Fatores que influenciam na difusão

Teoria Completa

E aí, tudo bem?

Notem na imagem abaixo e imaginem que o cobre seria um carro fazendo um role da esquerda para a direita e o Niquel da direita para a esquerda, essa mão de duas vias é a difusão dos átomos, sabe os buracos nas estaradas? Influenciam na velocidade dos carros certo? Vamos ver o que influencia na movimentação dos átomos ?

Espécies difusivas

A intensidade do coeficiente de difusão (D) é uma indicação da taxa que os átomos se difundem.. As espécies difusivas, bem como o material base, influenciam o coeficiente de difusão. Por exemplo, existe uma diferença gigantesca na magnitude entre a autodifusão e a interdifusão do carbono no ferro α a 500ºC, e o valor de D é maior para a interdifusão do carbono (3,0x10 -21 contra 2,4x10 -12 m 2 /s). Essa comparação também pode ser vistas na difusão por lacuna e intersticial. Viram como se diferenciam ?? Vejam outras variações na tabela ali em baixo.

Temperatura

A temperatura é uma outra variável que influência muuuuuuito nas taxas de difusão. Por exemplo, olhando a tabela acima, para a autodifusão do Fe no Fe α, o coeficiente de difusão aumenta (de 3,0x10 -21 para 1,8x10 -15 m2/s) ao se elevar a temperatura de 500 para 900ºC e essa dependência é expressa por:

D = D 0 exp ⁡ - Q R T

Onde:

D0: constante pré-exponencial (m2/s), para energia de ativação para a difusão (J/mol, cal/mol)

R é a constante dos gases (8,31 J/mol-K, 1,987 cal/mol-K ou 8,62x10-5) eV/átomo

T : temperatura absoluta (K)

E o que é enrgia de ativação??

Essa energia de ativação pode ser avaliada como a energia indispensável para causar o movimento difusivo de um mol de átomos. Uma energia de ativação alta deriva em um coeficiente de difusão relativamente baixo.

E aii vamos aplicar os conhecimentos que aprendemos agora?

A constante pré-exponencial e a energia de ativação do Fe em cobalto são dados. Em qual temperatura o coeficiente de difusão terá o valor de 1,5x10 --13 m 2 ⁄s.

Dados:

Do: 1,05 x10 --4 m 2 ⁄s.

Qd: 125600 J/mol

D: 1,5x10 --13 m 2/s

T?

D = D 0 exp ⁡ - Q R T

  1,5 x 10 - 13 = 1 , 05 x 10 - 4 exp ⁡ - 125600   8,31 T

Para resolvermos esta exponencial basta aplicarmos sua função inversa em ambos os lados da equação.

ln ⁡ 1,5 x 10 - 13 = ln ⁡ 1,05 x 10 - 4 - 125600   8,31 T ⁡

- 29,53 = - 9,16 - 15114,32 t ⁡

- 29,53 t = - 9,16 - 15114,32 ⁡

t = 512   k

Expandir

Exercício Resolvido #1

Elaboração própria

Sobre o processo de difusão determine:

  1. A difusão é um processo termicamente ativado e a taxa de difusão depende exclusivamente do par soluto-solvente
  2. A difusão é um processo termicamente ativado e a taxa de difusão não depende das estruturas cristalinas.
  3. A difusão é um processo termicamente ativado e a taxa de difusão depende do par soluto-solvente e de suas estruturas cristalinas.
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Passo 1

A difusão é um processo termicamente ativado e a taxa de difusão depende do par soluto-solvente e de suas estruturas cristalinas.

Resposta

Alternativa C

Exercício Resolvido #2

Elaboração própria

Determine qual é a influência da temperatura na difusão atômica:

  1. Conforme a temperatura aumenta, ocorre uma redução das lacunas e consequentemente uma menor difusão.
  2. Conforme a temperatura aumenta a energia térmica reduz
  3. O aumento da temperatura favorece em uma maior difusão.
MOSTRAR SOLUÇÃO COMPLETA

Passo 1

Conforme a temperatura aumenta, ocorre um aumento das lacunas e consequentemente uma maior difusão.

Passo 2

Ocorrendo um aumento da energia térmica, aumentando a difusão.

Resposta

Alternativa C

Exercício Resolvido #3

Elaboração própria

Sobre a energia de ativação determine a resposta correta:

  1. A energia para difusão intersticial é menor que para difusão em lacuna.
  2. A energia de ativação não é influenciada pelo tipo de átomo e estrutura.
  3. Quanto menor e a energia maior é a velocidade do processo e maior a sensibilidade com a temperatura.
MOSTRAR SOLUÇÃO COMPLETA

Passo 1

A energia para difusão intersticial é menor que para difusão em lacuna.

Passo 2

A energia de ativação é influenciada pelo tipo de átomo e estrutura.

Passo 3

Quanto maior e a energia menor é a velocidade do processo e maior a sensibilidade com a temperatura.

Resposta

Alternativa A

Exercício Resolvido #4

Elaboração própria

Sobre a influência da microestrutura na difusão atômica.

  1. A difusão ocorre mais rápido em materiais monocristalinos.
  2. Ocorre com maior facilidade em estruturas com menos restrições
  3. Os caminhos de difusão dos materiais não influenciam no coeficiente de difusão.
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Passo 1

A difusão ocorre mais rápido em materiais policristalinos.

Passo 2

Ocorre com maior facilidade em estruturas com menos restrições

Passo 3

Os caminhos de difusão dos materiais influenciam no coeficiente de difusão.

Resposta

Alternativa B

Exercício Resolvido #5

Elaboração própria

Das características a seguir determine os fatores que influenciam negativamente na difusão:

  1. Baixo empacotamento, baixo ponto de fusão e elevada densidade
  2. Ligações fortes, boa qualidade cristalina, baixo ponto de fusão
  3. Elevado empacotamento, ponto de fusão e grande raio atômico.
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Passo 1

Elevado empacotamento, ponto de fusão e densidade

Passo 2

Ligações fortes, boa qualidade cristalina, elevado ponto de fusão

Passo 3

Elevado empacotamento, ponto de fusão e grande raio atômico.

Resposta

Alternativa C

Exercício Resolvido #6

Elaboração própria

Analise as curvas experimentais do coeficiente de auto-difusão na prata. E avalie a influência da temperatura.

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Passo 1

Em temperaturas altas, o coeficiente de difusão é elevado no cristal, promovendo o movimento de átomos na rede, sendo desprezível, portanto, a difusão em contornos de grão.

Passo 2

Se a temperatura é decai, a difusão na rede cristalina é complicada e o reforço de contornos de grão se torna expressiva

Resposta

Em temperaturas altas, o coeficiente de difusão é elevado no cristal, promovendo o movimento de átomos na rede, sendo desprezível, portanto, a difusão em contornos de grão. Se a temperatura é decai, a difusão na rede cristalina é complicada e o reforço de contornos de grão se torna expressiva

Exercício Resolvido #7

Elaboração própria

Determine a temperatura do coeficiente de difusão para a difusão do alumínio no zinco e apresenta um valor de 2,17 x 10-10 m2/s. Considerando os dados a seguir:

Do: 1,31 x10 --3 m 2 ⁄s.

Qd: 213200 J/mol

R: 8,31 J/mol-K

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Passo 1

Primeiramente devemos lembrar da equação:

D = D 0 exp ⁡ - Q R T

Passo 2

Calculando temos:

2,17   x   10 - 10 = 1,31   x 10 - 3   exp ⁡ - 213200 8,31 T

2,17   x   10 - 10 1,31   x 10 - 3 =   exp ⁡ - 213200 8,31 T

1,656 x 10 - 7   =   exp ⁡ - 213200 8,31 T (Para “retirarmos” a exponencial, aplicamos sua inversa Ln dos dois lados da equação.

ln ⁡ 1,656 x 10 - 7   =   ln  ( exp ⁡ - 213200 8,31 T )

- 15,613   =   - 213200 8,31 T ⁡

- 15,613 × 8,31 T     =   - 213200

- 129,744 T     =   - 213200

T     =   1643,23   K

Resposta

T     =   1643,23   K

Exercício Resolvido #8

Elaboração própria

Determine a temperatura do coeficiente de difusão para a difusão do ferro no aço e apresenta um valor de 1,72 x 10-13 m2/s. Considerando os dados a seguir:

Do: 2,21 x10 --5 m 2 ⁄s.

Qd: 148200 J/mol

R: 8,31 J/mol-K

MOSTRAR SOLUÇÃO COMPLETA

Passo 1

Primeiramente devemos lembrar da equação:

D = D 0 exp ⁡ - Q R T

Passo 2

Calculando temos:

1,72   x   10 - 1 3 = 2 , 2 1   x 10 - 5   exp ⁡ - 148200 8,31 T

1,72   x   10 - 13 2,21   x 10 - 5 =   exp ⁡ - 148200 8,31 T

7,782 x 10 - 9   =   exp ⁡ - 148200 8,31 T (Para “retirarmos” a exponencial, aplicamos sua inversa Ln dos dois lados da equação.

ln ⁡ 7,782 x 10 - 9   =   ln  ( exp ⁡ - 148200 8,31 T )

- 1 8,671   =   - 148200 8,31 T ⁡

- 18,671   × 8,31 T     =   - 148200

- 155,158 T     =   - 148200

T     =   955,15   K

Resposta

T     =   1643,23   K

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