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Movilidad de los átomos (DIFUSION)
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.
Observar la evolución de una gota de tinta en un vaso de agua, o de un cristal de alguna sustancia coloreada en el solvente adecuado, los olores quellegan a nosotros, son experiencias diarias de fenómenos.
de difusión en gases y líquidos, estados en los que por su misma situación de movilidad, los átomos difunden con rapidez. Sin embargo este fenómeno es una tendencia general en la naturaleza, y aunque más lento, es igualmente observable en sólidos, tendiendo a homogeneizar las “imperfecciones”.
Se han definido como sólidos a aquellosmateriales cuyos átomos, iones o moléculas están ordenados en una forma fija y regular de mínima energía, llamada red cristalina. Aún siendo regulares, las redes cristalinas naturales pocas veces son perfectas: la descripción y el control de las imperfecciones existentes, y aún la creación de imperfecciones en una red cristalina perfecta, son un aspecto importantísimo de la ingeniería de losmateriales.
Las imperfecciones de la red pueden consistir en la ausencia de uno o mas átomos en los puntos correspondientes de la misma (vacancias) ó en la aparición de un átomo diferente (de mayor o menor radio) lo que provoca tensiones y distorsiones en la red. Los átomos más pequeños pueden acomodarse también en los huecos dejados por los átomos de la red (sitios intersticiales) constituyendo otrotipo de imperfección.
Y aún los mismos, los átomos, iones o moléculas ordenados en la red tienen energía como para desplazarse de un punto a otro, intercambiando posiciones con otro átomo idéntico, siguiendo las tendencias homogeneizantes antes mencionadas. Puesto que no todos los átomos tienen la misma energía, se podrá aplicar un criterio estadístico.
La probabilidad de intercambiar posicionesdepende de la temperatura según la ecuación de Arrhenius
tasa de movimiento = C0 e-Q/RT
donde C0 es una constante, Q es la energía de activación (en cal/mol) , R la constante de los gases ( en cal/mol K ) y T la temperatura absoluta.
Se basa en un criterio estadístico sobre la probabilidad de que n átomos/segundo tengan una energía adicional Q como para poder desplazarse deuno a otro sitio de la red.
La energía de activación es la energía que debe tener un átomo, ión o molécula, para poder llegar a su nueva posición: es fácil ver que los átomos se encuentran en una situación normal, de baja energía y relativamente estable. Al difundir, al abrirse paso a un nuevo sitio, el átomo debe comprimir los átomos circundantes, vencer una barrera energética, esa es laenergía de activación. El calor aplicado es lo que proporciona esa energía. Un bajo valor de Q representa una difusión fácil.
Si se grafica el logaritmo de la tasa de movimiento vs. la inversa de la temperatura, se puede obtener Q de la pendiente.
Se ha podido verificar experimentalmente, por medio de trazadores radioactivos, que los átomos se mueven dentro de la red de una posición a otra incluso ensólidos absolutamente puros. Este proceso se denomina autodifusión, y aunque ocurre continuamente en todos los materiales no tiene efecto importante en su comportamiento. Si lo tiene cuando ocurre con átomos de distintos materiales, por ejemplo en las soldaduras. Cada tipo de átomo difunde gradualmente hasta lograr una distribución uniforme, luego de transcurrido suficiente tiempo. A este procesose lo denomina difusión de átomos sustitucionales
Los dos mecanismos importantes mediante los cuales ocurren estos procesos de difusión son la difusión por vacancia y la difusión intersticial:
Difusión por vacancia: tanto en la autodifusión como en la difusión de átomos sustitucionales, un átomo puede abandonar su sitio en la red para llenar una vacancia cercana. Pero en el mismo momento...