Почему после погружения в жидкий азот материалы становятся хрупкими
Охлаждение делает одни материалы очень хрупкими, а свойства других почти не меняются. В чем же тут дело?
Практически любые предметы могут стать хрупкими и ломкими при охлаждении до достаточной температуры. Эффектнее всего выглядит заморозка в жидком азоте роз — после падения на пол они разбиваются как фарфоровые кружки, чего от обычных цветов никак не ожидаешь. Чем обусловлена такая метаморфоза?
Для начала следует разобраться в различии между понятиями «твердость» и «хрупкость». Алмаз считается самым твердым материалом, однако при этом он и довольно хрупок. Твердость представляет собой способность материала сопротивляться внедрению в него другого объекта. Хрупкость же означает склонность материала к разрушению при определенном воздействии. То есть, несмотря на то, что алмаз очень хорошо сопротивляется внедрению другого материала, его все же нетрудно разрушить, если знать, вдоль каких кристаллических плоскостей прикладывать силу.
Из-за особой структуры у некоторых твердых материалов физические свойства почти не меняются с понижением температуры. Например, бумага не становится более хрупкой при температуре жидкого азота, так как состоит из множества древесных волокон, взаимное расположение которых слабо меняется при охлаждении. Цепь может вести себя точно так же — сталь станет хрупкой, но звенья все равно будут скользить через друг друга и сама цепь будет изгибаться, несмотря на то, что сталь, из которой она сделана, может разбиться при хорошем ударе молотком.
Но внутри многих других материалов происходят серьезные изменения. При комнатной температуре их молекулы и атомы могли двигаться друг относительно друга, что позволяло объекту деформироваться. Но при охлаждении энергия, а значит и свобода перемещения, их атомов и молекул стала ниже, из-за чего деформационные способности вещества также стали хуже. В результате материал стал хуже сопротивляться разрушению из-за снижения пластичности, которая раньше позволяла хоть как-то скомпенсировать механическое воздействие.
По материалам University of Illinois at Urbana-Champaign
