Movimiento de los átomos en los materiales

Movimiento de los átomos en los materiales

La difusión es el movimiento de los átomos en un material. Los átomos se mueven de una manera predecible, tratando de eliminar diferencias de concentración de producir una composición homogénea y uniforme. El movimiento de los átomos es necesario para muchos de los tratamientos que llevamos a cabo sobre los materiales. Es necesaria la difusión para el tratamiento térmico de los metales, la manufactura de los cerámicos,   la solidificación de los materiales, la fabricación de transistores y celdas solares y la conductividad eléctrica de muchos cerámicos. si comprendemos como se transfiere la masa mediante la difusión, podremos diseñar técnicas de procesamiento de materiales, dispositivos a prueba de fugas e  incluso equipo de purificación.

Estabilidad en los átomos.

Se pueden introducir imperfecciones en la red de un cristal. Sin embargo, estas imperfecciones e incluso los átomos que ocupan los puntos de red, no son estables ni están en reposo. En vez de ello, los átomos poseen algo de energía térmica y se moverán. Por ejemplo, un átomo puede trasladarse desde un punto de la red y ocupar una varianza cercana. Los átomos pueden moverse de un sitio intersticial a otro y pueden saltar a través de un borde de grano, haciendo que dicho borde se mueva.

la capacidad de los átomos y de las imperfecciones aumenta conforme se aumenta la temperatura, o los átomos incrementan su temperatura térmica. la razón de movimiento está relacionada con la temperatura o energía térmica mediante la ecuación de Arrhenius:  

[pic 1]

Donde co es una constante, R es la constante de los gases (1.987 cal/mol ∙ K), T es la temperatura absoluta (K) y Q la energía de activación (cal/mol) requerida para que una imperfección se mueva. Esta ecuación se deduce a partir de un análisis estadístico sobre la probabilidad  de que los átomos tengan la energía adicional Q necesaria para moverse. La razón de movimiento está relacionada con el número de átomos que se mueven.

Podemos volver a escribir la ecuación al aplicar el logaritmo natural en ambos términos:

[pic 2]

Si trazamos el ln (razón de movimiento) correspondiente a alguna reacción en función de 1/T (primera imagen) la pendiente de la curva será –Q/R, y en consecuencia se podrá calcular Q.  La constante co es el valor de la intersección de la curva donde 1/T es igual a cero.

[pic 3]

La anterior imagen es la gráfica de la ecuación de Arrhenius considerando ln (razón de movimiento) en función de 1/T, la cual puede ser utilizada para determinar la energía de activación requerida para una reacción.

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