Cinetica

Difusión Intersticial
La difusión implica a átomos que van desde una posición intersticial a otra vecina desocupada. El mecanismo tiene lugar por interdifusión de solutos tales como hidrógeno, carbono, nitrógeno y oxigeno que tienen átomos pequeños, idóneos para ocupar posiciones intersticiales. Este fenómeno se denomina difusión intersticial. Los átomos de soluto sustitucionales raramenteocupan posiciones intersticiales y no difunden por este mecanismo.
En la mayoría de las aleaciones, la difusión intersticial ocurre más rápidamente que la difusión por vacantes, ya que los átomos intersticiales son más pequeños que las vacantes y tienen mayor movilidad. Teniendo en cuenta que hay más posiciones intersticiales vacías que vacantes, la probabilidad del movimiento atómico intersticiales mayor que la difusión por vacantes.
Este mecanismo de difusión intersticial desajustada es poco común, debido a que el átomo no se ajusta o acomoda fácilmente en el intersticio, que es más pequeño.
Se ha logrado mucho éxito en la investigación de la difusión intersticial, especialmente en metales cúbicos centrados en el cuerpo, con una técnica totalmente diferente. Esta técnica tiene laventaja de que se la pueda emplear a temperaturas muy bajas donde los métodos normales de estudiar la difusión son inoperantes debido a las muy altas velocidades de difusión
Energía de activación

Un átomo que se difunde debe escurrirse entre los átomos circundantes para ocupar su nueva posición. El átomo está originalmente en un sitio de baja energía, relativamente estable. Para desplazarse a otrolugar, el átomo debe atravesar una barrera de energía potencial que requiere una energía de activación Q. El calor proporciona al átomo la energía para vencer esta barrera. La energía de activación es menor en la difusión intersticial que en la difusión para vacantes.
En la industria los más usados son los procesos de tratamiento termoquímico basados en la difusión en el hierro de los nometales C, N, B. Estos elementos cuyo radio atómico es pequeño, forman con el hierro soluciones sólidas intersticiales. La difusión de C, N y B se desarrolla de acuerdo con el mecanismo internodal (donde el átomo se desplaza dentro del cristal, saltando de un espacio internodal a otro). La temperatura ejerce gran influencia en los coeficientes y en las velocidades de difusión.
La ley de influencia dela temperatura sobre el coeficiente de difusión primeramente fue establecida experimentalmente (Ley de Arrhenius) y después argumentada teóricamente sobre la base de la teoría atómica de la difusión y se describe:
D = DO exp(-Q/RT)

Donde:
D = es el coeficiente de difusión.
D0 = factor de frecuencia independiente de la temperatura (m2/s)
Q = energía de activación (J/mol)
R= Cte. de gases 8,31 J/mol-ºK, 1987 cal/mol-ºk ó 8,62x 10-5eV/átomo.
T = temperatura absoluta (ºK).
SEGUNDA LEY DE FICK
La segunda ley de Fick es una ecuación en derivadas parciales, para la solución unívoca de la cual es indispensable prefijar las condiciones iniciales y de frontera a los que debe satisfacer la concentración del elemento difundido.
La segunda ley de Fick paraprocesos no estacionarios (una variación de concentración de elementos con respecto al tiempo).
La mayoría de las situaciones practicas de difusión son en estado no estacionario. En una zona determinada del sólido, el flujo de difusión y el gradiente de difusión varían con el tiempo, generando acumulación o agotamiento de las sustancias que difunden. Ecuación:

∂c∂t= ∂∂xD∂c∂x

Si el coeficientede difusión es independiente de la composición, lo cual deberá comprobarse para cada situación particular de difusión, la Ecuación se simplifica:
∂C∂t= D∂2C∂x2

En la práctica una solución importante es la de un sólido semiinfinito cuya concentración superficial se mantiene constante. Aquí la concentración de las especies difusoras C varía con la distancia x, tiempo t y la difusividad D....