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:
D = D0 ,exp!gl(-QR,Tgr)
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:
  1. 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 Drm inter = D0,rm inter,e^-Qrm inter/RT vai ser maior que Drm sub = D0,rm sub,e^-Qrm sub/RT é relativamente baixa.
  2. 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.

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