Fatores que influenciam na difusão
Teoria
E aí, tudo bem?
Notem na imagem abaixo e imaginem que o cobre seria um carro fazendo um role da esquerda para a direita e o Niquel da direita para a esquerda, essa mão de duas vias é a difusão dos átomos, sabe os buracos nas estaradas? Influenciam na velocidade dos carros certo? Vamos ver o que influencia na movimentação dos átomos ?
Espécies difusivas
A intensidade do coeficiente de difusão (D) é uma indicação da taxa que os átomos se difundem.. As espécies difusivas, bem como o material base, influenciam o coeficiente de difusão. Por exemplo, existe uma diferença gigantesca na magnitude entre a autodifusão e a interdifusão do carbono no ferro α a 500ºC, e o valor de D é maior para a interdifusão do carbono (3,0x10 -21 contra 2,4x10 -12 m 2 /s). Essa comparação também pode ser vistas na difusão por lacuna e intersticial. Viram como se diferenciam ?? Vejam outras variações na tabela ali em baixo.
Temperatura
A temperatura é uma outra variável que influência muuuuuuito nas taxas de difusão. Por exemplo, olhando a tabela acima, para a autodifusão do Fe no Fe α, o coeficiente de difusão aumenta (de 3,0x10 -21 para 1,8x10 -15 m2/s) ao se elevar a temperatura de 500 para 900ºC e essa dependência é expressa por:
Onde:
D0: constante pré-exponencial (m2/s), para energia de ativação para a difusão (J/mol, cal/mol)
R é a constante dos gases (8,31 J/mol-K, 1,987 cal/mol-K ou 8,62x10-5) eV/átomo
T : temperatura absoluta (K)
E o que é enrgia de ativação??
Essa energia de ativação pode ser avaliada como a energia indispensável para causar o movimento difusivo de um mol de átomos. Uma energia de ativação alta deriva em um coeficiente de difusão relativamente baixo.
E aii vamos aplicar os conhecimentos que aprendemos agora?
A constante pré-exponencial e a energia de ativação do Fe em cobalto são dados. Em qual temperatura o coeficiente de difusão terá o valor de 1,5x10 --13 m 2 ⁄s.
Dados:
Do: 1,05 x10 --4 m 2 ⁄s.
Qd: 125600 J/mol
D: 1,5x10 --13 m 2/s
T?
Para resolvermos esta exponencial basta aplicarmos sua função inversa em ambos os lados da equação.
Exercícios Resolvidos
Exercício Resolvido #1
Elaboração própria
Sobre o processo de difusão determine:
- A difusão é um processo termicamente ativado e a taxa de difusão depende exclusivamente do par soluto-solvente
- A difusão é um processo termicamente ativado e a taxa de difusão não depende das estruturas cristalinas.
- A difusão é um processo termicamente ativado e a taxa de difusão depende do par soluto-solvente e de suas estruturas cristalinas.
Passo 1
A difusão é um processo termicamente ativado e a taxa de difusão depende do par soluto-solvente e de suas estruturas cristalinas.
Resposta
Alternativa C
Exercício Resolvido #2
Elaboração própria
Determine qual é a influência da temperatura na difusão atômica:
- Conforme a temperatura aumenta, ocorre uma redução das lacunas e consequentemente uma menor difusão.
- Conforme a temperatura aumenta a energia térmica reduz
- O aumento da temperatura favorece em uma maior difusão.
Passo 1
Conforme a temperatura aumenta, ocorre um aumento das lacunas e consequentemente uma maior difusão.
Passo 2
Ocorrendo um aumento da energia térmica, aumentando a difusão.
Resposta
Alternativa C
Exercício Resolvido #3
Elaboração própria
Sobre a energia de ativação determine a resposta correta:
- A energia para difusão intersticial é menor que para difusão em lacuna.
- A energia de ativação não é influenciada pelo tipo de átomo e estrutura.
- Quanto menor e a energia maior é a velocidade do processo e maior a sensibilidade com a temperatura.
Passo 1
A energia para difusão intersticial é menor que para difusão em lacuna.
Passo 2
A energia de ativação é influenciada pelo tipo de átomo e estrutura.
Passo 3
Quanto maior e a energia menor é a velocidade do processo e maior a sensibilidade com a temperatura.
Resposta
Alternativa A
Exercício Resolvido #4
Elaboração própria
Sobre a influência da microestrutura na difusão atômica.
- A difusão ocorre mais rápido em materiais monocristalinos.
- Ocorre com maior facilidade em estruturas com menos restrições
- Os caminhos de difusão dos materiais não influenciam no coeficiente de difusão.
Passo 1
A difusão ocorre mais rápido em materiais policristalinos.
Passo 2
Ocorre com maior facilidade em estruturas com menos restrições
Passo 3
Os caminhos de difusão dos materiais influenciam no coeficiente de difusão.
Resposta
Alternativa B
Exercício Resolvido #5
Elaboração própria
Das características a seguir determine os fatores que influenciam negativamente na difusão:
- Baixo empacotamento, baixo ponto de fusão e elevada densidade
- Ligações fortes, boa qualidade cristalina, baixo ponto de fusão
- Elevado empacotamento, ponto de fusão e grande raio atômico.
Passo 1
Elevado empacotamento, ponto de fusão e densidade
Passo 2
Ligações fortes, boa qualidade cristalina, elevado ponto de fusão
Passo 3
Elevado empacotamento, ponto de fusão e grande raio atômico.
Resposta
Alternativa C
Exercício Resolvido #6
Elaboração própria
Analise as curvas experimentais do coeficiente de auto-difusão na prata. E avalie a influência da temperatura.
Passo 1
Em temperaturas altas, o coeficiente de difusão é elevado no cristal, promovendo o movimento de átomos na rede, sendo desprezível, portanto, a difusão em contornos de grão.
Passo 2
Se a temperatura é decai, a difusão na rede cristalina é complicada e o reforço de contornos de grão se torna expressiva
Resposta
Em temperaturas altas, o coeficiente de difusão é elevado no cristal, promovendo o movimento de átomos na rede, sendo desprezível, portanto, a difusão em contornos de grão. Se a temperatura é decai, a difusão na rede cristalina é complicada e o reforço de contornos de grão se torna expressiva
Exercício Resolvido #7
Elaboração própria
Determine a temperatura do coeficiente de difusão para a difusão do alumínio no zinco e apresenta um valor de 2,17 x 10-10 m2/s. Considerando os dados a seguir:
Do: 1,31 x10 --3 m 2 ⁄s.
Qd: 213200 J/mol
R: 8,31 J/mol-K
Passo 1
Primeiramente devemos lembrar da equação:
Passo 2
Calculando temos:
(Para “retirarmos” a exponencial, aplicamos sua inversa Ln dos dois lados da equação.
Resposta
Exercício Resolvido #8
Elaboração própria
Determine a temperatura do coeficiente de difusão para a difusão do ferro no aço e apresenta um valor de 1,72 x 10-13 m2/s. Considerando os dados a seguir:
Do: 2,21 x10 --5 m 2 ⁄s.
Qd: 148200 J/mol
R: 8,31 J/mol-K
Passo 1
Primeiramente devemos lembrar da equação:
Passo 2
Calculando temos:
(Para “retirarmos” a exponencial, aplicamos sua inversa Ln dos dois lados da equação.
Resposta
Exercício Resolvido #9
Capítulo 5 , Perguntas e Problemas, exercício 1 8
Em qual temperatura o coeficiente de difusão para a difusão do cobre no níquel terá um valor de . Use os dados de difusão na Tabela .
Passo 1
Olá! Tudo bem? Nesse problema devemos calcular a temperatura na qual o coeficiente de difusão para a difusão do cobre no níquel terá um valor de Utilizaremos a Tabela (pág. ; Ed.) e a equação (pág. ; Ed.) para resolvermos esse exercício.
Isolando na equação e inserindo os valores fornecidos pela Tabela , temos:
Resposta
Exercício Resolvido #10
Capítulo 5 , Perguntas e Problemas, exercício 1 9
A constante pré-exponencial e a energia de ativação para a difusão do ferro no cobalto são de e , respectivamente. Em qual temperatura o coeficiente de difusão possuirá um valor de ?
Passo 1
Olá! Tudo bem? Nesse problema devemos calcular a temperatura na qual o coeficiente de difusão para a difusão do ferro no cobalto terá um valor de . Utilizaremos a Tabela (pág. ; Ed.) e a equação (pág. ; Ed.) para resolvermos esse exercício.
Isolando na equação e inserindo os valores fornecidos pela Tabela , temos:
Resposta
Exercício Resolvido #11
CALLISTER, Ciências dos materiais, 8° edição, cap.5, Nº 22
Os coeficientes de difusão para prata no cobre são dados para duas temperaturas:
- Determine os valores de Do e Qd.
- Qual é a magnitude de D a 875°C.
Passo 1
- Para determinarmos Qd usamos simultaneamente em uma combinação de igualdade as duas equações abaixo:
Agora nós devemos isolar Qd em relação as temperaturas T1= 923 K e T2= 1173 k e D1= e D2= 1,3 x 10 -13
Igualando as equações, podemos agora substituir os valores:
196,68 x 10³ J/mol
Agora podemos achar “Do”:
Passo 2
Agora devemos calcular para a temperatura de 1148 K
Resposta
e 196,68 x 10³ J/mol
Resposta
Ei, a resposta está no passo a passo :)