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:
D_v = D_{0v}\,\exp\!\biggl(-\frac{Q_v}{R\,T}\biggr)
onde D_{0v} é o fator pré-exponencial, Q_v é a energia de ativação (formação + migração da vacância), R é a constante dos gases ideais e T 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:
D_i = D_{0i}\,\exp\!\biggl(-\frac{Q_i}{R\,T}\biggr)
mas tipicamente Q_i < Q_v, pois saltos intersticiais exigem menor energia de ativação. Por isso D_i \gg D_v à mesma temperatura.

Passo 4

Comparando os dois:
• A difusão intersticial é muito mais rápida ( D_i alto e Q_i 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 Q_v maior.
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.

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