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:
- O que são lacunas e como elas permitem o pulo de átomos;
- 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:
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.
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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,
, 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.