informe nro 3

7/25/2019 Informe Nro 3

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INFORME NRO 3

MOVIMIENTO DE LOS ATOMOS EN LOS

MATERIALES1.-OBJETIVOConocimiento de la difusin empleando un proceso experimental

para determinar la velocidad de dilucin de una tinta en agua fra, caliente

saturada

2.- GENERALIDADES

INTRODUCCION

DIFUSION

!a difusin es la tendencia natural de las mol"culas a moverse desde #onas dealta concentracin $acia #onas de %a&a concentracin' Cuando se retira la

%arrera entre dos sustancias, las mol"culas se redistri%uen (o difunden) por

todo el recipiente, al *nal la me#cla alcan#a un estado de e+uili%rio, en +ue las

mol"culas de am%as sustancias estn me#cladas uniformemente' -or ello, las

mol"culas con maor masa se difunden ms lentamente' .am%i"n la difusin

es un proceso molecular +ue depende exclusivamente de los movimientos

aleatorios de cada mol"cula'

!a difusin de / en un sistema / 0, tiene lugar de%ido a la existencia

de una gradiente de concentracin de /' Este fenmeno se denomina a veces

difusin ordinaria para distinguirla de la difusin de presin, de la difusin

t"rmica de la difusin for#ada'

En la transferencia microscpica de masa, independiente de cual+uier

conveccin +ue se lleve aca%o dentro del sistema, se de*ne con el nom%re de

difusin molecular'

!a difusin molecular depende de una gradiente de concentracin, donde

existieran mol"culas de soluto de uno de los elementos de volumen +ue el

otro, resultando as una transferencia neta de una concentracin maor a una

menor el 1u&o de cada una de las especies moleculares ocurre en la direccin

del gradiente negativo de concentracin'

!a le de Fic2 de la ifusin esta%lece una relacin con la difusin %inaria

Mecanismos de difusin

En materiales slidos, los tomos estn en continuo movimiento, cam%ian

rpidamente de posicin' Movilidad4 5) un lugar vecino vaco 6) el tomo de%e

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tener su*ciente energa como para romper los enlaces con tomos vecinos

distorsionar la red durante el despla#amiento'

Intercamb! "rect!

Este mecanismo es mu impro%a%le, por la fuerte repulsin de corto alcance de

los tomos, lo +ue pro$%e la ocupacin de la posicin intermedia donde los dostomos de%eran estar a mitad de camino'

An##!

/+u las fuer#as repulsivas &uegan un rol positivo, cada tomo 7empu&ando8 a

su vecino en el curso de una permutacin circular' 9in em%argo este

mecanismo re+uiere la coordinacin de varios saltos atmicos, lo +ue $ace +ue

su ocurrencia sea impro%a%le'

D$%&'n (!r )acante&

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Mecanismo de difusin +ue implica el cam%io de un tomo desde una posicin

reticular normal a uno vacante' -roceso necesita presencia de vacantes la

posi%ilidades de difusin es funcin del numero de defectos +ue existan (. :C)

El movimiento de los tomos van en sentido opuesto al de las vacantes'

!a autodifusin la interdifusin (tomos de soluto sustituen a los de

solvente) ocurren mediante este mecanismo

D$%&'n nter&tca#

Mecanismo de difusin +ue implica tomos +ue van desde una posicinintersticial a otra vecina desocupada' El mecanismo tiene lugar por

interdifusin de solutos(C,;,N O) +ue tiene tomos pe+ue


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9upongamos +ue su concentracin vara con la posicin al lo largo del e&e >'!lamemosJa la densidad de corriente de partculas, es decir, al n=meroefectivo de partculas +ue atraviesan en la unidad de tiempo un rea unitaria

perpendicular a la direccin en la +ue tiene lugar la difusin' !a le de Fic2a*rma +ue la densidad de corriente de partculas es proporcional al gradientede concentracin

!a constante de proporcionalidad se denomina coe*ciente de difusin D escaracterstico tanto del soluto como del medio en el +ue se disuelve'

!a acumulacin de partculas en la unidad de tiempo +ue se produce en el

elemento de volumen Sdxes igual a la diferencia entre el 1u&o entranteJS,menos el 1u&o salienteJS, es decir

!a acumulacin de partculas en la unidad de tiempo es

Igualando am%as expresiones utili#ando la !e de Fic2 se o%tiene

Ecuacin diferencial en derivadas parciales +ue descri%e el fenmeno de ladifusin ' 9i el coe*ciente de difusin Dno depende de la concentracin

-gina ?


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ifusin de la sal en el agua

El siguiente e&emplo, explica las caractersticas esenciales de la me#cla en un

estuario, del agua salada procedente del mar con el agua de un ro' El agua

del ro menos densa 1ue so%re el agua de mar' ;a por tanto, una

discontinuidad en la densidad con la profundidad, de%ido a las diferencias de

salinidad'

Consideremos la siguiente distri%ucin unidimensional de la concentracin

c=c0parax@A

c=0, paraxBA

en el instante tA'

!a solucin de la ecuacin de la difusin es

!a funcin error se de*ne

D5'?D?5AGm6Hs es el coe*ciente de difusin de la sal en agua pura

-gina


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ifusin %idimensional' Jota de tinta

Kna gota de tinta de radio ase pone en un recipiente de agua de radio R,

siendo a


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O%tenemos la ecuacin

+ue es independiente del radio ade la gota del coe*ciente de difusin Dde la

tinta en el agua'

En la *gura, se representa la concentracin

relativa n(x, )Hn0en funcin dex=r/a(en

color a#ul) se compara con la situacin

inicial (color ro&o) para el instante =A'A6'

Conocido el valor del coe*ciente de

difusin D el radio inicial de la gota a,

podemos determinar la concentracin n(r,

t) de tinta a una distancia r=xadel centro

de la gota en el instante ta2/D

El programa es incapa# de calcular la concentracin en funcin de ladistanciaxpara un tiempo inferior a A'AA3'

Como compro%acin se puede veri*car +ue

-gina


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la cantidad total de tinta permanece constante, de modo +ue la integral

+ue es proporcional a la cantidad inicial de tinta contenida en un crculo de

radio unidad'

Gra"ente "e c!ncentrac'n

9e trata de la diferencia de concentracin +ue existe en una mol"cula entre

una regin otra de la misma' En el caso de las mem%ranas celulares, es la

diferencia +ue existe en las concentraciones de iones u%icados a distintos lados

de la mem%rana'

e forma fcilmente comprensi%le, el gradiante de concentracin es ladiferencia +ue existe de un elemento o entre varios elementos en una misma

#ona'

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,. ARTE EERIMENTAL

6 vasos

9al

/gua fria

.inta

/gua Caliente

eringa

-gina G


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-ROCEIMIEN.O4

a/ DIFUSION EN AGUA FRIA

9e de&a caer una gota de tinta al fondo del vaso con agua fra con una &eringaestando la punta de la &eringa en el fondo del paso se procede a inectar la

tinta cuidadosamente $asta llegar el tama


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E0(#cac'n

En el primer caso la tinta el agua tienen una densidad similar por este

motivo la tinta se difunde con facilidad' !a tinta se me#cla fcilmente con el

agua, favoreciendo la difusin'

En el segundo caso la disolucin saturada tiene una "en&"a" maor por

este motivo la tinta permanece en la super*cie' !as gotas de tinta +ue se de&ancaer so%re la disolucin regresan inmediatamente a la super*cie, retardando la

difusin'

c/ DIFUSION EN AGUA CALIENTE

;aciendo el mismo procedimiento del uso de la tinta en el fondo del vaso, se

proceder a usar agua caliente com%inado con un poco de agua fra en el vaso'


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Notamos +ue la tinta de agua se dilue fcilmente con el agua caliente por el

movimiento de las partculas +ue provoca el calor de&ndolo'

. CONCLUSIONES

/l saturar el agua ec$ndolo sal en este caso, la tinta al ser de menor

densidad +ue la del agua saturada esta proceder a ir a la super*cie'

;aciendo uso del agua fra podemos notar +ue esta tiene la misma densidad

+ue la del agua por eso la tinta de dilue con el agua'

e igual forma con el agua caliente, al estar expuesta al movimiento departculas se proceder a diluir ms rpido la tinta so%re el agua'

. BIBLIOGRAFIA

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$ttps4HHpre#i'comHpG5oiAvpl+fHdifusiondetintaenaguateoriacienti*caH
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