Qual dos dois processos de difusão é mais rápido: a intersticial ou a substitucional? Justifique.
Passo 1
Beleza, a questão quer saber qual tipo de difusão é mais rápido: a intersticial ou a substitucional. Isso é matéria de Ciência dos Materiais / Metalurgia, e a gente vai usar o conceito de coeficiente de difusão e a famosa equação de Arrhenius para entender por que um átomo se move mais fácil por um caminho do que por outro.
Passo 2
Primeiro, o que é coeficiente de difusão?
- Ele mede o “quanto” de movimento de átomos rola num material em função do tempo e da temperatura.
- A forma geral dele é a equação de Arrhenius:
onde
• = coeficiente de difusão (m²/s)
• = fator pré-exponencial (m²/s), ligado à frequência de pulos dos átomos
• = energia de ativação para difusão (J/mol)
• = constante dos gases (8,314 J/mol·K)
• = temperatura absoluta (K)
•
•
•
•
•
A ideia é: quanto maior
, mais “difícil” os átomos pularem de um lugar pro outro →
fica menor (mais lento). Quanto menor
, mais fácil o pulo →
maior (mais rápido).
Passo 3
Agora vamos ao que muda entre difusão intersticial e substitucional:
-
Difusão intersticial
- Átomos pequenos (como C ou H) ocupam os “interstícios” (os buraquinhos) da rede cristalina.
- Eles não precisam “empurrar” outros átomos pra sair do lugar, apenas saltam de um interstício pro próximo.
- Logo, a energia de ativação
é relativamente baixa.
-
Difusão substitucional
- Átomos se movem trocando de lugar com vacâncias (faltas de átomos) na rede.
- Para isso, o átomo e a vacância precisam “encontrar” e trocar de lugar, o que exige deslocar átomos vizinhos.
- Então
é muito maior que .
Como
, a equação de Arrhenius diz que
Maior
significa difusão mais rápida.
Resposta
A difusão intersticial é mais rápida que a substitucional, porque os átomos intersticiais enfrentam menor energia de ativação (
) para se mover, resultando num coeficiente de difusão (
) bem maior do que o da difusão substitucional.