• Author / Uploaded
• Sotalin

Citation preview

Universidad Central del Ecuador Facultad de Ciencias Quimicas Q. Nuevos Materiales Nombre: Alexis Sotalin

6.1 Explique brevemente la diferencia entre autodifusión e interdifusión. La auto-difusión es la migración atómica en metales puros, es decir, cuando todos los átomos que intercambian posiciones son del el mismo tipo. La interdifusión es la difusión de átomos de un metal en otro metal. 6.2 La autodifusión implica el movimiento de átomos que son todos del mismo tipo; por lo tanto, no está sujeto a observación por cambios de composición, como ocurre con la interdifusión. Sugiera una forma en que se pueda monitorear la auto difusión. La autodifusión puede controlarse mediante el uso de isótopos radiactivos del metal que se está estudiando. El movimiento de estos átomos isotópicos se puede controlar midiendo el nivel de radiactividad. 6.3 (a) Compare los mecanismos atómicos intersticiales y de vacantes para la difusión. Con la difusión de vacantes, el movimiento atómico es de un sitio de red a una vacante adyacente. La autodifusión y la difusión de impurezas sustitucionales se realizan a través de este mecanismo. Por otro lado, el movimiento atómico es del sitio intersticial al sitio intersticial adyacente para el mecanismo de difusión intersticial. (b) Cite dos razones por las cuales la difusión intersticial es normalmente más rápida que la difusión de vacantes. La difusión intersticial es normalmente más rápida que la difusión de vacantes porque: (1) los átomos intersticiales, que son más pequeños, son más móviles; y (2) la probabilidad de un sitio intersticial adyacente vacío es mayor que para una vacante adyacente a un átomo huésped (o impureza sustitucional). 6.4 Explique brevemente el concepto de estado estacionario que se aplica a la difusión. La difusión en estado estacionario es la situación en la que la velocidad de difusión en un sistema dado es igual a la velocidad de difusión, de modo que no hay acumulación neta o agotamiento de las especies en difusión, es decir, el flujo de difusión es independiente del tiempo. 6.5 (a) Explique brevemente el concepto de fuerza motriz. La fuerza impulsora es la que obliga a que ocurra una reacción.

(b) ¿Cuál es la fuerza impulsora para la difusión en estado estacionario? La fuerza impulsora para la difusión en estado estacionario es el gradiente de concentración. 6.6 La purificación de hidrógeno gaseoso por difusión a través de una lámina de paladio se discutió en la Sección 6.3. Calcule la cantidad de kilogramos de hidrógeno que pasan por hora a través de una lámina de paladio de 5 mm de espesor que tiene un área de 0.20 m2 a 500 0C. Suponga un coeficiente de difusión de 1x10-8 m2/s, que las concentraciones en los lados de alta y baja presión de la placa son 2.4 y 0.6 kg de hidrógeno por metro cúbico de paladio, y que se han alcanzado condiciones de estado estacionario.

6.7 Una lámina de acero de 1,5 mm de espesor tiene atmósferas de nitrógeno en ambos lados a 1200 C y se le permite alcanzar una condición de difusión en estado estacionario. El coeficiente de difusión del nitrógeno en el acero a esta temperatura es de 6 x10-11 m2 / s, y el flujo de difusión es de 1.2 x10-7 kg / m2-s. Además, se sabe que la concentración de nitrógeno en el acero en la superficie de alta presión es de 4 kg / m3. ¿A qué distancia de la lámina desde este lado de alta presión la concentración será de 2.0 kg /m3? Asumir un perfil de concentración lineal.

6.8 Una lámina de hierro BCC de 1 mm de espesor se expuso a una atmósfera de gas de cementación en un lado y a una atmósfera de descarburación en el otro lado a 725 0C. Después de haber alcanzado el estado estable, el hierro se enfrió rápidamente a temperatura ambiente. Se determinó que las concentraciones de carbono en las dos superficies de la lámina eran 0,012 y 0,0075% en peso. Calcule el coeficiente de difusión si el flujo de difusión es 1.4 10 8 kg / m2-s. Sugerencia: use la ecuación 5.9

para convertir las concentraciones del porcentaje en peso a kilogramos de carbono por metro cúbico de hierro. Para 0,012%

Para 0,0075%

6.9 Cuando el hierro se somete a una atmósfera de hidrógeno gaseoso, la concentración de hidrógeno en el hierro, CH (en porcentaje en peso), es función de la presión de hidrógeno, pH2 (en MPa) y la temperatura absoluta (T) de acuerdo con

Además, los valores de D0 y Qd para este sistema de difusión son 1.4x10-7 m2 / s y 13.400 J / mol, respectivamente. Considere una delgada membrana de hierro de 1 mm de espesor que está a 250 0C. Calcule el flujo de difusión a través de esta membrana si la presión de hidrógeno en un lado de la membrana es de 0.15 MPa (1.48 atm) y en el otro lado de 7.5 MPa (74 atm).