Difusión

Difusión en estado sólido

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TEMA 5 DIFUSIÓN EN ESTADO SÓLIDO

Beatriz Aranda

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1.- Concepto de difusión
Al caer una gota de tinta en un vaso de agua, se observa una demostración simple de la difusión, es decir dos materiales distintos mezclándose a escala molecular. Sin embargo esto no sólo ocurre entre distintas sustancias, sino que a temperaturaambiente las moléculas de agua están en movimiento continuo desplazándose de un lado a otro. Este movimiento es fácil de visualizar en los líquidos y siendo mucho más complejo visualizarlo en los sólidos. Una de las diferencias entre la difusión en estado líquido y la difusión en estado sólido estriba en la lentitud con que se produce esta en estado sólido. La mayor parte de las reacciones y procesosmás importantes del tratamiento de los materiales se basa en la transferencia de masa, bien dentro de un determinado sólido o bien desde un líquido o un gas en otro sólido. Esta transferencia va acompañada por la difusión que se define como un fenómeno de transporte por movimiento atómico. El fenómeno de la difusión se puede demostrar tomando un par difusor formado por dos metales puestos encontacto a través de sus caras (en este caso tomaremos el cobre y el níquel). Al elevar la temperatura por debajo de su punto de fusión, durante un largo periodo de tiempo, se puede comprobar por análisis químico posterior, que la composición de los metales a cambiado. El extremo del metal níquel, éste sigue siendo puro, pero a medida que nos alejamos de su superficie aumenta la cantidad de cobre ydisminuye la de níquel, hasta que tenemos finalmente cobre puro. Esto nos hace ver que los átomos de níquel han difundido hacia el cobre y viceversa (esto puede observarse en la figura 1 del anexo). Este proceso en que los átomos de un metal difunden en el otro, se denomina “interdifusión o difusión de impurezas”. Desde el punto de vista macroscópico, la interdifusión se interpreta como los cambiosde concentración que ocurren con el tiempo, es decir, existe un claro transporte de átomos desde las regiones de alta concentración a las de baja concentración. También ocurre difusión en los metales puros, donde los átomos del mismo tipo intercambian posiciones, a esto es lo que se le denomina interdifusión. Para que sea posible la difusión es necesario la existencia de las imperfecciones en lossólidos cristalinos ya que si no seria imposible que en estructuras tan compactas

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pudiera darse el movimiento de átomos de un lugar a otro, que implican en muchos casos la rotura de enlaces.

2.- Mecanismos de difusión
Como ya sabemos a difusión consiste en la migración de los átomos de un sitio a otro de la red cristalina. Para que en losmateriales sólidos pueda darse esta migración es necesario que se den dos condiciones; la primera es que exista un lugar vecino vacío y la segunda es que el átomo debe tener la energía suficiente como para romper los enlaces con los átomos vecinos y desplazarse a la nueva posición distorsionando la red. La energía en éste caso es de tipo vibracional (cada átomo vibra rápidamente alrededor de suposición reticular, no vibrando todos con la misma frecuencia ni con la misma energía). En éste caso a una temperatura determinada un pequeño números de átomos tienen la energía suficiente para difundir, aumentando con la temperatura. En la figura 2 se ha esquematizado un mecanismo de difusión que implica el cambio de un átomo desde una posición reticular normal a una vacante o sitio reticular vacío.Este mecanismo recibe el nombre de difusión por vacantes. En este caso la posibilidad de la difusión por vacantes dependerá del número de defectos que existan, y como éstos aumentan con la temperatura, a mayor temperatura más rápida será este mecanismo de difusión. La autodifusión y la interdifusión ocurren por éste mecanismo; en la interdifusión los átomos de soluto sustituyen a los de...