Difusión atómica - Atomic diffusion
La difusión atómica es un proceso de difusión mediante el cual el movimiento aleatorio de átomos activado térmicamente en un sólido da como resultado el transporte neto de átomos. Por ejemplo, los átomos de helio dentro de un globo pueden difundirse a través de la pared del globo y escapar, lo que hace que el globo se desinfle lentamente. Otras moléculas de aire (por ejemplo , oxígeno , nitrógeno ) tienen menor movilidad y, por lo tanto, se difunden más lentamente a través de la pared del globo. Hay un gradiente de concentración en la pared del globo, porque el globo se llenó inicialmente con helio y, por lo tanto, hay mucho helio en el interior, pero hay relativamente poco helio en el exterior (el helio no es un componente principal del aire ). La velocidad de transporte se rige por la difusividad y el gradiente de concentración.
En cristales
En el estado sólido cristalino, la difusión dentro de la red cristalina se produce mediante mecanismos intersticiales o de sustitución y se denomina difusión en red . En la difusión reticular intersticial, un difusor (como el C en una aleación de hierro) se difundirá entre la estructura reticular de otro elemento cristalino. En la difusión reticular sustitutiva ( autodifusión, por ejemplo), el átomo solo puede moverse sustituyendo el lugar por otro átomo. La difusión de la red de sustitución a menudo depende de la disponibilidad de puntos vacantes en toda la red cristalina. Las partículas que se difunden migran de un punto vacante a otro por el salto rápido, esencialmente aleatorio ( difusión de salto ).
Dado que la prevalencia de puntos vacantes aumenta de acuerdo con la ecuación de Arrhenius , la tasa de difusión del estado sólido cristalino aumenta con la temperatura.
Para un solo átomo en un cristal libre de defectos, el movimiento puede describirse mediante el modelo de " caminata aleatoria ". En 3 dimensiones se puede demostrar que después de saltos de longitud el átomo se habrá movido, en promedio, una distancia de:
Si la frecuencia de salto está dada por (en saltos por segundo) y el tiempo está dado por , entonces es proporcional a la raíz cuadrada de :
La difusión en materiales policristalinos puede implicar mecanismos de difusión de cortocircuito. Por ejemplo, a lo largo de los límites de los granos y ciertos defectos cristalinos, como dislocaciones, hay más espacio abierto, lo que permite una menor energía de activación para la difusión. Por lo tanto, la difusión atómica en materiales policristalinos a menudo se modela utilizando un coeficiente de difusión efectivo , que es una combinación de coeficientes de difusión de la red y del límite de grano . En general, la difusión en la superficie ocurre mucho más rápido que la difusión en el límite de grano y la difusión en el límite de grano ocurre mucho más rápido que la difusión en red .