O que é Difusão Atômica? Qual o significado da Energia de ativação nos processos representados pela equação de Arrhenius? Qual é o significado das constantes \mathbf{D} e \mathbf{D}_{0} ?

Passo 1

O enunciado pede três coisas:
  1. Definir o que é difusão atômica.
  2. Explicar o significado da energia de ativação nos processos representados pela equação de Arrhenius.
  3. Interpretar as constantes D e D_0 nessa equação.
    O conteúdo envolve transporte de massa em sólidos e cinética térmica, usando a lei de Arrhenius para coeficientes de difusão.

Passo 2

Difusão atômica é o movimento aleatório de átomos dentro de um sólido provocado pelas flutuações térmicas. Esses saltos ocorrem, por exemplo, quando um átomo vizinho ocupa uma vacância (mecanismo por vacância) ou quando um átomo menor passa pelo espaço entre átomos maiores (mecanismo intersticial). O resultado macroscópico é o espalhamento gradual de espécies químicas no material.

Passo 3

Para muitos sólidos a dependência da difusividade com a temperatura obedece à lei de Arrhenius:
D = D_0 \exp\!\biggl(-\frac{Q}{RT}\biggr)\,.
Aqui D é o coeficiente de difusão à temperatura T, R é a constante universal dos gases e Q é a energia de ativação.

Passo 4

A energia de ativação Q representa a barreira energética que o átomo deve vencer para saltar de um sítio cristalino a outro. Fisicamente ela inclui a quebra e reformação de ligações ao redor do átomo quando ele faz o salto. Quanto maior Q, mais sensível é D à variação de temperatura.

Passo 5

A constante D é o coeficiente de difusão propriamente dito, com dimensão de área por tempo (por ex. \mathrm{m}^2/\mathrm{s}), que mede a taxa de espalhamento atômico. Já D_0 é o fator pré-exponencial ou frequência de tentativa: ele reúne a frequência de saltos atômicos e o quadrado médio da distância de salto divididos por fatores geométricos do cristal. É o valor de D extrapolado para T\to\infty, ou seja, sem a barreira ativacional.

Resposta

Difusão atômica é o movimento térmico aleatório de átomos num sólido, gerando troca de posições passo a passo. Na lei de Arrhenius o termo energia de ativação Q é a barreira energética para o salto atômico. O coeficiente D quantifica a taxa efetiva de difusão a uma dada T, e D_0 é o fator pré-exponencial que reflete a frequência de tentativas de salto e a distância média percorrida em cada salto.

Exercícios relacionados