Explique os dois mecanismos de difusão.
Passo 1
O enunciado pede para entendermos os dois principais mecanismos de difusão de átomos em um cristal metálico: difusão por vacância e difusão intersticial. Para isso vamos usar o conceito de salto atômico mediado por defeitos (vacâncias ou sítios intersticiais) e a dependência arrheniusiana do coeficiente de difusão.
Passo 2
Na difusão por vacância, um átomo de rede salta para um sítio vago (vacância) vizinho. Como as vacâncias são defeitos pontuais cuja concentração cresce com a temperatura, o coeficiente de difusão segue a lei de Arrhenius:
onde
é o fator pré-exponencial,
é a energia de ativação (formação + migração da vacância),
é a constante dos gases ideais e
a temperatura absoluta. Esse mecanismo domina em átomos de tamanho semelhante ao da rede, pois depende da geração de vacâncias.
Passo 3
Na difusão intersticial, átomos pequenos (por exemplo, C, N ou H em ferro) ocupam sítios intersticiais e saltam diretamente de um sítio intersticial a outro, sem necessidade de vacância na rede principal. O coeficiente de difusão também obedece Arrhenius:
mas tipicamente
, pois saltos intersticiais exigem menor energia de ativação. Por isso
à mesma temperatura.
Passo 4
Comparando os dois:
• A difusão intersticial é muito mais rápida ( alto e
baixo), mas só vale para átomos pequenos.
• A difusão por vacância vale para todos os átomos de rede, porém é controlada pela concentração de vacâncias e tem maior.
Em ligas usuais, carbono em ferro difunde por interstício, enquanto ferro em ferro difunde por vacância.
• A difusão intersticial é muito mais rápida (
• A difusão por vacância vale para todos os átomos de rede, porém é controlada pela concentração de vacâncias e tem
Em ligas usuais, carbono em ferro difunde por interstício, enquanto ferro em ferro difunde por vacância.
Resposta
Os dois mecanismos de difusão são difusão por vacância e difusão intersticial.