Microscopia

FENOMENO DE LA DIFUSION

I.INTRODUCCION

La difusión es un proceso físico irreversible, en el que partículas materiales se introducen en un medio que inicialmente estaba ausente, aumentando la entropía del sistema conjunto formado por las partículas difundidas o soluto y el medio donde se difunden o disolvente. La difusión es un proceso natural donde no hay consumo de energía y las moléculas se mueven de un medio donde están en mayor concentración hacia otro donde están en menor concentración. Dependiendo del medio estas moléculas se moverán con una determinada velocidad. La velocidad de difusión se puede hallar dividiendo la distancia recorrida por la gota de tinta entre el tiempo que demoró en recorrerlo. Las unidades estarán determinadas por los instrumentos utilizados para medir estos dos parámetros (distancia y tiempo).

II.OBJETIVOS:

En esta práctica de laboratorio estudiaremos los fenómenos de la difusión, mediante el uso de instrumentos de laboratorio, para explicar, predecir e interpretar con datos experimentales el Fenómeno de Difusión.

También trataremos en el experimento sobre la velocidad de difusión de una cierta cantidad de tinta en un recipiente con agua.

III.FUNDAMENTO TEORICO

La difusión es un proceso físico irreversible en el que partículas materiales se introducen en un medio que inicialmente inicialmente estaba ausente; aumentando la entropía del sistema conjunto formado por las partículas difundidas o soluto y el medio donde se difunden o disolvente.

Normalmente los procesos de difusión están sujetos a la ley de Fick.

La membrana permeable puede permitir el paso de partículas y disolvente siempre a favor del gradiente de concentración.

La difusión, proceso que no requiere aporte energético es frecuente como forma de intercambio celular. Existen tres tipos de solución solido liquido y gaseoso:

Los gases: el movimiento de los atamos es relativamente veloz

Los líquidos: los átomos poseen un movimiento más lento

Los sólidos: los átomos casi no se desplazan, casi ni existen ya que sus moléculas están bien unidas entre sí. No obstante algunas vibraciones térmicas en los sólidos permiten que algunos átomos se muevan.

MECANISMOS DE DIFUSIÓN

Existen dos mecanismos principales de difusión en los átomos en una estructura cristalina: mecanismo de vacantes o sustitucional, y el mecanismo intersticial.

1. Mecanismo de difusión por vacantes o sustitucional

Los átomos pueden moverse en las redes cristalinas desde una posición a otra si hay presente suficiente energía de activación, proporcionada ésta por la vibración térmica de los átomos, y si hay vacantes u otros defectos cristalinos en la estructura para que ellos los ocupen. Las vacantes en los metales son defectos en equilibrio, y por ello algunos están siempre presentes para facilitar que tenga lugar la difusión sustitucional de los átomos. Según va aumentando la temperatura del metal se producirán más vacantes y habrá más energía térmica disponible, por tanto, el grado de difusión es mayor a temperaturas más altas.

La energía de activación para la difusión propia es igual a la suma de la energía de activación necesaria para formar la vacante y la energía de activación necesaria para moverla.

La siguiente tabla presenta la relación de algunas energías de activación para la autodifusión en metales puros.

Metal Punto de fusión, °C Rango de temperatura estudiado, °C Estructura

Cristalina Energía de

Activación, KJ/mol

Cinc 419 240-418 HCP 91.6

Aluminio 660 400-610 FCC 165

Cobre 1083 700-990 FCC 196

Níquel 1452 900-1200 FCC 293

Hierro a 1530 808-884 BCC 240

Molibdeno 2600 2155-2540 BCC 460

Se pude observar que a medida que incrementa el punto de fusión del material. La energía de activación también aumenta. Esto se da porque los metales con temperatura de fusión más alta tienden a mayores energías de enlace entre sus átomos.

La difusión también puede darse por el mecanismo de vacantes en soluciones sólidas. La diferencia entre los tamaños de los átomos y las energías de enlace entre ellos son factores que afectan la velocidad de difusión.

2. Mecanismo de difusión intersticial

La difusión intersticial de los átomos en redes cristalinas tiene lugar cuando los átomos se trasladan de un intersticio a otro contiguo al primero sin desplazar permanentemente a ninguno de los átomos de la matriz de la red cristalina. Para que el mecanismo intersticial sea efectivo, el tamaño de los átomos que se difunde debe ser relativamente pequeño comparado con el de los átomos de la matriz. Los átomos pequeños como los de hidrógeno, carbono, oxígeno y nitrógeno, pueden difundirse intersticialmente en algunas redes cristalinas metálicas. Por ejemplo, el carbono puede difundirse intersticialmente en hierro alfa BCC y hierro gamma FCC. En la difusión intersticial de carbono en hierro, los átomos de carbono deben pasar entre los átomos de la matriz de hierro.

Ley de Fick

La ley de Fick es una ley cuantitativa en forma de ecuación diferencial que describe diversos casos de difusión de materia o energía en un medio en el que inicialmente no existe equilibrio químico o térmico. Recibe su nombre de Adolf Fick, que las derivó en 1855.

En situaciones en las que existen gradientes de concentración de una sustancia, o de temperatura, se produce un flujo de partículas o de calor que tiende a homogeneizar la disolución y uniformizar la concentración o la temperatura. El flujo homogeneizador es una consecuencia estadística del movimiento azaroso de las partículas que da lugar al segundo principio de la termodinámica, conocido también como movimiento térmico casual de las partículas. Así los procesos físicos de difusión pueden ser vistos como procesos físicos o termodinámicos irreversibles.

La experiencia nos demuestra que cuando abrimos un frasco de perfume o de cualquier otro líquido volátil, podemos olerlo rápidamente en un recinto cerrado. Decimos que las moléculas del líquido después de evaporarse se difunden por el aire, distribuyéndose en todo el espacio

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