Si dividimos repetidamente un sólido por la mitad, ¿en qué momento deja de ser un sólido?

Question

Supongamos que tengo un material en estado sólido (digamos), lo corto en dos partes. Tomo el primer corte en dos partes, tomo el primer corte en dos partes, y luego repito esto una y otra vez. Habrá un punto en el que la sustancia pierda su propiedad sólida. Me interesa este punto.

Me doy cuenta de que no tenemos que ir hasta que lo rompemos en dos moléculas, pero el estado vendrá un poco antes. Este experimento de pensamiento es un poco loco (y en un punto imposible) pero por favor considere esto y me corrija si hay un error en mi pensamiento.

Answer 1

En general, no hay una línea dura: las fronteras entre regímenes son difusas, y sus posiciones pueden ser muy diferentes según las propiedades que se observen.

Además, en general es raro que exista una frontera directa entre el comportamiento "molécula" y el comportamiento "sólido": los regímenes de tamaño intermedio suelen comportarse de forma muy diferente a ambos extremos, y deben tratarse por separado. Según su tamaño, estos materiales se conocen como conglomerados atómicos o nanopartículas (aunque también son importantes otros términos más técnicos relacionados). Ambos regímenes son objeto de campos activos y específicos de investigación puntera en la actualidad.

Answer 2

Depende de lo que entiendas por "perder su propiedad sólida". Si usted dice que significa que tiene propiedades diferentes que tal vez nanopartículas sería un buen límite. Una nanopartícula oscila entre 1 y 100 nanómetros. Los átomos suelen medir entre 0,1 y 0,5 nanómetros. Las nanopartículas pueden tener propiedades muy diferentes a las de los sólidos porque la capa superficial es una parte sustancial de la partícula. Tenga en cuenta que la capa superficial se extiende un par de átomos dentro del sólido. Por ejemplo, las nanopartículas de oro pueden tener muchos colores diferentes (véase la imagen).

El hecho de que el tamaño de la partícula modifique las propiedades del material no se limita a las nanopartículas. Aunque los efectos son fuertes en el nanoregimen, también ocurre con las micropartículas (1 - 1000 micrómetros) y cualquier otra escala. Así que depende del material cuándo cambiarán sus propiedades. Un gas, por ejemplo, tiene muy poca interacción entre sus moléculas, por lo que, en general, se observan pocos cambios al cortarlo.

Fuente de la imagen: https://www.sigmaaldrich.com/technical-documents/articles/materials-science/nanomaterials/gold-nanoparticles.html

Answer 3

Llegará un momento en que la sustancia pierda su propiedad sólida.

Esto suena como una versión del Paradoja de Sorites en filosofía: Si sigues quitando granos de arena de un montón de arena, ¿en qué momento deja de ser "un montón"? O si quitar 1 grano no puede ser nunca la diferencia entre un montón y un no montón, ¿no implica eso que 1 grano de arena sigue siendo un montón si se repite el proceso hasta entonces?

Sólo hay un problema si se insiste en la lógica binaria, que por definición tiene límites duros y no difusos, lo que lleva a resultados no intuitivos para descripciones cualitativas de cantidades como la palabra inglesa "heap" (montón). La lógica difusa (esta pequeña colección de granos "is a heap" es sólo 0,25 verdadera, 0,75 falsa) se acerca más a la forma de pensar de los humanos y es (en mi opinión) la más sensata. manera de resolver la paradoja .

Aplicado a tu pregunta, vemos que has creado la falsa premisa de que existe un punto de corte nítido.

En realidad, las suposiciones (y fórmulas) que funcionan para objetos sólidos grandes funcionan cada vez peor en objetos más pequeños, y probablemente algunos aspectos "dejan de funcionar" antes que otros.

Por ejemplo, creo que el momento y la energía cinética siguen funcionando hasta que el objeto es tan pequeño que la incertidumbre de Heisenberg es significativa. Para la energía cinética, quizá cuando sea difícil distinguir entre energía cinética y energía térmica. Pero no soy un experto en esta área de la física. @Kai comentó en otra respuesta que https://en.wikipedia.org/wiki/Mesoscopic_physics es una materia separada entre la física del estado sólido y la física de partículas.

Answer 4

Supongamos que se parte del equilibrio termodinámico del sólido a una temperatura dada y supongamos que "cortar" significa también alejarse uno del otro por el camino libre medio en la fase gaseosa. Para ello hay que aplicar trabajo. Si terminas con el corte (digamos que lo hiciste en el orden de 3*número de veces Avogadro) terminas con un estado gaseoso de no-equilibrio, para hacerlo tuviste que invertir una cantidad de trabajo igual al calor de sublimación, pero la temperatura del baño de calor circundante seguirá siendo una temperatura donde la sustancia es sólida en el equilibrio TD, y que se relajará bastante rápido de vuelta al estado sólido bajo liberación de energía (calor).