Explique como o contorno de grão e as lacunas contribuem para a difusão.

Passo 1

Beleza, o enunciado pede para a gente explicar como o contorno de grão e as lacunas (vacâncias) ajudam na difusão em sólidos. Isso é matéria de Ciência dos Materiais, mais especificamente de “mecanismos de difusão em sólidos”. Para resolver, a gente vai precisar entender:
  1. O que são lacunas e como elas permitem o pulo de átomos;
  2. O que é contorno de grão e por que ali a difusão rola mais fácil.

Passo 2

Primeiro, lacunas (vacâncias):
  • No retículo de um metal ou cerâmica, às vezes falta um átomo em um ponto de rede: isso é uma vacância.
  • Um átomo vizinho pode “pular” para essa vacância, gerando uma nova vacância onde ele saiu. Repete-se o processo e temos difusão.
  • A difusividade típica via vacância obedece a:
D = D0 expl(!-tfracQf + QmRTr)
onde
é o fator pré-exponencial,
é a energia para formar a vacância,
é a energia para mover o átomo até a vacância,
é a constante dos gases,
é a temperatura em kelvin.
Esse mecanismo exige energia para criar a vacância e energia para o deslocamento do átomo.

Passo 3

Agora, contorno de grão:
  • Grãos são regiões cristalinas com mesma orientação; o contorno de grão é a “fronteira” entre dois grãos, onde os átomos estão menos organizados.
  • Essa desordem aumenta a densidade de defeitos (vacâncias, discordâncias, etc.) e amplia os espaços livres por onde átomos podem se mover com menos barreira energética.
  • A difusividade no contorno de grão, Dgb = Dgb,0,expl(-tfracQgbRTr) , costuma ser muito maior que a do interior do grão, e segue a mesma forma matemática:
com (barreiras menores) e maior que .

Passo 4

Conectando os dois:
  • No interior do grão, a difusão depende de vacâncias e tem energia de ativação maior.
  • Nos contornos, há mais vacâncias espontâneas e uma rede mais frouxa, então a energia de ativação é menor.
  • Na prática, átomos “fogem” pelo contorno de grão antes de percorrer todo o cristal, acelerando a difusão global, especialmente a temperaturas moderadas.

Resposta

As lacunas permitem que átomos “saltem” de um sítio para outro no retículo, sendo o mecanismo básico de difusão em cristais. Já o contorno de grão, por ser uma região desordenada e rica em defeitos, oferece um caminho com menor barreira energética e mais vacâncias, deixando a difusão muito mais rápida ali do que no interior do grão.

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