MOVILIDAD DE LOS ATOMOS (DIFUSION)

CONSIDERACIONES SOBRE LA DIFUSIÓN EN SÓLIDOS.Es el movimiento de los átomos, iones o moléculas, dentro de un material. Estos se mueven de manera predecible, tratando de eliminar diferencias de concentración y producir una composición homogénea y uniforme. La difusión puede ser definida como el mecanismo por el cual la materia es transportada por la materia. (movilización de fluido) y difusión. En los sólidos, estos movimientos atómicos quedan restringidos debido a los enlaces que mantienen los átomos en las posiciones de equilibrio, por lo cual el único mecanismo de transporte de masa es la difusión. La probabilidad de intercambiar posiciones depende de la temperatura.

MECANISMOS DE DIFUSIÓNExisten dos mecanismos principales de difusión en los átomos en una estructura cristalina: (1) mecanismo de vacantes o sustitucional, y (2) el mecanismo intersticial.

1. Mecanismo de difusión por vacantes o sustitucional.

Los átomos pueden moverse en las redes cristalinas desde una posición a otra si hay presente suficiente energía de activación proporcionada ésta por la vibración térmica de los átomos, y si hay vacantes u otros defectos cristalinos en la estructura para que ellos los ocupen. Las vacantes en los metales son defectos en equilibrio, y por ello algunos están siempre presentes para facilitar que tenga lugar la difusión sustitucional de los átomos. Según va aumentando la temperatura del metal se producirán más vacantes y habrá más energía térmica disponible, por tanto, el grado de difusión es mayor a temperaturas más altas.

Energía de activación: suele utilizarse para denominar la energía mínima necesaria para que se produzca una reacción dada. Para que ocurra una reacción entre dos moléculas, éstas deben colisionar en la orientación correcta y poseer una cantidad de energía mínima.

Químico: La energía química exotérmica desprende calor, que puede ser empleado como fuente de ignición. Eléctrico: El paso de una corriente eléctrica o un chispazo produce calor. Mecánico: Por compresión o fricción, la fuerza mecánica de dos cuerpos puede producir calor.

2. Mecanismo de difusión intersticialLa difusión intersticial de los átomos en redes cristalinas tiene lugar cuando los átomos se trasladan de un intersticio a otro contiguo al primero sin desplazar permanentemente a ninguno de los átomos de la matriz de la red cristalina. Para que el mecanismo intersticial sea efectivo, el tamaño de los átomos que se difunde debe ser relativamente pequeño comparado con el de los átomos de la matriz. Los átomos pequeños como los de hidrógeno, carbono, oxígeno y nitrógeno, pueden difundirse intersticialmente en algunas redes cristalinas metálicas. Por ejemplo, el carbono puede difundirse intersticialmente en el hierro alfa BCC y hierro gamma FCC. En la difusión intersticial de carbono en hierro, los átomos de carbono deben pasar entre los átomos de la matriz de hierro.

Los valores de la difusividad dependen de muchas variables, las más importantes son las siguientes:

La temperatura a la cual ocurre la difusión: Si la temperatura aumenta en el sistema la difusividad también se ve incrementada.El tipo de estructura cristalina de la red matriz: La estructura cristalina BCC que posee un factor de empaquetamiento de 0.68 ayuda a que la difusividad sea mayor que una red FCC que posee un factor de empaquetamiento de 0.74. De esta manera los átomos de carbono se pueden difundir más fácilmente en una red de hierro BCC que una red FCC. El tipo de imperfecciones cristalinas: La mayoría de estructuras abiertas permiten una difusión más rápida de los átomos. Las vacantes en exceso incrementarán las velocidades de difusión en metales y aleaciones.