DIFUSI ZAT PADATDIFUSI ZAT PADAT

Kelompok 4

Buma Dika Riastya (2412100006)Kiki Yonata (2412100026)Aristo Parisian (2412100033)

Pengertian Difusi

Banyak reaksi dan proses dalam perlakuan pada material yang

bergantung pada transfer masa. Bentuk material yang dipengaruhi

bisa berwujud zat padat yang spesifik, cair, gas, maupun fase zat

padat yang lain. Transfer massa tersebut membutuhkan proses

yang disebut difusi, yaitu fenomena transfer materi melalui

materi lain karena atom atau partikel yang selalu bergerak oleh

agitasi thermal. Walaupun sesungguhnya gerak tersebut merupakan

gerak acak tanpa arah tertentu, namun secara keseluruhan ada arah

neto dimana entropi akan meningkat.

Pengertian ...

Fenomena difusi ini dapat diperlihatkan menggunakan

diffusion couple yaitu suatu material yang terbentuk dari

perpaduan 2 batang logam yang berbeda sehingga ada

kontak antara dua permukaan. Pada gambar 1 diperlihatkan

contoh diffusion couple untuk tembaga dan nikel berupa

representasi skematik posisi atom dan komposisi antar

permukaan. Diffusion Couple ini dipanaskan pada elevated

temperature dan didinginkan pada pada suhu ruangan.

Pengertian ...

Gambar (a) Pasangan difusi tembaga nikel sebelum penambahan suhu tinggi (b) Skema atom Cu

(lingkaran merah) dan atom Ni (lingkaran biru) (c) Konsentrasi tembaga dan nikel sebagai fungsi

dari lintas posisi dalam pasang

Hukum Ficks I

“Laju difusi berbanding lurus dengan gradient konsentrasinya”.

Hukum ini berlaku jika tidak ada perubahan konsentrasi akibat pengaruh waktu

difusi, sehingga pemakaiannya terbatas pada difusi steady-state

Dimana

J = banyaknya atom yang berdifusi

D = koefisien difusi (m2/s)

dc / dx = gradient konsentrasi

J=−Ddcdx

Hukum Ficks II

“Laju difusi tidak hanya bergantung pada gradient konsentrasi saja, tetapi

juga dengan waktu”

dcdt

=Dd2 cd x2

Mekanisme Difusi (Difusi Vacancy/kosong)Prinsip mekanisme difusi kekosongan adalah jika suatu atom

mengisi kekosongan yang terdapat pada susunan atom-atomnya,

maka akan terjadi kekosongan baru pada susunan atom tersebut.

Kekosongan baru ini dapat diisi oleh atom lain yang letaknya berdekatan

dengan lubang yang ditinggalkan oleh atom yang pertama tadi. Energi

yang digunakan untuk memutuskan ikatan atom berasal dari energi termal

karena material tersebut dipanaskan.

Mekanisme Difusi (Difusi Vacancy/kosong)

Gambar 3 Proses Difusi Vacancy/Kosong

Prinsip dari mekasinme difusi interstisial adalah perpindahan dari sebuah posisi

interstisial atom ke tetangganya yang berdekatan. Mekanisme ini ditemukan pada

interdifusi dari senyawa yang tidak murni seperti hydrogen, karbon, nitrogen, dan oksigen

yang memiliki ukuran atom yang cukup kecil sehingga cukup untuk masuk posisi interstisial.

Di alam kebanyakan logam campuran lebih sering terjadi difusi secara interstisial

dibandingkan difusi secara vacancy. Hal ini terjadi karena atom interstisial lebih kecil

sehingga dapat bergerak secara bebas, hal ini diperkuat karena lebih banyak posisi

interstisial dibanding posisi kosong dalam suatu struktur atom, oleh sebab itu kemungkinan

terjadinya pergerakan atomik interstisial lebih besar dari difusi vacancy.

Mekanisme Difusi (Difusi Interstitial)

Mekanisme Difusi (Difusi Interstitial)

Gambar 4 Proses Difusi Interstisial

Faktor yang Mempengaruhi Difusi

● Jenis Difusi● Temperatur●

Jenis Difusi

Besarnya nilai koefisin difusi, D, menunjukkan tingkat dimana atom

berdifusi. Jenis difusi ini juga mempengaruhi nilai koefisien difusi.

Misalnya saja, terlihat pada table 1, ada perbedaan signifikan antara self-

diffusion dengan interdifusi karbon pada α-Fe di suhu 5000C, nilai D

menjadi sangat besar untuk interdifusi karbon. Perbandingan ini juga

memperlihatkan kontrasnya nilai tingkat difusi antara difusi kosong

dengan difusi interstisial. Self-diffusion terjadi dari difusi kosong, dan

difusi karbon pada besi adalah difusi intersitisial.

Temperatur

Suhu memiliki pengaruh yang cukup besar dalam menentukan koefisien dan laju

difusi. Contohnya, untuk self-diffusion dari Fe pada α-Fe, koefisin difusi

meningkat sekitar enam kali lipat pada temperatur dari 5000C sampai 9000C

(tabel 1)

Nilai koefisien difusi berdasarkan temperatur adalah sebagai berikut :

Dimana :

D0 = temperature-independent preexponential (m2/s)

Qd = energy aktivasi untuk berdifusi (J/mol atau eV/atom)

R = konstanta gas, 8,31 J/mol atau 8,26 x 10-5 eV/atom K

T = temperatur absolut (K)

Energi aktivasi dapat diartikan sebagai energI yang dibutuhkan untuk memproduksi

pergerakan difusi dari satu mol atom. Besarnya energi aktivasi mengakibatkan kecilnya

koefisien difusi.

D=D 0exp (−Q d

RT)