijk.
Victory through technology

#8

vardarac

    vardarac


  • 0 - 25 berichten
  • 20 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 09 januari 2008 - 16:14

Ik denk dat het heel moeilijk zal worden iets zinnigs te zeggen over macro-eigenschappen als breuksterkte of buigbaarheid van een materiaal op basis van de chemische samenstelling alleen.

Dat geldt overigens voor veel eigenschappen van materialen, de uiteindelijke waarden worden vrijwel altijd experimenteel vastgesteld. Je kunt soms aan de chemische samenstelling best iets zeggen (bijv dat het kookpunt van butaan hoger ligt dan dan van propaan), maar zelfs in zulke simpele moleculen en eigenschappen worden de feitelijke waarden gemeten en is berekening uit de structuur al tamelijk ondoenlijk.


Maar er zijn toch zeker wel theoretische stellingen hierover?
En in een gesimuleerde omgevingen zijn deze toch neem ik aan ook getest?
Natuurlijk is het niet practisch om met atomaire formules te proberen om macro eigenschappen te herleiden. De afwijkingen die onstaan zijn groter dan wanneer je formules gebruikt die afgeleidt zijn door experimenten op macro nivo.

Maar in een gesimuleerde omgeving bestaat deze afwijking niet, en dan zou je na een lange simulatie kunnen vaststellen dat die miljarden atomen inderdaad resulteren in een macroscopische eigenschap die aardig op de werkelijke eigenschappen lijken.



Bedenk nu dat wat ik wil, gebaseerd is op dit principe, maar veel simpeler.

Complex genoeg om de verscheidenheid van onze scheikunde/natuurkunde te benaderen, maar simpel genoeg om het te kunnen behappen met een fysics-engine op een standaard game-pc op een realtime snelheid.

#9

vardarac

    vardarac


  • 0 - 25 berichten
  • 20 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 25 januari 2008 - 10:34

Welke termen moet ik naar gaan zoeken als ik wil weten op welke afstand atomen elkaar beginnen te beinvloeden? (electronen uitwisseling) en welke factoren deze afstand kunnen beinvloeden?





0 gebruiker(s) lezen dit onderwerp

0 leden, 0 bezoekers, 0 anonieme gebruikers

Ook adverteren op onze website? Lees hier meer!

Gesponsorde vacatures

Vacatures