Aloi lebih keras daripada logam tulennya kerana atom yang berlainan saiz mengganggu lapisan yang teratur, jadi lapisan sukar menggelongsor. Satu ayat itu, dengan perkataan “lapisan”, ialah inti jawapan markah penuh.
Pelajaran ini sebahagian daripada kimia industri. Pelajaran seterusnya, membandingkan polimer, kaca dan seramik, meluaskan perbandingan melangkaui logam.
Mengapa logam tulen mudah dibengkokkan?
Dalam logam tulen, semua atom sama saiz. Atom itu tersusun dalam lapisan yang kemas dan teratur, seperti bola yang disusun dalam kotak.
Apabila daya menolak logam itu, satu lapisan boleh menggelongsor di atas lapisan berikutnya kerana lapisan itu sejajar. Gelongsoran itulah sebab logam tulen boleh dibengkokkan, ditempa atau ditarik, dan sebab ia lembut untuk sesetengah kegunaan.
Apa yang diubah oleh aloi?
Aloi menambah atom unsur lain, dan atom ini berlainan saiz. Atom yang lebih besar atau lebih kecil berada di celah atom yang teratur dan mengganggu lapisan yang kemas.
Kini satu lapisan tidak dapat menggelongsor dengan bebas, kerana atom yang berlainan menghalang laluannya. Daya yang lebih besar diperlukan untuk menggerakkannya, jadi aloi lebih keras dan lebih kuat daripada logam tulen.
Contoh kerja: membaca data kekerasan
Satu eksperimen asli menekan bebola keluli ke dalam tiga sampel dengan daya yang sama. Lekuk yang lebih kecil bermakna sampel yang lebih keras.
| Sampel | Komposisi | Diameter lekuk (mm) |
|---|---|---|
| X | Besi tulen | 4.2 |
| Y | Besi dengan sedikit karbon (keluli) | 2.4 |
| Z | Besi dengan sedikit kromium dan nikel (keluli tahan karat) | 2.9 |
Soalan (3 markah): Bandingkan kekerasan X dan Y dan terangkan perbezaannya.
Langkah 1: banding bukti. X mempunyai lekuk 4.2 mm dan Y mempunyai 2.4 mm. Lekuk Y lebih kecil sebanyak 4.2 − 2.4 = 1.8 mm, jadi Y lebih keras.
Langkah 2: terangkan dengan atom. Atom karbon berlainan saiz daripada atom besi. Ia mengganggu lapisan atom besi yang teratur, jadi lapisan menggelongsor dengan kurang mudah.
Langkah 3: nyatakan andaian. Perbandingan ini sah hanya jika bebola, daya dan ketebalan sampel yang sama digunakan untuk ketiga-tiganya.
Kesilapan yang menghilangkan markah
Kesilapan biasa ialah menulis, “Aloi lebih keras kerana ia campuran yang lebih kuat.” Ayat itu mengulang soalan dan tidak memberi sebab.
| Salah | Betul |
|---|---|
| “Aloi ialah campuran yang lebih kuat” | “Atom berlainan saiz mengganggu lapisan” |
| “Lapisan itu menjadi kuat” | “Lapisan tidak dapat menggelongsor dengan mudah” |
| “Aloi ialah sebatian baharu” | “Aloi ialah campuran logam” |
Pembetulannya sentiasa sama. Namakan atom, nyatakan apa yang diganggunya, dan nyatakan apa yang berlaku kepada lapisan.
Semak sendiri
Perak tulen ialah logam yang lembut. Seorang tukang emas mencampurkannya dengan sedikit kuprum untuk membuat gelang. Terangkan mengapa gelang itu lebih keras daripada perak tulen, dan namakan satu andaian tentang perbandingan itu.
Jawapan
Atom kuprum berlainan saiz daripada atom perak, jadi ia mengganggu lapisan atom perak yang teratur. Lapisan menggelongsor dengan kurang mudah, jadi aloi lebih keras daripada perak tulen.
Andaian: kedua-dua sampel dibandingkan menggunakan ujian yang sama, misalnya daya yang sama menekan ketebalan logam yang sama.
Apa yang patut dipelajari seterusnya?
Kekerasan hanya satu sifat antara beberapa sifat. Teruskan dengan membandingkan polimer, kaca dan seramik, kemudian gunakan makmal bukti graf dan perbandingan adil (Bahasa Inggeris) untuk berlatih membaca data bahan.
Jika anda mahu penerangan anda disemak oleh guru, lihat tuisyen Sains dalam talian satu lawan satu.