DIFFUSIONE NELLO STATO SOLIDO

I fenomeni diffusivi (trasporto di materia) , ovvero lo spostamento di particelle di una data sostanza attraverso la sostanza stessa (autodiffusione) o attraverso particelle di una sostanza diversa (interdiffusione) , dove la forza motrice è costituita da gradienti di concentrazione , hanno degli effetti facilmente percepibili se facciamo riferimento a ciò che accade allo stato gassoso.

Infatti a tutti probabilmente ci sarà capitato, svitando il tappo di una boccetta di profumo, di percepire l’odore anche ad una certa distanza dal contenitore dopo alcuni minuti. Il moto disordinato e veloce delle particelle allo stato gassoso e le loro elevate distanze spiegano facilmente l’ alta velocità del fenomeno.

trasporto materia- fase gassosa
La diffusione dei gas

La diffusione nei liquidi invece, più lenta, deve tener conto della maggiore coesione tra le particelle che caratterizza questo stato di aggregazione.

Nei solidi, dove i movimenti atomici sono perlopiù limitati a vibrazioni attorno a posizioni di equilibrio, i fenomeni diffusivi sono certamente ancora più lenti e meritano uno studio attento perchè la conoscenza dei meccanismi in gioco può essere molto utile alla messa a punto delle tecniche di lavorazione e produzione di leghe , metalli o ceramiche speciali.

Il primo meccanismo di diffusione nello stato cristallino  che prendiamo in esame è detto diffusione sostituzionale o di vacanza. Le vacanze sono tipici difetti cristallini costituiti da spazi vuoti in quei siti che, a livello teorico, dovrebbero ospitare atomi del solido.

E’ abbastanza intuibile che questi spazi vuoti possano essere occupati da atomi adiacenti se questi hanno energia sufficiente per rompere i vecchi legami e spostarsi deformando il reticolo nel percorso seguito.                 Quest’ energia, sperimentalmente misurabile, è detta energia di attivazione; questa cresce al crescere della temperatura di fusione dato che le forze di legame sono maggiori.

La temperatura è una variabile importante che influisce sul numero di vacanze e sulla velocità di spostamento di queste.

Un ulteriore meccanismo di diffusione nello stato solido è quello interstiziale. Le posizioni interstiziali nel reticolo di un cristallo sono spazi vuoti generati dalla particolare disposizione degli atomi o ioni della struttura. Gli atomi più piccoli che occupano gli interstizi (di solito soluti o impurezze) dovranno possedere energia sufficiente per migrare verso i siti interstiziali vicini.

Chimitutor -26 Ottobre 2018