Zerbrochenes reparieren (Chemie)

Hallo, ich habe eine Frage die mich seit laengerem beschaeftigt, sie bezieht sich auf Zerbrochene, makroskopische Objekte, (insbesondere Metalle).

Angenommen ich fuehre einen mehr oder weniger "sauberen" Bruch eines Metallstueckes herbei. Sauber soll in diesem Zusammenhang heissen, dass die beiden Bruchflaechen aus makroskopischer Sicht wieder ineinanderpassen wuerden.

Meine Frage ist nun, was die Atome der beiden Stuecke daran hindert sich wieder zu einem Gesamtstueck zusammenzusetzen, wenn man nur genuegend kraeftigt drueckt? (Oder passiert es tatsaechlich irgendwann, wenn ja, wieviel Kraft/Flaeche waere dafuer noetig, bspw. bei reinem Eisen oder Aluminium)?)

Allerdings muesste doch (bei Bruchflaechen mit geringem Querschnitt die von Menschen (durch anstaendige Maschinen) erzeugbare Kraft ausreichen, oder nicht?

Meine Frage bezieht sich hauptsaechlich auf Metalle, ich denke sowohl bei Ionen- als auch Elektronenpaarbindungen wuerde nicht allein der Anpressdruck reichen

Viele Gruesse

fisted

Nimm nen Lötkolben, dann festigt sich das wieder ;)

Hm, interessante Frage. Mal schauen, was die Physikprofis hier dazu zu sagen haben.

Ich bin zwar kein Werkstoffkundler, aber ich würde sagen, dass sich das mit dem Metallgittermodell erklären lässt. Die Metallionen ordnen sich starr im Gitter an, zerstört man dieses, sind beide Bruchstücke für sich wieder starr. Eine Zusammenführung ist nur möglich, wenn man den Teilchen die selbständige Anordnung möglich macht, sprich durch Einschmelzen.

Ist jedoch nur meine Vermutung, mal abwarten, was die Profis dazu sagen.
@chen
@PetersKekse

mach die beiden seiten flüssig und füge sie dann wieder zusammen, das beantwortet deine frage der "aufzubringenden energie" hoffe ich

falls ich da falsch liege berichtigt mich

@fisted
Das Problem dabei ist, dass die Bruchstellen ziemlich aktiv sind und sofort entweder oxidiert werden oder andere Moleküle an der Oberfläche adsorbieren.

Theoretisch müsste man in einem perfekten Vakuum und wenn man die Bruchstücke auf atomarer Skalierung richtig aneinanderführt beide wieder verbinden können und das ganz ohne Mühe da es dann keine repulsiven Wechselwirkungen zwischen Oxidschichten o.ä. mehr gibt. Aber das ist eher Spekulation, da selbst im Ultrahochvakuum noch genug Moleküle rumschwirren um das Zusammenfügen unmöglich zu machen.

Ausserdem muss man noch anfügen, dass gerade an scharfen Bruchkanten auf atomarer Ebene die thermische Energie für Bewegungen der Atome ausreichen müsste, so dass sie sich neu anordnen um das Verhältnis aus Oberfläche zu Volumen möglichst klein zu halten. Das dürfte dann aber Temperaturabhängig sein. Je dichter am Schmelzpunkt umso homogener wird die Oberfläche wieder.

Also der Neuanordnung dürfte man wohl mit der entsprechenden Kraft entgegenwirken können, aber die Oxid- bzw Adsorbatschichten vermiesen einem das trotzdem. Selbst wenn man die Randbereiche annähernd bis zur Schmelze erhitzt und dann ordentlich mitm Hammer drauf rumdengelt, bleibt eben immer noch ein Bereich mit erhöhtem Oxidanteil o.ä..
Wenn mans wirklich wieder homogen zusammen haben will bleibt wohl nur Einschmelzen.

@Zotteltier

vergess mal deine ganzen oxid geschichten und co, der thread ersteller wollte denk ich mit dem satz

fisted schrieb:Angenommen ich fuehre einen mehr oder weniger "sauberen" Bruch eines Metallstueckes herbei.

sagen das es quasi ein perfekter sauberer bruch ist, ohne das dieser dann direkt beeinflusst wird. das würd es nur kompliziert machen.

@fisted

ich würds mir eher wie 2 "perfekte" glasscheiben vorstellen die man aneinander legt. die würden ja auch nicht einfach "verschmelzen" sie sind einfach starr und müssen wieder verbunden werden. dies tun sie aber nicht im festen zustand

@aatc84
Wenn man die Adsorbate und co vernachlässigt und die Bruchstelle schön starr bleibt dann müsste man die so wieder zusammensetzen können ohne Kraftaufwand. Die repulsiven Wechselwirkungen sind zunächst wesentlich schwächer, auch wenn man nur von bindenden van der Waals Kräften ausgeht. Man bräuchte dafür aber ne Menge Fingerspitzengefühl um die Teile sauber auf atomarer Ebene wieder zusammenzuführen. ;)

Ich denke das liegt nich alzu viel in der Kraft.
Wärme spielt eine wichtige Rolle.
Warum ?
In normal/kalten zustand sind die Elektronen/Moleküle/Ionen oder was auch immer starr, jedoch wenn du sie erwärmst beginnen diese immer heftiger (je mehr die Temperatur ansteigt) sich zu bewegen, so können sie dann wieder "zusammengefügt werden"

Normalzustand = Starr
Enegergiezufuhr (zbsp Wärme) = Elektronen bewegen usw.
Neuer Zustand ...
Usw.


Tut mir leid soviel aus meinem Chemie wissen...
Vielleicht hätte ich doch eher mehr aufpassen sollen =)

Wer guten Metallkleber braucht, PN an mich.

Ich kann da nur Kaltverschweißen nennen.

Wikipedia: Kaltverschweißen

@Zotteltier

vergess mal deine ganzen oxid geschichten und co, der thread ersteller wollte denk ich mit dem satz

fisted schrieb:
Angenommen ich fuehre einen mehr oder weniger "sauberen" Bruch eines Metallstueckes herbei.

sagen das es quasi ein perfekter sauberer bruch ist, ohne das dieser dann direkt beeinflusst wird. das würd es nur kompliziert machen.

nein, ich meinte mit "mehr oder weniger sauber" nicht "perfekt sauber auf atomarer ebene" (?) ^^ Nichts fuer Ungut.
Zotteltier's Antwort war die nach der ich gesucht habe, daran dass solche Flaechen quasi sofort oxidieren hatte ich gar nicht gedacht.

aatc84 schrieb:@fisted

ich würds mir eher wie 2 "perfekte" glasscheiben vorstellen die man aneinander legt. die würden ja auch nicht einfach "verschmelzen" sie sind einfach starr und müssen wieder verbunden werden. dies tun sie aber nicht im festen zustand

Um naeher am Beispiel zu sein (Glasmolekuele sind anders gebunden als Metallatome) denken wir uns stattdessen 2 ebenso glatte Metallplatten.
Klar weiss man in der Praxis dass nicht verschmelzen, aber die Frage bleibt (bliebe ohne Zotteltiers Antwort ;)) doch die gleiche: Druecke ich die Platten aufeinander druecke ich letztlich Atome gegeneinander -> aequivalent zur Eingangsfrage.

Aber Zotteltier hats ja aufgeloest, vielen Dank dafuer
Und da man zum Zerbrechen offensichtlich Energie aufwenden muss, ist es auch plausibel, wie Du sagstest, dass beim unoxidierten Zusammensetzen wieder Energie frei wuerde.

Viele Gruesse

ILoveCookies schrieb:In normal/kalten zustand sind die Elektronen/Moleküle/Ionen oder was auch immer starr, jedoch wenn du sie erwärmst beginnen diese immer heftiger (je mehr die Temperatur ansteigt) sich zu bewegen, so können sie dann wieder "zusammengefügt werden"

Das ist m.E. nicht richtig, wir sind bei Raumtemperatur immerhin "schon" etwa 300 Grad Celsius ueber dem Punkt an dem nichts mehr schwingt



haha und leute, es geht nich darum dass ich irgendwas konkretes zerbrochen habe und nun wieder flicken will. Die Frage ist theoretischer Natur, Kleber und Loetkolben sind Workarounds;)

@fisted
Stahlschlag hats genannt, Kaltverschweißen. Wenn man zwei Metallkörper mit sehr hoch vergüteten Oberflächen(sehr glatt und eben) aneinanderdrückt, erhält man eine stabile Verbindung. Genau das gleiche sollte bei einem unregelmässig gebrochenen Metallstück funktionieren, es ist allerdings praktisch unmöglich die beiden Bruchstücke vollkommen passgenau zusammenzuführen. Wenn man das nicht schafft, verformt man die sehr unregelmässige Bruchkante sehr leicht.

Es gibt z.B. hydraulische Pressen zur Anfertigung von Presslingen für die Infrarotspektroskopie, die mit äußerst glatten Stempeln arbeiten. Bringt man zwei saubere Stempel aufeinander (ohne zusätzlichen Druck), dann wars das. Die kann man dann nur noch wegschmeißen.

Nachtrag zu den Oxidschichten: Meistens bricht die Oxidschicht wenn man die Metallkörper zusammendrückt.

oh, hatte stahlschlags antwort bisher uebersehen, vielleicht weil sie so kurz ist.

Damit ist meine Frage beantwortet, vielen Dank an die Beantworter :)!

lg
fisted

ich versteh das nicht.

Den Effekt des Kaltverschweißens kann man in Metallbau
auch bei einem Winkelmessgerät sehen. (Spez.Namen des Gerätes
weiß ich gerade nicht mehr). Mit sowas habe ich früher gelegenlich
mal gearbeitet.

Dort unterlegt man auch den Winkelmesser mit geeichten Edelmetallplättchen
verschiedener Dicke, bis man den zu messenden Winkel erreicht.
Dabei werden die Edelmetallplättchen zum Unterlegen mit feinstem
Leder fetfrei und sauber poliert und dann flach aufeinandergeschoben,
bis die Unterlegdicke für den Winkelmesser erreicht ist.
Diesen Vorgang, wenn man de Plättchen übererinander schiebt
nutzt auch den Kaltverschweiß-Effekt aus.
Wenn man diePlättchen nach der Messung nicht schleunigst wieder
auseinandernimmt, dann kaltverschweißen die tatsächlich und du kannst
den Ganzen Winkelmesser-Satz wegschmeißen !

Da ist es aber, wie in Wikipedia steht, die besonders eben Oberfläche, die
bei Edelmetallen auch oxidfrei ist. Dann wischt man die Plättchen noch
mit einem Spezieallerlappen fettfrei. Die Plättchen kommen beim
Übernanderschieben dann so extrem nah zusammen, daß die Bindungskräfte
der Metallgitter der beiden Plättchen schon teilweise 'umspringen' und sich mit
dem Metallgitter des anderen Plättchens praktisch teilweise zu einem Gesamtgitter
'rekonfigurieren'. Wartet man bei diesem Prozess zu lange, dann bekommt man
die Plättchen nicht mehr auseinander, ohne sie zu beschädigen !

Oops !
Spezieallerlappen = Speziallederlappen
:D