Différence entre deux atomes « compacts », et deux atomes « posés » l’un sur l’autre.

[invitee6f0086a]

Bonjour à tous,

Je prends une tige de fer, et je pose dessus une autre tige de fer, ça pourrait être une autre matière sous une autre forme.

Puis je regarde de très très prés, au niveau du contact des deux tiges. Quelle différence y-a-t-il entre les atomes de fer compacts, et les atomes en contacts des deux tiges ?

Dit autrement, comment deux atomes sont-ils « liés » pour former de la matière compacte, par rapport à deux atomes posés l’un sur l’autre (comme le point de contact des deux tiges) ?

Je crois qu’il ne faut pas considérer les atomes comme de petites boules, et que les électrons sont plutôt considérés comme des niveaux d’énergie (à confirmer ou à préciser), mais cela ne change pas mon interrogation.

Encore une fois, merci pour vos lumières.
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[papy-alain]

Bonjour à tous,

Je prends une tige de fer, et je pose dessus une autre tige de fer, ça pourrait être une autre matière sous une autre forme.

Puis je regarde de très très prés, au niveau du contact des deux tiges. Quelle différence y-a-t-il entre les atomes de fer compacts, et les atomes en contacts des deux tiges ?

Dit autrement, comment deux atomes sont-ils « liés » pour former de la matière compacte, par rapport à deux atomes posés l’un sur l’autre (comme le point de contact des deux tiges) ?

Je crois qu’il ne faut pas considérer les atomes comme de petites boules, et que les électrons sont plutôt considérés comme des niveaux d’énergie (à confirmer ou à préciser), mais cela ne change pas mon interrogation.

Encore une fois, merci pour vos lumières.

Bonjour.

Tout d'abord, tu n'es pas dans le bon forum (ici, on a plutôt la tête dans les étoiles), mais ce n'est pas grave : un modérateur s'occupera bien de transférer ta question dans le forum physique.
En attendant, je te donne quand même un premier élément de réponse :
Dans une barre de fer, la cohésion des atomes est assurée par une liaison chimique qu'on appelle la cohésion métallique. Les atomes impliqués mettent en commun une série d'électrons libres, ce qui a pour effet de les lier solidement les uns aux autres. Pour que cet échange ait lieu entre tes deux barres de fer, il faut exciter suffisamment les atomes, par exemple en portant ces objets à une température assez élevée, ce qui te donnera une belle soudure.
Si tu souhaites une explication complémentaire, un spécialiste viendra compléter cette première ébauche de réponse.

[invitee6f0086a]

Merci pour ta réponse Papy-alain,

J’ai pris l’exemple du fer, mais j’aurais pu prendre du plastique, du bois ou deux doigts.

[doul11]

Bonjour,

Différence entre deux atomes « compacts », et deux atomes « posés » l’un sur l’autre.

Comme l'a dit papy-alain pour "marier" deux atomes il faut apporter de l'énergie, que ça soit dans une structure cristalline (acier) ou une molécule (plastique)

Une différence c'est aussi que tes deux barres de fer ne sont pas parfaitement plate et parfaitement propre, entre les atomes de fer des deux barres il y a autre chose : au moins des oxydes de fer et de l'air (diazote, dioxygène, eau, ...)

[A voir en vidéo sur Futura]

[Gilgamesh]

Pas vraiment en thème dans le forum Astronomie - Astrophysique. Discussion déplacée dans le forum physique.

[mach3]

Il y a en fait beaucoup de choses qui empêchent de "coller" les deux tiges bout à bout sans effectuer un traitement.

D'abord, comme suggéré par doul11, il y a l'état de surface : il peut y avoir, sur parfois plusieurs nanomètres d'épaisseur, un tas de cochonneries qui ne sont pas du fer (oxydes, dépôt organiques, gaz et molécules d'eau adsorbées), voir quelques micromètres (bactéries, et divers micro-organisme...). Donc en mettant les deux barres bout-à-bout on ne fait qu'un magnifique sandwich de cochonneries qui n'ont guère de cohésion...

Supposons alors que les deux extrémités mises en contact soient parfaitement décapées et bien ça ne suffira pas pour qu'une liaison solide se fasse: les deux surfaces ne sont pas parfaitement plane (et sont même franchement rugueuses en général) et donc les deux tiges ne seront "en contact" qu'en des points épars. Des liaisons vont se faire mais elles seront pas assez forte pour les deux barres "se soudent".

Supposons alors qu'on polisse les extrémités, pour avoir deux surfaces lisses à l'atome près et bien il se peut que ça ne suffise toujours pas (il faudrait faire des calculs pour en être sûr) : à cause de l'absence d'alignement des réseaux cristallins. Chaque barre de fer est faite de nombreux grains cristallins enchevêtrés et d'orientations diverses. A l'interface entre deux grains (nommé joint de grain), les réseaux cristallins ne sont pas alignés et l'énergie de liaison y ait donc plus faible car moins de liaisons sont satisfaites entre les atomes que dans l'intérieur d'un grain : le joint de grain est un point de faiblesse (les fractures dans un matériau se propagent le plus souvent le long des joints de grain).
Donc lorsque vous coller vos deux surfaces lisses à l'atome près, si les réseaux cristallins ne sont pas alignés, vous créez un joint de grain qui fait toute la section, une surface de faiblesse. Il faudrait faire les calculs mais amha si la liaison se fait, la fragilité pourrait être telle que cela céderait simplement sous son propre poids. De plus avec des barres polycristallines (nombreux grains), il n'y a aucun moyen d'aligner tous les grains affleurant aux deux surface à "coller" en même temps : il faut envisager l'utilisation de barres monocristallines.

Dans l'idéal donc, il faudrait deux barres monocristallines de même orientation, parfaitement décapées et lisses, qu'on assemblerait selon l'alignement précis de leurs réseau cristallin pour espérer qu'elles se soudent spontanément...

Où alors plus simplement utiliser un traitement approprié (soudure), qui va cramer les cochonneries et faire fondre le métal localement: en refroidissant des grains vont pousser et s’enchevêtrer, maintenant désormais les deux parties solidaires.

m@ch3

[Gilgamesh]

Quelques exemples de surfaces métaliques vues au microscope électronique à balayage pour illustrer un peu le propos

SEM+metal+surface

a+

[LPFR]

Bonjour.

...
Comme l'a dit papy-alain pour "marier" deux atomes il faut apporter de l'énergie, que ça soit dans une structure cristalline (acier) ou une molécule (plastique) ...

Il me semble qu'à l'exception des gaz nobles, les atomes se "marient" tous seuls dans une réaction exothermique. Il faut fournir de l'énergie pour les séparer.

Pour donner une idée de la difficulté d'avoir des surface "propres", une nouvelle surface crée en clivant ou fracturant un solide ne reste "propre" à la pression atmosphérique que pendant 1 ns environ. Dans ce temps, chaque atome de la surface aura reçu la "visite" d'une molécule de gaz. Les molécules restent adsorbées sur la surface. Au bout de quelques secondes la surface est recouverte de plusieurs couches atomiques de cochonneries. En analyse Auger (qui ne voit que les 2 ou 3 premières couches atomiques mais qui ne voit pas l'hydrogène) on ne voit que du carbone.

On peut faire la manip (à peu près) de réunir deux objets avec quelque chose de mou. Avec de la craie, par exemple. On casse la craie et on réunit les deux morceaux en appuyant très fort. Bien sur, la "soudure" est loin d'être aussi solide que l'original.
Au revoir.

[invitee6f0086a]

Bonjour et merci pour ce début de réponse,

J’ai bien compris vos propos (du moins je l’espère), mais je n’ai pas encore compris ce qu’il se passe au niveau atomique, si il se passe quelque chose.

…Des liaisons vont se faire mais elles seront pas assez forte pour les deux barres "se soudent"…

…A l'interface entre deux grains (nommé joint de grain), les réseaux cristallins ne sont pas alignés et l'énergie de liaison y ait donc plus faible car moins de liaisons sont satisfaites entre les atomes que dans l'intérieur d'un grain …

… Il faudrait faire les calculs mais amha si la liaison se fait…

Comment ces liaisons sont-elles concrètement représentées ?

Dans une soudure, que ce passe-t-il exactement afin que les atomes deviennent « compacts » ? est-ce chimique ? mécanique ? atomique ?

Merci,

[sitalgo]

B'jour,

Me rappelle avoir vu une vidéo venant d'un fabricant d'optique français (celui qui fournit la NASA et qui a permis de voir le premier pas sur la lune) montrant le "collage" de deux surfaces de prisme de verre. Une fois pressé simplement à la main, il fallait pour les séparer, dixit le commentaire, une force supérieure à celle que peut donner la pression atmo.
Il eût été intéressant de connaître la résistance au cisaillement de la jonction mais ce n'était pas le but du documentaire.

[doul11]

Bonjour,

Il me semble qu'à l'exception des gaz nobles, les atomes se "marient" tous seuls dans une réaction exothermique. Il faut fournir de l'énergie pour les séparer.

Dans le cas qui nous intéresse ici les atome sont déjà liés entre eux, il faut donc fournir de l'énergie pour les séparer pour qu'ensuite il se recombinent pour donner le matériau souhaité, c'est ça que je voulais dire.

[doul11]

Comment ces liaisons sont-elles concrètement représentées ?

C'est la mise en commun d'électrons, les atomes cherchent toujours a avoir en général 8 électrons sur la couche la plus externe (Formule_de_Lewis), par exemple l'oxygène a 6 électrons sur la dernière couche, il en manque donc 2, pour combler ce manque il peut ce lier a un autre atome l’oxygène, chacun met en commun 2 électrons ainsi chaque atome ce trouve avec 8 électrons, une autre solution est que l'oxygène ce lie avec deux atome d'hydrogène qui n'ont qu'un électron.

voir les différant types de liaisons : http://fr.wikipedia.org/wiki/Liaison_chimique

[invitee6f0086a]

En fin de compte, papy-alain (premier message) avait pleinement répondu à ma question, mais je n’avais pas compris et j’avais besoin de quelques explications.

Merci à vous tous,

[invitee6f0086a]

Juste pour clore le sujet, quant est-il des colles ?

Colles époxy ou super glue et autres, celles-ci mettent elles des électrons en commun ? une colle est-elle considérée comme une soudure ?

Bref ! c’est quoi une colle au niveau physique ou/et atomique ?

Merci,

[mach3]

Comment ces liaisons sont-elles concrètement représentées ?

d'une manière très générale, les nuages électroniques des atomes s'attirent entre eux à grandes distances mais se repoussent à trop courtes distances: il y a un puits de potentiel. Quand deux atomes tombent dans leurs puits de potentiel mutuels, ils sont liés. Si on essaie de séparer les deux atomes, il faut fournir de l'énergie pour remonter le puits de potentiel. C'est tout bêtement des interactions types Van-der-Waals (Debye, Keesom ou London).
Après, des mécanismes particuliers s'ajoutent pour considérer une liaison "chimique" (échange, mise en commun, libération d'électrons, voire mise en commun de proton -c'est la liaison H), ça reste toujours une histoire de puits de potentiel au départ mais le mécanisme particulier augmente l'énergie de liaison (il faut tirer encore plus fort pour séparer les deux atomes).

Dans une soudure, que ce passe-t-il exactement afin que les atomes deviennent « compacts » ? est-ce chimique ? mécanique ? atomique ?

Pendant la soudure le matériau est localement à l'état liquide et donc est presque aussi compact qu'à l'état solide (les atomes sont juste plus mobiles et ne sont pas alignés le long d'un réseau cristallin). Dès que la source de chaleur (arc électrique, flamme d'acétylène...) n'est plus présente, la partie localement liquide refroidit, et quand elle passe sous son point de fusion, elle cristallise (les atomes s'alignent et perdent beaucoup en mobilité).
L'avantage de l'état liquide justement, c'est qu'il n'y a pratiquement rien à faire pour que deux gouttes ne forment qu'une goutte! Pas (ou peu) de problème de propreté de surface, pas de problème de rugosité et encore moins d'alignement.

Juste pour clore le sujet, quant est-il des colles ?

Colles époxy ou super glue et autres, celles-ci mettent elles des électrons en commun ? une colle est-elle considérée comme une soudure ?

Bref ! c’est quoi une colle au niveau physique ou/et atomique ?

Je ne m'y connais pas trop en colles et le mécanisme doit dépendre du type de colle. Ca mériterait un topic à part. Il y a d'un coté l'interaction entre la colle et le substrat qui est souvent purement physique (interaction Van-der-Waals, éventuellement liaisons-H), mais ça peut être plus complexe (dissolution locale du substrat, par exemple quand on colle du plastique), de l'autre il y a le durcissement de la colle qui peut être simplement physique (évaporation d'un solvant et solidification de la colle) soit chimique (polymérisation des composants de la colle).

m@ch3