[EXPLICANDO A MATÉRIA] Difusão em Sólidos

     O Explicando a Matéria de hoje busca clarificar o fenômeno de difusão em sólidos e quais os fatores que o influenciam. A difusão é definida como o transporte de matéria por movimento atômico, de forma que átomos migram de uma posição para outra na rede cristalina. Para um átomo fazer esse movimento, duas condições devem ser atendidas: deve existir uma posição adjacente vazia e o átomo deve possuir energia suficiente para quebrar as ligações atômicas com seus átomos vizinhos e então causar alguma distorção da rede durante o seu deslocamento. Essa energia é de natureza vibracional e aumenta com a temperatura.

     Dois mecanismos de difusão são dominantes em metais: a difusão intersticial e a difusão substitucional, por lacunas. O primeiro deles consiste na migração de átomos de uma posição intersticial para uma posição intersticial vizinha que esteja vazia. Esse mecanismo é encontrado para a interdifusão de impurezas, que são pequenas o suficiente para se encaixar nas posições intersticiais. Por outro lado, na difusão por lacunas um átomo se movimenta de uma posição normal da rede cristalina para outra posição vaga ou lacuna na rede.

     Se o fluxo difusional não varia com o tempo, existe uma condição de regime estacionário. Nesse caso, utilizamos a primeira lei de Fick para calcular a quantidade de átomos que se difunde através de uma área por unidade de tempo. A constante D presente na fórmula é chamada de coeficiente de difusão. Entretanto, a maioria das situações práticas envolvendo difusão ocorre em regime não estacionário, ou seja, o fluxo difusional e o gradiente de concentração em um ponto específico no interior de um sólido variam com o tempo. Nesse caso, utilizamos a segunda lei de Fick para os cálculos.

     A magnitude do coeficiente de difusão D e, consequentemente, a difusão de átomos, é dependente tanto da espécie em difusão quanto da temperatura. O coeficiente de difusão varia exponencialmente com a temperatura, de forma que esse fator possui uma influência profunda sobre as taxas de difusão. Por exemplo, ao se elevar a temperatura de 500ºC para 900ºC, a autodifusão do Fe no ferro-alfa aumenta em aproximadamente seis ordens de grandeza!

Fonte: CALLISTER, W. D., Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução. John Wiley & Sons, Inc., 2002.