Difusion

DIFUSIÓN

Es el fenómeno de transporte de masa por movimiento atómico (en el caso de metales); de cationes y aniones (en el caso de cerámicas iónicas) y de macromoléculas (en el caso de polímeros).
La difusión ocurre en el interior de sólidos, líquidos y gases.
Este fenómeno lo podemos encontrar mediante el tratamiento térmico de dos tipos de metales, comopor ejemplo el par Cu-Ni.

En a) observamos un par metálico Cu-Ni sin algún tratamiento térmico.

En b) observamos la representación esquemática de la localización atómica de Cu a la izquierda y Ni a la derecha.

En c) observamos la composición tanto en Cu como en Ni que aún se encuentran al 100% en sus respectivas zonas.

En a) se observa la difusiónde Cu y Ni en el par metálico durante el tratamiento térmico.

En b) se observa la presencia de átomos de Cu y Ni en zonas contrarias, debido al fenómeno de difusión (transporte de masa).

En c) se observa la composición del par metálico luego del tratamiento térmico, es decir luego del fenómeno de difusión.

Mecanismo de difusión
Debido a que la difusiónes la migración paso a paso de átomos de determinadas posiciones del retículo a otras, para que ocurra el movimiento de los átomos son necesarias dos condiciones:
1. Debe existir un espacio libre adyacente.
2. El átomo debe poseer energía suficiente para romper los enlaces químicos y causar una distorsión en el reticulado cristalino.

Tipos dedifusión

Difusión sustitucional
Difusión por vacancia
Átomos sustitucionales cambian de posición con vacancias existentes en el reticulado cristalino.
* El movimiento es una función del número de vacancias presentes.
* El número de vacancias aumenta exponencialmente con la temperatura.
* El movimiento del átomo ocurre en una dirección y la de vacanciasocurre en la dirección contraria.

Auto difusión
Es la difusión de átomos de la misma especie.
Inter difusión
Difusión de átomos de especies diferentes.
Difusión Intersticial
Los átomos intersticiales migran para posiciones intersticiales adyacentes no ocupadas del reticulado.
Para este tipo de difusión:
* No hay necesidad de que existanvacancias vecinas.
* En metales y aleaciones, la difusión de impurezas de radio atómico muy pequeño en relación al radio atómico de la matriz. Por ejemplo: hidrogeno, carbono, nitrógeno y oxígeno en el acero.
* Difusión intersticial es mucho más rápido que la difusión substitucional (por vacancias).
Difusión en estado estacionario
* La difusión es unproceso dependiente del tiempo.
* En un determinado proceso, es importante conocer la rapidez con la que ocurre la transferencia de masa.
* El flujo de transferencia de masa puede ser expresada por medio del flujo de difusión.
FLUJO DE DIFUSIÓN (J):
J=MAt
En forma diferencial:J=1AdMdt
Donde:
M: masa(o el equivalente número de átomos); A: sección transversal;
y t: tiempo.
[J] = Kg/(m2s)

Si el flujo no varía con el tiempo:

El perfil de concentración: C=f(x)

El gradiente de concentración: se mide como la tangente de lacurva de concentración vs distancia (perfil de concentración) en un determinado punto.
Entonces cuando la concentración es función lineal de la distancia:

Primera ley de Fick.
El potencial termodinámico en este caso, para que ocurra el fenómeno de difusión, es el gradiente de concentración.

D = Coeficiente de difusión....