7/31/2019 Difuso - Fsico Quimica III

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1. FENMENOS DE TRANSPORTE

1.1 Difuso de Slidos Par de Difuso

Uma viso idealizada do fenmeno da difuso pode ser obtida com o auxlio do Par deDifuso. O par de difuso formado quando as superfcies de duas barras de materiais metlicosdistintos so colocadas em contato ntimo.

1.2 Mecanismos de Difuso

Um par de difuso cobre-nquel antes de sersubmetido a um tratamento trmico a temperatura elevada.

Representaes esquemticas das localizaes dostomos de Cu (crculos esquerda) e Ni (crculos direita)no interior do par de difuso.

Grfico das concentraes do cobre e do nquel em funo daposio ao longo do par de difuso. A linha slida representaa concentrao do Cu e a linha pontilhada a do Ni.

Um par de difuso cobre-nquel aps ser submetido aum tratamento trmico a temperatura elevada, mostrando azona de difuso com formao de liga.

Representaes esquemticas das localizaes dostomos de Cu (crculos vermelhos) e Ni (crculos amarelos) nointerior do par de difuso.

Concentraes de cobre e nquel em funo da posioao longo do par de difuso. A linha slida representa aconcentrao do Cu e a linha pontilhada a do Ni.

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De uma perspectiva atmica, a difuso a migrao passo a passo dos tomos dedeterminadas posies do reticulado cristalino para outras.

Para ocorrer a movimentao de tomos so necessrias duas condies:(1) deve existir um espao livre adjacente ao tomo;(2) o tomo deve possuir energia suficiente para quebrar as ligaes qumicas que o une a seustomos vizinhos e ento causar uma distoro no reticulado cristalino durante seu deslocamento.

Foram propostos vrios mecanismos diferentes para explicar o movimento atmicodurante a difuso; deles, dois so dominantes para a difuso em metais, a DIFUSO PORLACUNAS (ou DIFUSO SUBSTITUCIONAL) e a DIFUSO INTERSTICIAL.

Difuso por lacunas

Na DIFUSO POR LACUNAS um tomo (hospedeiro ou substitucional) se desloca

de uma posio normal da rede cristalina para um stio vago, ou lacuna, adjacente.

A movimentao dos tomos ocorre em uma direo e a das lacunas ocorre na direocontrria.

A extenso segundo a qual a difuso por lacunas pode ocorrer funo da

concentrao de lacunas presente no metal. A concentrao de lacunas aumenta com a temperatura. Quando tomos hospedeiros se difundem, ocorre o processo de AUTODIFUSO e

quando tomos de impurezas substitucionais se difundem, ocorre o processo deINTERDIFUSO.

Difuso intersticial

Na DIFUSO INTERSTICIAL tomos intersticiais migram paraposies intersticiaisadjacentes no ocupadas do reticulado.

Em metais e ligas, a difuso intersticial um mecanismo importante para a difuso deimpurezas de raio atmico pequeno em relao aos do hospedeiro.

Exemplos: hidrognio, carbono, nitrognio e oxignio no ao. Geralmente, a difuso intersticial muito mais rpida que a difuso por lacunas.

Para quantificar a rapidez com que o fenmeno da difuso se processa no tempousamos o FLUXO DE DIFUSO (J).

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O Fluxo de Difuso definido como sendo a massa (ou, de forma equivalente, onmero de tomos) M que se difunde por unidade de tempo atravs de uma rea unitriaperpendicular direo do movimento da massa,

J = MAt

A representa a rea atravs da qual a difuso est ocorrendo e t o tempo de difusodecorrido. As unidades para J so kilogramas (ou tomos) por metro quadrado por segundo(kg/m2-s ou tomos/m2-s).

Difuso em estado estacionrio

Quando J no varia com o tempo (C tambm no varia com o tempo) e temos aDIFUSO EM ESTADO ESTACIONRIO (ou DIFUSO EM REGIME PERMANENTE).

Para que J no varie com o tempo necessrio que J tambm no varie com a posio.

Difuso em estado no estacionrio

A maioria das situaes prticas envolvendo difuso ocorre em condies deESTADO NO-ESTACIONRIO (ou REGIME TRANSITRIO ou CONDIESTRANSIENTES).

Na difuso em estado no-estacionrio tanto o fluxo de difuso, quanto o gradiente deconcentrao, numa dada posio x, variam com o tempo t. Como resultado, ocorre um acmuloou esgotamento lquido do componente que se encontra em difuso.

Perfis de concentrao em trs instantes de tempo diferentes do processo de difuso.

Lei De Fick

m JA = - DA (C2 C1)

t x

Onde:J: o fluxoA: superfcie da membranaD: Coeficiente de difuso

x : variao dos pontos de referncia