difusion

TEMA: Difusión en estado estacionario
INTRODUCCION
La difusión puede ser definida como el mecanismo por el cual la materia es transportada por la materia. Los átomos de gases, líquidos y sólidos están en constante movimiento y se desplazan en el espacio tras un período de tiempo. En los gases, el movimiento de los átomos es relativamente veloz, tal efecto se puede apreciar por el rápido avancede los olores desprendidos al cocinar o el de las partículas de humo.
En los líquidos, los átomos poseen un movimiento más lento, esto se pone en evidencia en el movimiento de las tintas que se disuelven en agua líquida. El transporte de masa en líquidos y sólidos se origina generalmente debido a una combinación de convección (movilización de fluido) y difusión.
En los sólidos, estosmovimientos atómicos quedan restringidos (no existe convección), 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. Sin embargo las vibraciones térmicas que tienen lugar en sólidos permiten que algunos átomos se muevan. La difusión de éstos en metales y aleaciones es particularmente importante si consideramosel hecho de que la mayor parte de las reacciones en estado sólido llevan consigo movimientos atómicos.
Existen dos mecanismos principales de difusión en los átomos en una estructura cristalina:
1. mecanismo de vacantes o sustitucional
2. el mecanismo intersticial

1. Mecanismo de difusión por vacantes o sustitucional
Los átomos pueden moverse en las redes cristalinas desde una posición aotra 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 latemperatura del metal se producirán más vacantes y habrá más energía térmica disponible, por tanto, el grado de difusión es mayor a temperaturas más altas.
La energía de activación para la difusión propia es igual a la suma de la energía de activación necesaria para formar la vacante y la energía de activación necesaria para moverla.
La siguiente tabla presenta la relación de algunas energías deactivación para la auto difusión en metales puros
Metal
Punto de fusión, en °C
Rango de temperatura estudiado, °C
Estructura Cristalina
Energía de Activación, KJ/mol
Cinc
419
240-418
HCP
91.6
Aluminio
660
400-610
FCC
165
Cobre
1083
700-990
FCC
196
Níquel
1452
900-1200
FCC
293
Hierro a
1530
808-884
BCC
240
Molibdeno
2600
2155-2540
BCC
460

Se pude observar que amedida que incrementa el punto de fusión del material la energía de activación también aumenta. Esto se da porque los metales con temperatura de fusión más altas tienden a mayores energías de enlace entre sus átomos.
La difusión también puede darse por el mecanismo de vacantes en soluciones sólidas. La diferencia entre los tamaños de los átomos y las energías de enlace entre ellos son factores queafectan la velocidad de difusión.
2. Mecanismo de difusión intersticial
La 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 difundedebe 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 hierro alfa BCC y hierro gamma FCC. En la difusión intersticial de carbono en hierro, los átomos de carbono...