Quais são os principais mecanismos de difusão?
Passo 1
Beleza, o enunciado é: “Quais são os principais mecanismos de difusão?”
Conteúdo da matéria: Fenômenos de transporte / Ciência dos Materiais, focando em como átomos ou moléculas se movem dentro de sólidos cristalinos.
O que vamos precisar:
Conteúdo da matéria: Fenômenos de transporte / Ciência dos Materiais, focando em como átomos ou moléculas se movem dentro de sólidos cristalinos.
O que vamos precisar:
- Saber o que é difusão (movimento de partículas de onde tem mais concentração pra onde tem menos).
- Conhecer os tipos de caminhos que esses átomos podem usar (vacância, interstício, contorno de grão, superfície).
Passo 2
Primeiro, o que é difusão?
De forma bem tranquila, difusão é o movimento “aleatório” de átomos ou moléculas que gera um fluxo neto sempre da região de maior concentração pra menor. Em sólidos, isso acontece quando algum átomo “pula” de um lugar para outro. Segundo a Lei de Fick, esse fluxo ℎJℎ vale:
De forma bem tranquila, difusão é o movimento “aleatório” de átomos ou moléculas que gera um fluxo neto sempre da região de maior concentração pra menor. Em sólidos, isso acontece quando algum átomo “pula” de um lugar para outro. Segundo a Lei de Fick, esse fluxo ℎJℎ vale:
onde
• é o coeficiente de difusão (depende de temperatura e mecanismo)
• é o gradiente de concentração
•
•
Passo 3
Mecanismo por vacância
- Em um cristal perfeito, sempre existem algumas “vacâncias” (buracos onde falta um átomo).
- Um átomo vizinho pode saltar pra essa vaga, gerando o movimento.
- Requer energia de ativação
, então segue lei de Arrhenius: - É o mecanismo mais comum em metais puros e ligas, porque vacâncias sempre rolam naturalmente.
Passo 4
Mecanismo intersticial
- Aqui o átomo “se encaixa” nos espaços pequenos (interstícios) entre os átomos da rede.
- Como o átomo intersticial é bem menor (por ex. C no Fe), ele pula de um interstício para outro.
- A energia de ativação
costuma ser menor que a de vacância, então é maior. - Isso explica por que pequenas impurezas (H, C, N) difundem rápido em metais.
Passo 5
Mecanismos de superfície e contorno de grão
- Contorno de grão: os limites entre cristais oferecem caminhos mais “soltos”, facilitando o salto atômico.
- Superfície: na própria superfície do sólido, átomos têm coordenação menor e pulam com menos barreira.
- Esses caminhos são “mais rápidos” que o bulk cristalino, mas só valem pra regiões próximas à superfície ou aos limites de grão.
Passo 6
Comparando taxas (em ordem geral de velocidade):
intersticial > superfície ≈ contorno de grão > vacância (bulk cristalino)
intersticial > superfície ≈ contorno de grão > vacância (bulk cristalino)
Resposta
Os principais mecanismos de difusão em sólidos cristalinos são:
- Difusão por vacância
- Difusão intersticial
- Difusão ao longo de contornos de grão
- Difusão na superfície do sólido