En física química , la difusión atómica es un proceso de difusión por el cual el movimiento aleatorio, activado térmicamente, de los átomos en un sólido da como resultado el transporte neto de átomos. Por ejemplo, los átomos de helio dentro de un globo pueden difundirse a través de la pared del globo y escapar, lo que hace que el globo se desinfle lentamente. Otras moléculas de aire (por ejemplo, oxígeno , nitrógeno ) tienen movilidades menores y, por lo tanto, se difunden más lentamente a través de la pared del globo. Existe un gradiente de concentración en la pared del globo, porque el globo se llenó inicialmente con helio y, por lo tanto, hay mucho helio en el interior, pero hay relativamente poco helio en el exterior (el helio no es un componente principal del aire ). La tasa de transporte está gobernada por la difusividad y el gradiente de concentración.
En el estado sólido del cristal, la difusión dentro de la red cristalina se produce por mecanismos intersticiales o sustitucionales y se denomina difusión reticular . [1] En la difusión reticular intersticial, un difusor (como C en una aleación de hierro), se difundirá entre la estructura reticular de otro elemento cristalino. En la difusión reticular sustitucional ( autodifusión, por ejemplo), el átomo solo puede moverse sustituyendo el lugar con otro átomo. La difusión reticular sustitucional a menudo depende de la disponibilidad de vacantes puntuales en toda la red cristalina. Las partículas que se difunden migran de una vacante puntual a otra mediante saltos rápidos, esencialmente aleatorios ( difusión por salto ).
Dado que la prevalencia de vacantes puntuales aumenta de acuerdo con la ecuación de Arrhenius , la tasa de difusión del estado sólido del cristal aumenta con la temperatura.
Para un solo átomo en un cristal libre de defectos, el movimiento puede describirse mediante el modelo de " paseo aleatorio ". En tres dimensiones, se puede demostrar que después de saltos de longitud, el átomo se habrá movido, en promedio, una distancia de:
Si la frecuencia de salto se da por (en saltos por segundo) y el tiempo se da por , entonces es proporcional a la raíz cuadrada de :
La difusión en materiales policristalinos puede implicar mecanismos de difusión de cortocircuito. Por ejemplo, a lo largo de los límites de grano y ciertos defectos cristalinos como las dislocaciones, hay más espacio abierto, lo que permite una energía de activación más baja para la difusión. Por lo tanto, la difusión atómica en materiales policristalinos a menudo se modela utilizando un coeficiente de difusión efectivo , que es una combinación de coeficientes de difusión de red y de límite de grano . En general, la difusión superficial ocurre mucho más rápido que la difusión de límite de grano , y la difusión de límite de grano ocurre mucho más rápido que la difusión de red .
