¿Es posible recomponer un sólido cristalino perfectamente escindido?

Question

Se trata de una cuestión puramente teórica sobre sólidos "perfectos" en condiciones "perfectas".

Supongamos que tenemos un sólido cristalino con una red cristalina perfecta (es decir, sin defectos). Imaginemos un cubo de diamante puro, quizás de 2 cm^3 de volumen.

Ahora imaginemos que este sólido se escinde perfectamente a lo largo de un único plano perfecto, sin que se dañe la red cristalina en las superficies expuestas. (Es decir, el cubo se divide en dos mitades, dejando al descubierto dos superficies perfectamente planas sin daños ni pérdidas de material).

Además, en aras de la discusión, supongamos que el plano de escisión también está perfectamente alineado con uno de los ejes "naturales" de la red cristalina.

Dadas estas dos mitades del sólido cristalino, ¿sería posible "reensamblarlas" en el sólido original alineando perfectamente las dos mitades y presionándolas juntas?

Dado que la "escisión" del sólido original implica la ruptura de los enlaces interatómicos o intermoleculares que lo mantienen unido, parece razonable sugerir que el sólido puede volver a ensamblarse colocando las dos mitades en sus posiciones originales y, ejerciendo la suficiente presión (¿o energía?), hacer que estos enlaces se vuelvan a formar.

En esencia, estamos hablando de volver a ensamblar un cristal sólido sin ningún "pegamento", y terminar con un único sólido indistinguible, e igual de "fuerte" que el original.

¿Qué propiedades físicas impedirían que esto funcionara (en condiciones ideales), o es teóricamente posible? Si es posible, ¿cómo se compararía la fuerza necesaria con la fuerza de escisión? ¿A dónde va la energía gastada durante la escisión y cómo se reabsorbe la energía durante el reensamblaje?

Answer 1

Por ejemplo, véase soldadura en frío o por contacto de superficies metálicas ultralimpias y similares en condiciones de ultravacío.

Después de unas cuantas experiencias de este tipo con lo que yo creía que eran accesorios de fricción inteligentemente diseñados para algunas ópticas de haz de electrones, pronto aprendí a utilizar metales diferentes, o a espolvorear un poco de disulfuro de molibdeno seco en las juntas para ensuciarlas.

Por supuesto, como aclara el artículo, se trata de nano o microcristales. Probablemente se podría conseguir un artículo en Science si se pudiera hacer con silicio. O tal vez una patente. La entropía está en tu contra, y empeora a medida que aumenta el tamaño. En realidad se puede calcular esto. Se puede probar para todos los tipos de dislocación conocidos por los cristalógrafos.

Answer 2

Una respuesta de una palabra: ¡Sí! Para añadir un poco a La referencia de Peter Diehr a la soldadura en frío Aquí hay un argumento físicamente perspicaz de que la respuesta a su pregunta es sí debido a Richard Feynman. Hace una pregunta retórica: supongamos que volvemos a alinear las dos mitades de modo que todos los átomos de cada lado de la escisión estén en las mismas posiciones que tendrían en la red periódica de una sola pieza conectada del mismo metal. ¿Dónde está entonces la información que indica a qué mitad de la pieza unida pertenecía antes cada átomo? O, más "teleológicamente": ¿cómo sabe cada átomo a qué mitad pertenecía antes? Feynman deduce que no puede haber ninguna diferencia entre las dos mitades realineadas y el bloque metálico único unido.

Por supuesto, este argumento supone tácitamente que los estados de todos los electrones deslocalizados han alcanzado el estado estacionario que tendrían en el trozo de metal único y reajustado - atestiguando que los estados estacionarios de los sistemas reajustados y reajustados son realmente idénticos - y que no hay ninguna barrera energética o de otro tipo para que los electrones alcancen este estado estacionario. Si la hubiera, entonces habría una codificación de dónde se encuentra la barrera.

Pero, suponiendo que no haya nada que impida el progreso de los electrones hacia el estado estacionario, el argumento es válido. Así que no es un argumento perfecto, pero es un argumento simple y convincente.

Answer 3

¿Qué propiedades físicas impedirían que esto funcionara (en condiciones ideales), o es teóricamente posible?

Sí, es teóricamente posible. Las cosas que impiden que funcione son (1) Suciedad / oxidación / etc. obviamente; (2) Dependiendo del plano de corte y del material, puede haber reconstrucción de la superficie Lo más probable es que el bloque reensamblado tenga un montón de defectos en la interfaz.

Si es posible, ¿cómo se compararía la fuerza necesaria con la fuerza de la escisión? ¿A dónde va la energía gastada durante la escisión y cómo se reabsorbe la energía durante el reensamblaje?

No debería ser necesaria ninguna fuerza; se volverán a unir espontáneamente y liberarán calor al hacerlo. La cantidad de calor liberada es (idealmente) igual al trabajo realizado al unirla antes.