SlideShare uma empresa Scribd logo
1 de 28
UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE 
CENTRO DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA AGROALIMENTAR 
UNIDADE ACADÊMICA DE TECNOLOGIA DE ALIMENTOS 
CAMPUS DE POMBAL – PB 
Discente: Anderson dos Santos Formiga 
Disciplina: Fenômenos de Transporte II 
Doscente: Georgiana Maria Vasconcelos 
Martins
 A difusão atômica pode ser definida como um 
mecanismo pelo qual a matéria é transportada através 
da matéria. 
 Os átomos em gases, líquidos e sólidos estão em 
constante movimento. 
 No caso dos sólidos, o movimento atômico é bastante 
restrito, em função das elevadas forças de ligação 
atômica e da existência de posições de equilíbrio bem 
definidas. Todavia, as vibrações atômicas de origem 
térmica existentes em sólidos permitem movimentos 
atômicos limitados.
 A difusão atômica em metais e ligas é 
particularmente importante, pois a maioria das 
reações no estado sólido, que são 
fundamentais em metalurgia, envolve 
movimentos atômicos. 
 Exemplos de reações de estado sólido 
ocorrem: na nucleação e crescimento de novas 
fases em sólidos cristalinos, na cementação 
dos aços, na produção de semicondutores 
(difusão de dopantes) etc.
 Em um cristal, os átomos somente ficam estáticos 
no zero absoluto (-273ºC). Nestas condições, os 
átomos permanecem na posição correspondente ao 
mínimo de energia. 
 Acima desta temperatura os átomos começam a 
vibrar e, à medida que a temperatura se eleva, as 
vibrações térmicas tornam-se mais intensas, 
fazendo com que os átomos se dispersem ao acaso 
em torno da posição de menor energia. 
 Deslocamentos atômicos podem também ocorrer 
sob ação de campos elétricos ou magnéticos, se as 
cargas dos átomos interagem com o campo (átomos 
na forma de íons são facilmente deslocados em um 
campo elétrico).
 Existem dois mecanismos básicos de difusão 
de átomos em um sólido cristalino, e ambos 
envolvem defeitos pontuais: 
 Mecanismo substitucional ou de vazios ; 
 Mecanismo intersticial. 
 Além desses dois, o movimento atômico pode 
se dá por meio do mecanismo de anel, de 
ocorrência mais difícil, pois envolve maior 
gasto de energia.
 Mecanismo substitucional ou de vazios 
 Os átomos podem mover-se no interior do cristal, de 
uma posição atômica para outra, se apresentarem 
energia de vibração suficiente e se existirem 
posições atômicas vazias (lacunas) ou outros 
defeitos cristalinos na estrutura atômica. 
 Em metais, com o aumento da temperatura, mais 
lacunas podem ser observadas (a concentração de 
vacâncias é termicamente ativada) e mais energia 
térmica estará disponível. Assim, a taxa de difusão 
atômica aumentará com a temperatura.
 Mecanismo substitucional ou de vazios 
 Na Figura 01, se um átomo próximo à lacuna tem 
energia suficiente, ele poderá mover-se até essa 
posição vazia. 
Figura 01 – Mecanismos de vazios
 Mecanismo intersticial 
 Para que o mecanismo de difusão intersticial seja 
ativo, o tamanho do átomo em difusão deve ser 
pequeno comparativamente aos átomos da matriz. 
 Pequenos átomos como o hidrogênio, o carbono, 
o nitrogênio e o oxigênio podem apresentar 
difusão intersticial em alguns sólidos cristalinos.
 Mecanismo intersticial 
 O mecanismo intersticial em sólidos cristalinos ocorre 
quando um átomo se move de uma posição intersticial para 
outra posição intersticial vizinha, sem que exista 
deslocamento de átomos da matriz cristalina, como mostra 
a Figura 02. 
Figura 02 – Mecanismo intersticial
Mecanismo de difusão em anel 
 A difusão em anel envolve o movimento simultâneo de três ou 
quatro átomos, como mostra a Figura 03. Este mecanismo é 
mais raro devido às suas particularidades. 
 Uma simples troca entre dois átomos vizinhos é teoricamente 
possível; entretanto, seria mais difícil que a difusão em anel, 
em função da necessidade de altos níveis de energia para 
ocorrer. 
Figura 03 - Mecanismo de difusão em anel. (a) Anel de três átomos; (b) anel de quatro 
átomos.
 Em condições uniformes, cada um dos átomos 
adjacentes à lacuna tem a mesma probabilidade de 
se mover para ela. Analogamente, o átomo 
intersticial tem a mesma probabilidade de se mover 
em cada um dos interstícios à sua volta. 
 Se os átomos devem mudar de posições, as “barreiras 
de energia” devem ser superadas. 
 Energia de ativação é a energia requerida para 
superar tais barreiras, somada à energia de formação 
do defeito, quando houver.
 Portanto, necessita-se de energia para retirar o 
átomo dos seus vizinhos originais. A energia de 
ativação varia com diversos fatores. Por exemplo: 
 Um átomo pequeno tem uma energia de ativação 
menor que um átomo grande ou molécula; 
 Os movimentos intersticiais requerem mais energia 
que os movimentos de vazios; 
 São necessárias elevadas energias de ativação para 
a difusão em materiais fortemente ligados e de alto 
ponto de fusão, como o tungstênio, o carbeto de 
boro e outros.
 A análise estatística de Boltzmann aplicada ao 
movimento atômico permite estabelecer a intensidade de 
difusão atômica em materiais. 
 A difusão de um material A (soluto) dentro da estrutura de 
um material B (solvente) é representada pelo coeficiente 
de difusão (D), definido pela equação de Arrhenius: 
onde D = coeficiente de difusão; Do= 
constante do sistema soluto/solvente; Q = 
energia de ativação; R = constante molar dos 
gases (8,314 J/mol.K ou 1,987 cal/mol.K); T = 
temperatura absoluta.
 A difusividade atômica depende de diversos fatores, 
sendo que os mais importantes são: 
 Tipo de mecanismo de difusão: Dependendo dos 
tamanhos atômicos envolvidos, o mecanismo de difusão 
influencia a intensidade de difusão (átomos de tamanhos 
próximos têm difusão elevada quando o mecanismo é 
substitucional; quando os átomos apresentam tamanhos 
muito diferentes, o mecanismo apropriado é o intersticial); 
 Temperatura na qual a difusão ocorre 
 Tipo de estrutura cristalina do solvente: Estruturas 
compactas (CFC e HC) dificultam a difusão atômica por 
serem mais compactas; 
 Tipo e quantidade de imperfeições presentes na rede 
cristalina: Defeitos como discordâncias e lacunas 
aumentam a intensidade de difusão.
 Alguns processos (por ex.: purificação de gases) exigem 
a utilização de adsorventes que apresentam poros 
seletivos a um determinado gás (peneiras moleculares). 
 Podemos notar, então, que qualquer que seja o processo, 
o soluto (gasoso ou líquido) difunde por uma matriz onde 
a configuração geométrica é determinante para o 
fenômeno de difusão. 
Figura 04 – Difusão em sólidos porosos
 A difusão em um sólido poroso apresenta 
distribuição de poros e geometria externas 
peculiares que determinam a mobilidade do 
difundente, sendo classificadas como: 
 Difusão de Fick; 
 Difusão de Knudsen; 
 Difusão configuracional.
 Difusão de Fick 
 Difusão de um soluto em um sólido com poros 
relativamente grandes, maiores do que o caminho livre 
média das moléculas difundentes, sendo descrita de 
acordo com a primeira lei de Fick em termos de 
coeficiente e efetivo de difusão:
 Difusão de Fick 
 O coeficiente efetivo (Def) aparece em razão da 
tortuosidade do sólido poroso. Ele depende das 
variáveis que influenciam a difusão como, T, P e das 
propriedades da matriz porosa: porosidade ( 휀푝) , 
esfericidade (Φ) e a tortuosidade (τ).
Difusão de Knudsen 
 Quando se trata de gases leves, pressão baixa ou poros 
estreitos, o soluto irá colidir com as paredes dos poros ao 
invés de colidir com outras moléculas, de modo a ser 
desprezível o efeito de corrente das colisões entre as 
moléculas no fenômeno difusivo. Neste caso, cada 
molécula se difunde independente das demais. Neste 
caso, o coeficiente é análogo ao obtido pela teoria 
cinética dos gases: 
onde, 
Ω - Velocidade média molecular 
푑푝 – diâmetro médio dos poros
Difusão de Knudsen 
 Quando a tortuosidade é considerada na 
difusão de Knudsen, o coeficiente 
fenomenológico é corrigido para:
Difusão configuracional 
 A difusão configuracional ocorre em matrizes 
porosas, macro- e mesoporosas devido aos 
saltos energéticos do soluto pelos microporos. 
A difusão é dada por:
 Os eletrólitos constituem-se de solução 
composta de solvente, normalmente água, na 
qual uma determinada substância decompõe-se 
em íons, como por exemplo a dissolução de 
sais. 
 Quando se dissolve o sal de cozinha (NaCl) 
em água, não ocorre a difusão da “molécula” 
de sal, há a sua dissolução nos íons 푁푎+ 
(cátion) e 퐶푙−(ânion) , os quais difundirão como 
se fossem “moléculas” independentes , mas 
fluindo na mesma direção.
 As velocidades dos íons são descritas 
analogamente à teoria de Stokes-Einstein. 
 Em se tratando de eletrólitos, a velocidade do íon 
está associada tanto com o potencial químico 
quanto com o eletrostático. 
(Velocidade) = (mobilidade)[diferença de potencial 
químico) + (diferença de potencial eletrostático)]
Obtenção do coeficiente de difusão de eletrólitos em soluções 
líquidas diluídas 
Ex: Estime o valor do coeficiente de difusão em diluição 
infinita a 25°C do NaCl em água. 
NaCl  푁푎+1 + 퐶푙−1 ; Z1= +1 e Z2 = -1
Tabela 01 – Coeficiente de difusão iônica em diluição infinita em água a 25°C
Obtenção do coeficiente de difusão de eletrólitos em 
soluções líquidas diluídas 
Da tabela 01 temos que: 
D1 = 퐷푁푎+ = 1,33x10−5 푐푚2/s 
e D2 = 퐷퐶푙− = 2,03x10−5 푐푚2/s 
퐷0퐴 =[ 
(⃓+1⃓ +⃓−1⃓)(1,33)(2,03) 
(⃓+1⃓ 1,33 + ⃓−1⃓(2,03)) 
]x10−5 = 1,607 x 10−5 푐푚2/s
 A difusão de eletrólitos em soluções líquidas 
concentradas apresenta o mesmo problema da difusão 
de não-eletrólitos em líquidos concentrados, não há, 
no momento, teoria capaz de descrever o fenômeno na 
sua totalidade. O que se tem são informações 
experimentais que mostram o aumento do valor do 
coeficiente de difusão para altos valores de 
normalidade.
Correlação de Gordon 
(usada para estimar o coeficiente de difusão) 
Correlação de Agar/Hartley e Crank

Mais conteúdo relacionado

Mais procurados

Capitulo 2 balanço de massa
Capitulo 2   balanço de massaCapitulo 2   balanço de massa
Capitulo 2 balanço de massaPk Keller
 
Aula 14 balanço de energia em processos químicos - 06.05.11
Aula 14   balanço de energia em processos químicos - 06.05.11Aula 14   balanço de energia em processos químicos - 06.05.11
Aula 14 balanço de energia em processos químicos - 06.05.11Nelson Virgilio Carvalho Filho
 
Relatorio sobre calorimetria (3)
Relatorio sobre calorimetria (3)Relatorio sobre calorimetria (3)
Relatorio sobre calorimetria (3)Tuane Paixão
 
Operações unitárias
Operações unitáriasOperações unitárias
Operações unitáriasMarcela Abreu
 
Apostila cálculo de reatores i
Apostila cálculo de reatores iApostila cálculo de reatores i
Apostila cálculo de reatores iOnildo Lima
 
Resolução lista terceira_unidade
Resolução lista terceira_unidadeResolução lista terceira_unidade
Resolução lista terceira_unidadeLivia Cristina
 
Aula 6 propriedades mecânicas , emgenharia
Aula 6 propriedades mecânicas  , emgenhariaAula 6 propriedades mecânicas  , emgenharia
Aula 6 propriedades mecânicas , emgenhariaFelipe Rosa
 
Relatório 7: Viscosímetro de Stokes
Relatório 7: Viscosímetro de StokesRelatório 7: Viscosímetro de Stokes
Relatório 7: Viscosímetro de StokesFausto Pagan
 
5 diagrama ferro carbono
5 diagrama ferro carbono5 diagrama ferro carbono
5 diagrama ferro carbonoThulio Cesar
 
Soluções e Solubilidade
Soluções e SolubilidadeSoluções e Solubilidade
Soluções e SolubilidadeLuana Salgueiro
 
Fenômeno do transporte aula 01
Fenômeno do transporte aula 01Fenômeno do transporte aula 01
Fenômeno do transporte aula 01Diomedes Manoel
 
Química Geral 2016/1 Aula 16
Química Geral 2016/1 Aula 16Química Geral 2016/1 Aula 16
Química Geral 2016/1 Aula 16Ednilsom Orestes
 
Fluidos problemas resolvidos e propostos
Fluidos problemas resolvidos e propostosFluidos problemas resolvidos e propostos
Fluidos problemas resolvidos e propostosValdineilao Lao
 
Reações de Substituição Nucleofílica e de Eliminação
Reações de Substituição Nucleofílica e de EliminaçãoReações de Substituição Nucleofílica e de Eliminação
Reações de Substituição Nucleofílica e de EliminaçãoJosé Nunes da Silva Jr.
 
Relatorio quimica geral_2 - cinetica
Relatorio quimica geral_2 - cineticaRelatorio quimica geral_2 - cinetica
Relatorio quimica geral_2 - cineticaÍngrede Silva
 

Mais procurados (20)

Capitulo 2 balanço de massa
Capitulo 2   balanço de massaCapitulo 2   balanço de massa
Capitulo 2 balanço de massa
 
Aula 14 balanço de energia em processos químicos - 06.05.11
Aula 14   balanço de energia em processos químicos - 06.05.11Aula 14   balanço de energia em processos químicos - 06.05.11
Aula 14 balanço de energia em processos químicos - 06.05.11
 
Relatorio sobre calorimetria (3)
Relatorio sobre calorimetria (3)Relatorio sobre calorimetria (3)
Relatorio sobre calorimetria (3)
 
Operações unitárias
Operações unitáriasOperações unitárias
Operações unitárias
 
Apostila cálculo de reatores i
Apostila cálculo de reatores iApostila cálculo de reatores i
Apostila cálculo de reatores i
 
Analise instrumental
Analise instrumentalAnalise instrumental
Analise instrumental
 
Destilação
DestilaçãoDestilação
Destilação
 
Resolução lista terceira_unidade
Resolução lista terceira_unidadeResolução lista terceira_unidade
Resolução lista terceira_unidade
 
Aula 6 propriedades mecânicas , emgenharia
Aula 6 propriedades mecânicas  , emgenhariaAula 6 propriedades mecânicas  , emgenharia
Aula 6 propriedades mecânicas , emgenharia
 
Relatório de física 3 lei de ohm
Relatório de física 3  lei de ohmRelatório de física 3  lei de ohm
Relatório de física 3 lei de ohm
 
Relatório 7: Viscosímetro de Stokes
Relatório 7: Viscosímetro de StokesRelatório 7: Viscosímetro de Stokes
Relatório 7: Viscosímetro de Stokes
 
Cinética química
Cinética químicaCinética química
Cinética química
 
5 diagrama ferro carbono
5 diagrama ferro carbono5 diagrama ferro carbono
5 diagrama ferro carbono
 
Soluções e Solubilidade
Soluções e SolubilidadeSoluções e Solubilidade
Soluções e Solubilidade
 
Fenômeno do transporte aula 01
Fenômeno do transporte aula 01Fenômeno do transporte aula 01
Fenômeno do transporte aula 01
 
Química Geral 2016/1 Aula 16
Química Geral 2016/1 Aula 16Química Geral 2016/1 Aula 16
Química Geral 2016/1 Aula 16
 
Fluidos problemas resolvidos e propostos
Fluidos problemas resolvidos e propostosFluidos problemas resolvidos e propostos
Fluidos problemas resolvidos e propostos
 
Reações de Substituição Nucleofílica e de Eliminação
Reações de Substituição Nucleofílica e de EliminaçãoReações de Substituição Nucleofílica e de Eliminação
Reações de Substituição Nucleofílica e de Eliminação
 
Relatório viscosidade
Relatório viscosidade Relatório viscosidade
Relatório viscosidade
 
Relatorio quimica geral_2 - cinetica
Relatorio quimica geral_2 - cineticaRelatorio quimica geral_2 - cinetica
Relatorio quimica geral_2 - cinetica
 

Destaque (20)

Difusão
DifusãoDifusão
Difusão
 
Transporte passivo
Transporte passivoTransporte passivo
Transporte passivo
 
Transporte celular
Transporte celularTransporte celular
Transporte celular
 
Membrana plasmática slides COMPLETO
Membrana plasmática slides COMPLETOMembrana plasmática slides COMPLETO
Membrana plasmática slides COMPLETO
 
Neurofisiologia: potencial de repouso e ação
Neurofisiologia: potencial de repouso e açãoNeurofisiologia: potencial de repouso e ação
Neurofisiologia: potencial de repouso e ação
 
Solidos cristalinos
Solidos cristalinosSolidos cristalinos
Solidos cristalinos
 
Solidos cristalinos
Solidos cristalinosSolidos cristalinos
Solidos cristalinos
 
Solidos cristalinos
Solidos cristalinosSolidos cristalinos
Solidos cristalinos
 
Transferencia massa tec. de petróleo
Transferencia massa   tec. de petróleoTransferencia massa   tec. de petróleo
Transferencia massa tec. de petróleo
 
Ocean Biological Pump
Ocean Biological PumpOcean Biological Pump
Ocean Biological Pump
 
134491411 cuidados-de-enfermagem-ao-paciente-dialitico
134491411 cuidados-de-enfermagem-ao-paciente-dialitico134491411 cuidados-de-enfermagem-ao-paciente-dialitico
134491411 cuidados-de-enfermagem-ao-paciente-dialitico
 
Biofisica da função renal
Biofisica da função renalBiofisica da função renal
Biofisica da função renal
 
Fisiologia celular
Fisiologia celularFisiologia celular
Fisiologia celular
 
Transporte Ativo
Transporte Ativo Transporte Ativo
Transporte Ativo
 
As bases fisicas da função neuronal
As bases fisicas da função neuronalAs bases fisicas da função neuronal
As bases fisicas da função neuronal
 
Biofísica aula 3
Biofísica aula 3Biofísica aula 3
Biofísica aula 3
 
Potencial de ação enf
Potencial de ação enfPotencial de ação enf
Potencial de ação enf
 
Carbon cycle ppt
Carbon cycle pptCarbon cycle ppt
Carbon cycle ppt
 
Mecanica respiratoria
Mecanica respiratoriaMecanica respiratoria
Mecanica respiratoria
 
Transporte pela Membrana Plasmática
Transporte pela Membrana PlasmáticaTransporte pela Membrana Plasmática
Transporte pela Membrana Plasmática
 

Semelhante a Difusão atômica em sólidos

Aula de espectrometria_no_iv_2010_impressao_alunos
Aula de espectrometria_no_iv_2010_impressao_alunosAula de espectrometria_no_iv_2010_impressao_alunos
Aula de espectrometria_no_iv_2010_impressao_alunosEmilio Reis
 
Espectroscopia de absorção e de fluorescência
Espectroscopia de absorção e de fluorescênciaEspectroscopia de absorção e de fluorescência
Espectroscopia de absorção e de fluorescênciaWilliam Viana
 
Texto unidade 3 os estados da matéria e as soluções
Texto unidade 3   os estados da matéria e as soluçõesTexto unidade 3   os estados da matéria e as soluções
Texto unidade 3 os estados da matéria e as soluçõesjbrconsultoria
 
Espectroscopia para o dia 18 11-2013
Espectroscopia para o dia 18 11-2013Espectroscopia para o dia 18 11-2013
Espectroscopia para o dia 18 11-2013Vanessa Carvalho
 
Propriedades das tabelas periódicas
Propriedades das tabelas periódicasPropriedades das tabelas periódicas
Propriedades das tabelas periódicasNatália Santos
 
Propriedades das tabelas periódicas
Propriedades das tabelas periódicasPropriedades das tabelas periódicas
Propriedades das tabelas periódicasNatália Santos
 
Fisica das radiações: Estrutura Atòmica.
Fisica das radiações: Estrutura Atòmica.Fisica das radiações: Estrutura Atòmica.
Fisica das radiações: Estrutura Atòmica.BrendoDutraDutra
 
Resumo polaridade, geometria molecular e ligações intermoleculares
Resumo    polaridade, geometria molecular e ligações intermolecularesResumo    polaridade, geometria molecular e ligações intermoleculares
Resumo polaridade, geometria molecular e ligações intermolecularesProfª Alda Ernestina
 
Forças fundamentais da natureza
Forças fundamentais da naturezaForças fundamentais da natureza
Forças fundamentais da naturezauendell
 
FISICA AULA 2 NTRODUCAO WLGLIMA.pptx
FISICA AULA 2 NTRODUCAO WLGLIMA.pptxFISICA AULA 2 NTRODUCAO WLGLIMA.pptx
FISICA AULA 2 NTRODUCAO WLGLIMA.pptxWashington Luiz Lima
 
Fundamentos da Teoria Atômica Moderna
Fundamentos da Teoria Atômica ModernaFundamentos da Teoria Atômica Moderna
Fundamentos da Teoria Atômica ModernaLuisHenriqueOliveira29
 
Defeitos nos sólidos
Defeitos nos sólidosDefeitos nos sólidos
Defeitos nos sólidosPublicaTUDO
 

Semelhante a Difusão atômica em sólidos (20)

Aula de espectrometria_no_iv_2010_impressao_alunos
Aula de espectrometria_no_iv_2010_impressao_alunosAula de espectrometria_no_iv_2010_impressao_alunos
Aula de espectrometria_no_iv_2010_impressao_alunos
 
FQtabperiodicaestruturaatomica
FQtabperiodicaestruturaatomicaFQtabperiodicaestruturaatomica
FQtabperiodicaestruturaatomica
 
Modelo atomico
Modelo atomicoModelo atomico
Modelo atomico
 
Espectroscopia de absorção e de fluorescência
Espectroscopia de absorção e de fluorescênciaEspectroscopia de absorção e de fluorescência
Espectroscopia de absorção e de fluorescência
 
Texto unidade 3 os estados da matéria e as soluções
Texto unidade 3   os estados da matéria e as soluçõesTexto unidade 3   os estados da matéria e as soluções
Texto unidade 3 os estados da matéria e as soluções
 
Espectroscopia para o dia 18 11-2013
Espectroscopia para o dia 18 11-2013Espectroscopia para o dia 18 11-2013
Espectroscopia para o dia 18 11-2013
 
Propriedades das tabelas periódicas
Propriedades das tabelas periódicasPropriedades das tabelas periódicas
Propriedades das tabelas periódicas
 
Propriedades das tabelas periódicas
Propriedades das tabelas periódicasPropriedades das tabelas periódicas
Propriedades das tabelas periódicas
 
Modelos atômicos
Modelos atômicosModelos atômicos
Modelos atômicos
 
Atomistica Adnaldo.ppt
Atomistica Adnaldo.pptAtomistica Adnaldo.ppt
Atomistica Adnaldo.ppt
 
Fisica das radiações: Estrutura Atòmica.
Fisica das radiações: Estrutura Atòmica.Fisica das radiações: Estrutura Atòmica.
Fisica das radiações: Estrutura Atòmica.
 
Estrutura2
Estrutura2Estrutura2
Estrutura2
 
Resumo polaridade, geometria molecular e ligações intermoleculares
Resumo    polaridade, geometria molecular e ligações intermolecularesResumo    polaridade, geometria molecular e ligações intermoleculares
Resumo polaridade, geometria molecular e ligações intermoleculares
 
Unidade 01 Teoria Estrutural
Unidade 01   Teoria EstruturalUnidade 01   Teoria Estrutural
Unidade 01 Teoria Estrutural
 
Forças fundamentais da natureza
Forças fundamentais da naturezaForças fundamentais da natureza
Forças fundamentais da natureza
 
FISICA AULA 2 NTRODUCAO WLGLIMA.pptx
FISICA AULA 2 NTRODUCAO WLGLIMA.pptxFISICA AULA 2 NTRODUCAO WLGLIMA.pptx
FISICA AULA 2 NTRODUCAO WLGLIMA.pptx
 
Fundamentos da Teoria Atômica Moderna
Fundamentos da Teoria Atômica ModernaFundamentos da Teoria Atômica Moderna
Fundamentos da Teoria Atômica Moderna
 
Defeitos nos sólidos
Defeitos nos sólidosDefeitos nos sólidos
Defeitos nos sólidos
 
Moderna02
Moderna02Moderna02
Moderna02
 
06 eletroforese
06  eletroforese06  eletroforese
06 eletroforese
 

Mais de Anderson Formiga

Blend de abacaxi, acerola e limão
Blend de abacaxi, acerola e limãoBlend de abacaxi, acerola e limão
Blend de abacaxi, acerola e limãoAnderson Formiga
 
Apresentação industria processamento
Apresentação industria processamentoApresentação industria processamento
Apresentação industria processamentoAnderson Formiga
 
Inibidores de proteases e amilase, glicosideos cianogenicos, alcaloides e sap...
Inibidores de proteases e amilase, glicosideos cianogenicos, alcaloides e sap...Inibidores de proteases e amilase, glicosideos cianogenicos, alcaloides e sap...
Inibidores de proteases e amilase, glicosideos cianogenicos, alcaloides e sap...Anderson Formiga
 
Exemplos de detergentes comerciais e suas especificações
Exemplos de detergentes comerciais e suas especificaçõesExemplos de detergentes comerciais e suas especificações
Exemplos de detergentes comerciais e suas especificaçõesAnderson Formiga
 
Lista do 1° Físico-Química (UFCG) - Monitoria
Lista do 1° Físico-Química (UFCG) - MonitoriaLista do 1° Físico-Química (UFCG) - Monitoria
Lista do 1° Físico-Química (UFCG) - MonitoriaAnderson Formiga
 
Automação e a Indústria Petroquímica
Automação e a Indústria PetroquímicaAutomação e a Indústria Petroquímica
Automação e a Indústria PetroquímicaAnderson Formiga
 
Produção de energia a partir de resíduos sólidos
Produção de energia a partir de resíduos sólidos  Produção de energia a partir de resíduos sólidos
Produção de energia a partir de resíduos sólidos Anderson Formiga
 

Mais de Anderson Formiga (20)

Descongelamento
Descongelamento   Descongelamento
Descongelamento
 
Blend de abacaxi, acerola e limão
Blend de abacaxi, acerola e limãoBlend de abacaxi, acerola e limão
Blend de abacaxi, acerola e limão
 
Alimentos termogenicos
Alimentos termogenicosAlimentos termogenicos
Alimentos termogenicos
 
Apresentação industria processamento
Apresentação industria processamentoApresentação industria processamento
Apresentação industria processamento
 
Uísque
UísqueUísque
Uísque
 
Rum
RumRum
Rum
 
Microbiologia do pescado
Microbiologia do pescadoMicrobiologia do pescado
Microbiologia do pescado
 
Trigo
TrigoTrigo
Trigo
 
Inibidores de proteases e amilase, glicosideos cianogenicos, alcaloides e sap...
Inibidores de proteases e amilase, glicosideos cianogenicos, alcaloides e sap...Inibidores de proteases e amilase, glicosideos cianogenicos, alcaloides e sap...
Inibidores de proteases e amilase, glicosideos cianogenicos, alcaloides e sap...
 
Tecnologia de sorvetes
Tecnologia de sorvetesTecnologia de sorvetes
Tecnologia de sorvetes
 
Exemplo de santitizantes
Exemplo de santitizantesExemplo de santitizantes
Exemplo de santitizantes
 
Exemplos de detergentes comerciais e suas especificações
Exemplos de detergentes comerciais e suas especificaçõesExemplos de detergentes comerciais e suas especificações
Exemplos de detergentes comerciais e suas especificações
 
Poliamida e Celofane
Poliamida e CelofanePoliamida e Celofane
Poliamida e Celofane
 
Congelamento
CongelamentoCongelamento
Congelamento
 
Branqueamento
BranqueamentoBranqueamento
Branqueamento
 
Lista do 1° Físico-Química (UFCG) - Monitoria
Lista do 1° Físico-Química (UFCG) - MonitoriaLista do 1° Físico-Química (UFCG) - Monitoria
Lista do 1° Físico-Química (UFCG) - Monitoria
 
Substitutos de Gorgura
Substitutos de GorguraSubstitutos de Gorgura
Substitutos de Gorgura
 
Automação e a Indústria Petroquímica
Automação e a Indústria PetroquímicaAutomação e a Indústria Petroquímica
Automação e a Indústria Petroquímica
 
Gasolina automotiva
Gasolina automotiva  Gasolina automotiva
Gasolina automotiva
 
Produção de energia a partir de resíduos sólidos
Produção de energia a partir de resíduos sólidos  Produção de energia a partir de resíduos sólidos
Produção de energia a partir de resíduos sólidos
 

Último

A Importância dos EPI's no trabalho e no dia a dia laboral
A Importância dos EPI's no trabalho e no dia a dia laboralA Importância dos EPI's no trabalho e no dia a dia laboral
A Importância dos EPI's no trabalho e no dia a dia laboralFranciscaArrudadaSil
 
LEAN SIX SIGMA - Garantia da qualidade e segurança
LEAN SIX SIGMA - Garantia da qualidade e segurançaLEAN SIX SIGMA - Garantia da qualidade e segurança
LEAN SIX SIGMA - Garantia da qualidade e segurançaGuilhermeLucio9
 
Tecnólogo em Mecatrônica - Universidade Anhanguera
Tecnólogo em Mecatrônica - Universidade AnhangueraTecnólogo em Mecatrônica - Universidade Anhanguera
Tecnólogo em Mecatrônica - Universidade AnhangueraGuilhermeLucio9
 
A EXTENSÃO RURAL NO BRASIL Sociologia e Extensão 1 2014.ppt
A EXTENSÃO RURAL NO BRASIL Sociologia e Extensão 1 2014.pptA EXTENSÃO RURAL NO BRASIL Sociologia e Extensão 1 2014.ppt
A EXTENSÃO RURAL NO BRASIL Sociologia e Extensão 1 2014.pptssuserb964fe
 
Livro Vibrações Mecânicas - Rao Singiresu - 4ª Ed.pdf
Livro Vibrações Mecânicas - Rao Singiresu - 4ª Ed.pdfLivro Vibrações Mecânicas - Rao Singiresu - 4ª Ed.pdf
Livro Vibrações Mecânicas - Rao Singiresu - 4ª Ed.pdfSamuel Ramos
 
Eletricista instalador - Senai Almirante Tamandaré
Eletricista instalador - Senai Almirante TamandaréEletricista instalador - Senai Almirante Tamandaré
Eletricista instalador - Senai Almirante TamandaréGuilhermeLucio9
 
Treinamento de NR06 Equipamento de Proteção Individual
Treinamento de NR06 Equipamento de Proteção IndividualTreinamento de NR06 Equipamento de Proteção Individual
Treinamento de NR06 Equipamento de Proteção Individualpablocastilho3
 

Último (7)

A Importância dos EPI's no trabalho e no dia a dia laboral
A Importância dos EPI's no trabalho e no dia a dia laboralA Importância dos EPI's no trabalho e no dia a dia laboral
A Importância dos EPI's no trabalho e no dia a dia laboral
 
LEAN SIX SIGMA - Garantia da qualidade e segurança
LEAN SIX SIGMA - Garantia da qualidade e segurançaLEAN SIX SIGMA - Garantia da qualidade e segurança
LEAN SIX SIGMA - Garantia da qualidade e segurança
 
Tecnólogo em Mecatrônica - Universidade Anhanguera
Tecnólogo em Mecatrônica - Universidade AnhangueraTecnólogo em Mecatrônica - Universidade Anhanguera
Tecnólogo em Mecatrônica - Universidade Anhanguera
 
A EXTENSÃO RURAL NO BRASIL Sociologia e Extensão 1 2014.ppt
A EXTENSÃO RURAL NO BRASIL Sociologia e Extensão 1 2014.pptA EXTENSÃO RURAL NO BRASIL Sociologia e Extensão 1 2014.ppt
A EXTENSÃO RURAL NO BRASIL Sociologia e Extensão 1 2014.ppt
 
Livro Vibrações Mecânicas - Rao Singiresu - 4ª Ed.pdf
Livro Vibrações Mecânicas - Rao Singiresu - 4ª Ed.pdfLivro Vibrações Mecânicas - Rao Singiresu - 4ª Ed.pdf
Livro Vibrações Mecânicas - Rao Singiresu - 4ª Ed.pdf
 
Eletricista instalador - Senai Almirante Tamandaré
Eletricista instalador - Senai Almirante TamandaréEletricista instalador - Senai Almirante Tamandaré
Eletricista instalador - Senai Almirante Tamandaré
 
Treinamento de NR06 Equipamento de Proteção Individual
Treinamento de NR06 Equipamento de Proteção IndividualTreinamento de NR06 Equipamento de Proteção Individual
Treinamento de NR06 Equipamento de Proteção Individual
 

Difusão atômica em sólidos

  • 1. UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE CENTRO DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA AGROALIMENTAR UNIDADE ACADÊMICA DE TECNOLOGIA DE ALIMENTOS CAMPUS DE POMBAL – PB Discente: Anderson dos Santos Formiga Disciplina: Fenômenos de Transporte II Doscente: Georgiana Maria Vasconcelos Martins
  • 2.  A difusão atômica pode ser definida como um mecanismo pelo qual a matéria é transportada através da matéria.  Os átomos em gases, líquidos e sólidos estão em constante movimento.  No caso dos sólidos, o movimento atômico é bastante restrito, em função das elevadas forças de ligação atômica e da existência de posições de equilíbrio bem definidas. Todavia, as vibrações atômicas de origem térmica existentes em sólidos permitem movimentos atômicos limitados.
  • 3.  A difusão atômica em metais e ligas é particularmente importante, pois a maioria das reações no estado sólido, que são fundamentais em metalurgia, envolve movimentos atômicos.  Exemplos de reações de estado sólido ocorrem: na nucleação e crescimento de novas fases em sólidos cristalinos, na cementação dos aços, na produção de semicondutores (difusão de dopantes) etc.
  • 4.  Em um cristal, os átomos somente ficam estáticos no zero absoluto (-273ºC). Nestas condições, os átomos permanecem na posição correspondente ao mínimo de energia.  Acima desta temperatura os átomos começam a vibrar e, à medida que a temperatura se eleva, as vibrações térmicas tornam-se mais intensas, fazendo com que os átomos se dispersem ao acaso em torno da posição de menor energia.  Deslocamentos atômicos podem também ocorrer sob ação de campos elétricos ou magnéticos, se as cargas dos átomos interagem com o campo (átomos na forma de íons são facilmente deslocados em um campo elétrico).
  • 5.  Existem dois mecanismos básicos de difusão de átomos em um sólido cristalino, e ambos envolvem defeitos pontuais:  Mecanismo substitucional ou de vazios ;  Mecanismo intersticial.  Além desses dois, o movimento atômico pode se dá por meio do mecanismo de anel, de ocorrência mais difícil, pois envolve maior gasto de energia.
  • 6.  Mecanismo substitucional ou de vazios  Os átomos podem mover-se no interior do cristal, de uma posição atômica para outra, se apresentarem energia de vibração suficiente e se existirem posições atômicas vazias (lacunas) ou outros defeitos cristalinos na estrutura atômica.  Em metais, com o aumento da temperatura, mais lacunas podem ser observadas (a concentração de vacâncias é termicamente ativada) e mais energia térmica estará disponível. Assim, a taxa de difusão atômica aumentará com a temperatura.
  • 7.  Mecanismo substitucional ou de vazios  Na Figura 01, se um átomo próximo à lacuna tem energia suficiente, ele poderá mover-se até essa posição vazia. Figura 01 – Mecanismos de vazios
  • 8.  Mecanismo intersticial  Para que o mecanismo de difusão intersticial seja ativo, o tamanho do átomo em difusão deve ser pequeno comparativamente aos átomos da matriz.  Pequenos átomos como o hidrogênio, o carbono, o nitrogênio e o oxigênio podem apresentar difusão intersticial em alguns sólidos cristalinos.
  • 9.  Mecanismo intersticial  O mecanismo intersticial em sólidos cristalinos ocorre quando um átomo se move de uma posição intersticial para outra posição intersticial vizinha, sem que exista deslocamento de átomos da matriz cristalina, como mostra a Figura 02. Figura 02 – Mecanismo intersticial
  • 10. Mecanismo de difusão em anel  A difusão em anel envolve o movimento simultâneo de três ou quatro átomos, como mostra a Figura 03. Este mecanismo é mais raro devido às suas particularidades.  Uma simples troca entre dois átomos vizinhos é teoricamente possível; entretanto, seria mais difícil que a difusão em anel, em função da necessidade de altos níveis de energia para ocorrer. Figura 03 - Mecanismo de difusão em anel. (a) Anel de três átomos; (b) anel de quatro átomos.
  • 11.  Em condições uniformes, cada um dos átomos adjacentes à lacuna tem a mesma probabilidade de se mover para ela. Analogamente, o átomo intersticial tem a mesma probabilidade de se mover em cada um dos interstícios à sua volta.  Se os átomos devem mudar de posições, as “barreiras de energia” devem ser superadas.  Energia de ativação é a energia requerida para superar tais barreiras, somada à energia de formação do defeito, quando houver.
  • 12.  Portanto, necessita-se de energia para retirar o átomo dos seus vizinhos originais. A energia de ativação varia com diversos fatores. Por exemplo:  Um átomo pequeno tem uma energia de ativação menor que um átomo grande ou molécula;  Os movimentos intersticiais requerem mais energia que os movimentos de vazios;  São necessárias elevadas energias de ativação para a difusão em materiais fortemente ligados e de alto ponto de fusão, como o tungstênio, o carbeto de boro e outros.
  • 13.  A análise estatística de Boltzmann aplicada ao movimento atômico permite estabelecer a intensidade de difusão atômica em materiais.  A difusão de um material A (soluto) dentro da estrutura de um material B (solvente) é representada pelo coeficiente de difusão (D), definido pela equação de Arrhenius: onde D = coeficiente de difusão; Do= constante do sistema soluto/solvente; Q = energia de ativação; R = constante molar dos gases (8,314 J/mol.K ou 1,987 cal/mol.K); T = temperatura absoluta.
  • 14.  A difusividade atômica depende de diversos fatores, sendo que os mais importantes são:  Tipo de mecanismo de difusão: Dependendo dos tamanhos atômicos envolvidos, o mecanismo de difusão influencia a intensidade de difusão (átomos de tamanhos próximos têm difusão elevada quando o mecanismo é substitucional; quando os átomos apresentam tamanhos muito diferentes, o mecanismo apropriado é o intersticial);  Temperatura na qual a difusão ocorre  Tipo de estrutura cristalina do solvente: Estruturas compactas (CFC e HC) dificultam a difusão atômica por serem mais compactas;  Tipo e quantidade de imperfeições presentes na rede cristalina: Defeitos como discordâncias e lacunas aumentam a intensidade de difusão.
  • 15.  Alguns processos (por ex.: purificação de gases) exigem a utilização de adsorventes que apresentam poros seletivos a um determinado gás (peneiras moleculares).  Podemos notar, então, que qualquer que seja o processo, o soluto (gasoso ou líquido) difunde por uma matriz onde a configuração geométrica é determinante para o fenômeno de difusão. Figura 04 – Difusão em sólidos porosos
  • 16.  A difusão em um sólido poroso apresenta distribuição de poros e geometria externas peculiares que determinam a mobilidade do difundente, sendo classificadas como:  Difusão de Fick;  Difusão de Knudsen;  Difusão configuracional.
  • 17.  Difusão de Fick  Difusão de um soluto em um sólido com poros relativamente grandes, maiores do que o caminho livre média das moléculas difundentes, sendo descrita de acordo com a primeira lei de Fick em termos de coeficiente e efetivo de difusão:
  • 18.  Difusão de Fick  O coeficiente efetivo (Def) aparece em razão da tortuosidade do sólido poroso. Ele depende das variáveis que influenciam a difusão como, T, P e das propriedades da matriz porosa: porosidade ( 휀푝) , esfericidade (Φ) e a tortuosidade (τ).
  • 19. Difusão de Knudsen  Quando se trata de gases leves, pressão baixa ou poros estreitos, o soluto irá colidir com as paredes dos poros ao invés de colidir com outras moléculas, de modo a ser desprezível o efeito de corrente das colisões entre as moléculas no fenômeno difusivo. Neste caso, cada molécula se difunde independente das demais. Neste caso, o coeficiente é análogo ao obtido pela teoria cinética dos gases: onde, Ω - Velocidade média molecular 푑푝 – diâmetro médio dos poros
  • 20. Difusão de Knudsen  Quando a tortuosidade é considerada na difusão de Knudsen, o coeficiente fenomenológico é corrigido para:
  • 21. Difusão configuracional  A difusão configuracional ocorre em matrizes porosas, macro- e mesoporosas devido aos saltos energéticos do soluto pelos microporos. A difusão é dada por:
  • 22.  Os eletrólitos constituem-se de solução composta de solvente, normalmente água, na qual uma determinada substância decompõe-se em íons, como por exemplo a dissolução de sais.  Quando se dissolve o sal de cozinha (NaCl) em água, não ocorre a difusão da “molécula” de sal, há a sua dissolução nos íons 푁푎+ (cátion) e 퐶푙−(ânion) , os quais difundirão como se fossem “moléculas” independentes , mas fluindo na mesma direção.
  • 23.  As velocidades dos íons são descritas analogamente à teoria de Stokes-Einstein.  Em se tratando de eletrólitos, a velocidade do íon está associada tanto com o potencial químico quanto com o eletrostático. (Velocidade) = (mobilidade)[diferença de potencial químico) + (diferença de potencial eletrostático)]
  • 24. Obtenção do coeficiente de difusão de eletrólitos em soluções líquidas diluídas Ex: Estime o valor do coeficiente de difusão em diluição infinita a 25°C do NaCl em água. NaCl  푁푎+1 + 퐶푙−1 ; Z1= +1 e Z2 = -1
  • 25. Tabela 01 – Coeficiente de difusão iônica em diluição infinita em água a 25°C
  • 26. Obtenção do coeficiente de difusão de eletrólitos em soluções líquidas diluídas Da tabela 01 temos que: D1 = 퐷푁푎+ = 1,33x10−5 푐푚2/s e D2 = 퐷퐶푙− = 2,03x10−5 푐푚2/s 퐷0퐴 =[ (⃓+1⃓ +⃓−1⃓)(1,33)(2,03) (⃓+1⃓ 1,33 + ⃓−1⃓(2,03)) ]x10−5 = 1,607 x 10−5 푐푚2/s
  • 27.  A difusão de eletrólitos em soluções líquidas concentradas apresenta o mesmo problema da difusão de não-eletrólitos em líquidos concentrados, não há, no momento, teoria capaz de descrever o fenômeno na sua totalidade. O que se tem são informações experimentais que mostram o aumento do valor do coeficiente de difusão para altos valores de normalidade.
  • 28. Correlação de Gordon (usada para estimar o coeficiente de difusão) Correlação de Agar/Hartley e Crank