PCM Aula 4 Difusão

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Cap 5 - Difusão
PCM 2018.2
LISTA!!!
Média
Aulas práticas
Difusão
• Fenômeno de transporte de material através 
do movimento dos átomos 
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Posição C
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Posição
Liga Cu-Ni
Difusão Cu
Difusão Ni
A
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• Interdifusão ou difusão de impurezas: átomos 
de um metal se difundem para o interior de 
um outro.
• Autodifusão: difusão nos metais puros. 
Mudança de posição de átomos do mesmo 
tipo
Difusão
Mecanismo da Difusão
• Migração em etapas dos átomos de um sítio 
para outro sítio do retículo cristalino
– Deve existir um sítio adjacente vazio
– O átomo deve possuir energia suficiente para 
quebrar as ligações atômicas que o une aos seus 
átomos vizinhos e então causar alguma distorção 
na rede cristalina durante o deslocamento
• A fração do número total de átomos que é 
capaz de realizar movimento por difusão é 
função da magnitude das suas energias 
vibracionais e aumenta com a temperatura
• DIFUSÃO POR LACUNA
– Deslocamento de um átomo de uma posição 
normal da rede cristalina para um sítio vago do 
retículo, ou lacuna, adjacente.
– Função do número de lacunas presentes 
Mecanismo da Difusão
Lacuna
Lacuna
Átomo substitucional ou hospedeiro
• DIFUSÃO INTERSTICIAL
– Átomos migram de uma posição intersticial para uma 
outra vizinha que esteja vazia
– Ocorre muito mais rapidamente do que a difusão por 
lacunas, uma vez que os átomos intersticiais são 
menores e existem mais posições intersticiais vazias 
do que lacunas 
Mecanismo da Difusão
Posição de um átomo intersticial
antes da difusão
Posição de um átomo intersticial
após a difusão
Difusão em Estado Estacionário
• A difusão é um processo dependente do 
tempo. Fluxo de difusão (J) = taxa de 
transferência de massa.
– Massa (ou número de átomos) M que está em 
difusão através e perpendicularmente a uma área 
unitária de seção reta, A, do sólido por unidade de 
tempo, t. 
– Unidade: kg/m²-s ou átomos/m²-s 
• Difusão dos átomos de um gás através de uma placa 
metálica para a qual as concentrações do componente 
em difusão em ambas as superfícies da placa são 
mantidas constantes.
Difusão em Estado Estacionário
PERFIL DE 
CONCENTRAÇÃO
Gás a 
pressão PB
Gás a 
pressão PA
Direção de 
difusão das 
espécies 
gasosas
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Posição, x
Placa metálica fina
PA > PB
e constante
• Coeficiente angular = gradiente 
de concentração
• Primeira lei de Fick: o fluxo é 
proporcional ao gradiente de 
concentração
onde D é o coeficiente de difusão 
(m²/s)
PERFIL DE 
CONCENTRAÇÃO
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 C
Posição, x
Difusão em Estado Estacionário
Difusão em Estado Estacionário
Exercício 1:
Uma placa de ferro é exposta a uma atmosfera 
carbonetante (rica em carbono) por um de seus lados, 
e a uma atmosfera descarbonetante (deficiente em 
carbono) pelo outro lado, a 700°C. Se uma condição de 
estado estacionário é atingida, calcule o fluxo de 
difusão do carbono através da placa, sabendo-se que 
as concentrações de carbono nas posições a 5 e a 10 
mm (5 x 10-3 e IO-2 m) abaixo da superfície 
carbonetante são de 1,2 e 0,8 kg/m³, respectivamente. 
Suponha um coeficiente de difusão de 3 x 10-11 m²/s a 
essa temperatura.
Resposta: 2,4 x 10-9 kg/m².s 
Difusão em Estado Não-Estacionário
• O fluxo de difusão e o gradiente de concentração 
em um ponto específico no interior de um sólido 
variam ao longo do tempo, havendo como 
resultado um acúmulo ou esgotamento líquido 
do componente que se encontra em difusão. 
Distância
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Difusão em Estado Não-Estacionário
• Segunda lei de Fick:
Distância
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• TEMPERATURA
onde 
D0 = constante pré-exponencial
Qd = energia de ativação para a difusão (J/mol)
R = constante dos gases (8,31 J/mol.K)
T = temperatura absoluta (K)
Fatores que Influenciam a Difusão
• TEMPERATURA 
Fatores que Influenciam a Difusão
Fatores que Influenciam a Difusão
• ESPÉCIES DIFUSIVAS
Exercício 2:
Calcule o coeficiente de difusão para o 
magnésio no alumínio a 550°C.
Considere:
D0 = 1,2x10
-4 m²/s
Qd = 131 kJ/mol
R = 8,31 J/mol.K
Resposta: 5,8 x 10-13 m²/s
Fatores que Influenciam a Difusão