La difusión

La difusión (también difusión molecular) es un proceso físico irreversible, en el que partículas materiales se introducen en un medio que inicialmente estaba ausente, aumentando la entropía (Desorden molecular) del sistema conjunto formado por las partículas difundidas o soluto y el medio donde se difunden o disuelven.

Dos enfoques para la difusión

+Enfoque fenomenológico: Describir la velocidad y por lo tanto el transporte de masa, en términos de parámetros que se puedan medir (control de proceso como la carburación, nitruración, revenido, homogeneización de colados, etc.)-

*Modelo atomístico: Mecanismo atómico debido al cual se mueven los átomos (endurecimiento por precipitación)

Estabilidad de los átomos

Aun en una porción de materia pura considerada físicamente estable, los átomos de la red están en un continuo movimiento de acondicionamiento buscando un equilibrio , a esto se le llama autodifusión; este fenómeno no solo ocurre en materiales cristalinos, en los líquidos y en los gases a temperatura ambiente las moléculas están en un constante y exagerado movimiento que varia dependiendo de factores como presión y temperatura.

El vidrio en estado sólido tiene un alto movimiento de átomos por eso es considerado un liquido sobreenfriado.(El vidrio es un material no cristalino).

El coeficiente de difusión o difusividad , toscamente descrito es un parámetro que indica la facilidad con que los átomos se mueven en un material. Este puede es proporcional a la temperatura del material, y se mide en cm² /s.

Del movimiento de los átomos dependen muchas propiedades de los materiales como conductividad eléctrica y térmica, también interviene en los tratamientos térmicos en el caso de los metales.

Mecanismo de difusión

Si dos metales A y B se unen por contacto superficial, los átomos del metal A se difundirán en el metal B y viceversa, los átomos de B emigrarán hacia A formando una sola aleación homogénea. Por supuesto, en un periodo bastante prolongado. El coeficiente de difusión especifica la rapidez de este fenómeno.

Existen varios mecanismos por los cuales los átomos se difunden:

A) La difusión por vacantes que ocurre por medio de la sustitución de átomos, cuando un átomo deja su lugar en la red para ocupar una vacante cercana dejando al mismo tiempo su posición original vacante.

*Mecanismo de difusión que implica el cambio de un átomo desde una posición reticular normal a uno vacante.

Proceso necesita presencia de vacantes y la posibilidades de difusión es función del numero de defectos que existan (T ºC)

El movimiento de los átomos van en sentido opuesto al de las vacantes.

Movimiento de un Vacante

átomo sustitucional

La autodifusión y la interdifusión

(átomos de soluto sustituyen a los de solvente) ocurren mediante este mecanismo

B) la difusión intersticial, en este mecanismo la difusión no requiere de vacantes para llevarse a cabo; ocurre cuando un átomo deja su lugar original y se aloja en un sitio intersticial entre átomos, en la mayoría de los casos los átomos no se ajustan al espacio del sitio intersticial por eso este mecanismo de difusión es poco común. Aunque existen otros mecanismos de difusión como el

Intercambio y el mecanismo cíclico, en la mayoría de los casos, los dos primeros son los originarios de la difusión.

*Mecanismo de difusión que implica átomos que van desde una posición intersticial a otra vecina desocupada.

El mecanismo tiene lugar por interdifusión de solutos(C,H,N y O) que tiene átomos pequeños. Los solutos sustitucionales raramente ocupan posiciones intersticiales y no difunden por este mecanismo.

Movimiento Átomo intersticial

de un átomo intersticial

Energía de activación para la difusión:

Un átomo que se difunde debe moverse entre los átomos circundantes para ocupar su nueva posición. El átomo debe atravesar una barrera de energía potencial que requiere una energía de activación Q. El calor proporciona al átomo la energía para vencer esta barrera. Normalmente se necesita menos energía para forzar un átomo intersticial a que pase entre los átomos circundantes; en consecuencia, la energía de activación es menor en la difusión intersticial que en la difusión por vacancias.

Los átomos son forzados o deformados al pasar entre otros átomos durante la difusión, este movimiento requiere de una alta energía de activación.

Valores de Q y D0 para ciertos metales.

La energía de activación y el mecanismo de difusión:

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