Difusão atômica - Atomic diffusion
A difusão atômica é um processo de difusão pelo qual o movimento aleatório dos átomos termicamente ativado em um sólido resulta no transporte líquido dos átomos. Por exemplo, átomos de hélio dentro de um balão podem se difundir através da parede do balão e escapar, resultando em um esvaziamento lento do balão. Outras moléculas de ar (por exemplo , oxigênio , nitrogênio ) têm mobilidades mais baixas e, portanto, se difundem mais lentamente através da parede do balão. Há um gradiente de concentração na parede do balão, porque o balão foi inicialmente preenchido com hélio e, portanto, há muito hélio no interior, mas há relativamente pouco hélio no exterior (o hélio não é um componente importante do ar ). A taxa de transporte é governada pela difusividade e pelo gradiente de concentração.
Em cristais
No estado sólido do cristal, a difusão dentro da rede cristalina ocorre por mecanismos intersticiais ou substitucionais e é chamada de difusão em rede . Na difusão da rede intersticial, um difusante (como o C em uma liga de ferro) se difundirá entre a estrutura da rede de outro elemento cristalino. Na difusão em rede substitucional ( autodifusão, por exemplo), o átomo só pode se mover substituindo o lugar por outro átomo. A difusão da rede substitutiva geralmente depende da disponibilidade de pontos vagos em toda a rede cristalina. As partículas difusoras migram de um ponto vazio para outro através de um salto rápido e essencialmente aleatório ( difusão de salto ).
Uma vez que a prevalência de pontos vagos aumenta de acordo com a equação de Arrhenius , a taxa de difusão de estado sólido do cristal aumenta com a temperatura.
Para um único átomo em um cristal sem defeitos, o movimento pode ser descrito pelo modelo de " passeio aleatório ". Em 3 dimensões, pode-se mostrar que após saltos de comprimento o átomo terá se movido, em média, uma distância de:
Se a frequência do salto é dada por (em saltos por segundo) e o tempo é dado por , então é proporcional à raiz quadrada de :
A difusão em materiais policristalinos pode envolver mecanismos de difusão de curto-circuito. Por exemplo, ao longo dos limites do grão e de certos defeitos cristalinos, como deslocamentos, há mais espaço aberto, permitindo assim uma menor energia de ativação para difusão. A difusão atômica em materiais policristalinos é, portanto, frequentemente modelada usando um coeficiente de difusão eficaz , que é uma combinação de rede e coeficientes de difusão de contorno de grão . Em geral, a difusão de superfície ocorre muito mais rápido do que a difusão de contorno de grão e a difusão de contorno de grão ocorre muito mais rápido do que a difusão de rede .