Bu konu başlığından itibaren atomların kristal yapı içinde nasıl gezindikleri üzerinde duracağız. Konunun detaylarına girmeden önce, yayılım, yayınım ya da difüzyon (İngilizce: diffusion) adıyla bilinen bu işleyiş hakkında biraz genel bilgi verelim.
Yayılımı, genel anlamıyla, parçacıkların bir ortam içinde rastgele hareketlere dayalı olarak nasıl gezindiklerini açıklamak için kullandığımız bir işleyiş tarifi olarak tanımlayabiliriz. Bu tariften yalnızca atomların bir malzeme içine nasıl yayıldıklarını anlamak için değil, molekül ya da elektron gibi diğer parçacıkların yayılımlarını, hatta ısı yayılımını anlamak için de faydalanabiliyoruz.
Yayılım sürecindeki parçacıklar, genel bir kural olarak, ortam içinde benzer parçacıkların çok olduğu bölgelerden daha az bulunduğu bölgelere doğru ilerliyor. Daha teknik bir terminoloji ile ifade etmek istersek, yayılım, konsantrasyonun yüksek olduğu bölgelerden düşük olduğu bölgelere doğru gerçekleşiyor. Dolayısıyla yayılımın gerçekleşmesi için, ortam içindeki parçacık konsantrasyonunun yer yer farklılık göstermesi gerekiyor.
Bu son paragrafı biraz daha açmak için basit bir örnek verelim: bir bardak su içine bir damla mürekkep damlattığımızı düşünelim. Bardak içindeki su, mürekkebi oluşturan moleküllerin yayılacağı “ortamı” temsil ediyor. Mürekkep molekülleri de, tahmin edeceğiniz gibi, yayılımla dağılmalarını beklediğimiz parçacıkları temsil ediyor.
Mürekkep damlası suya ilk ulaştığı andan itibaren, mürekkebi oluşturan moleküller su molekülleri ile karışmaya başlıyor. Damlanın suya karışmaya başladığı ilk anlarda, bütün mürekkep moleküllerinin damla civarında bulunması nedeniyle, bu bölgedeki mürekkep konsantrasyonunun bardağın diğer kısımlarına kıyasla çok daha yüksek olduğunu söyleyebiliriz. Bu konsantrasyon farkı nedeniyle yayılım, doğal olarak, mürekkep bulunmayan bölgelere doğru gerçekleşiyor ve bardak içindeki konsantrasyon farkları ortadan kalkana kadar, yani mürekkep bütün bardağa yayılana kadar devam ediyor.
Mürekkep molekülleri bardak içine tamamen yayıldıklarında hareketsiz duruma geçmiyorlar elbette: bütün moleküller konumlarını değiştirerek bardak içinde gezinmeye devam ediyor. Fakat bu noktadan sonra moleküllerin bardak içinde gezinmesi, su içinde bir konsantrasyon değişimi yaratmıyor. Diğer bir deyişle, bardağa baktığımızda yayılım sonuçlanmış gibi görünsede, parçacıklar su içinde gezinmeye devam ediyor.
Mürekkep ve su örneğinde yayılımdan farklı bir işleyiş de rol oynuyor. Mürekkep ve su moleküllerinin farklı ağırlıklara sahip olmaları nedeniyle, moleküller karıştığında su içinde yer çekimi kuvvetinden kaynaklanan bir hareketlenme meydana geliyor. Bu da, ilk başta durgun duran su içinde bir nevi akıntılar yaratarak mürekkebin su içinde taşınmasına (İngilizce: convection) yol açıyor. Taşınma adını verdiğimiz bu işleyişi, bir akarsu üzerinde akıntıyla hareket eden yapraklara benzeterek gözümüzde canlandırabiliriz. Bu konu başlığı altında taşınmaya bağlı yayılımı kapsam dışında bırakacağız. Taşınmayı burada göz ardı edecek olmamızın nedeni, bu işleyişin ortaya çıkması için yayılımın bir akışkan içinde gerçekleşmesinin gerekiyor olması. İlerleyen konularda akışkan ortamları bir kenara bırakıp, sadece katı haldeki, kristal yapıya sahip malzemelerde gerçekleşen atom yayılımı üzerinde duracağız.
Yayılım katı fazda ve kristal düzene sahip bir ortamda gerçekleştiğinde, atomların tamamıyla rastgele hareket edebilmelerini kısıtlayan bazı faktörler karşımıza çıkıyor. İlk olarak, yayılımın gerçekleştiği ortamın kendine has bir düzene sahip olması, gezinen atomların ortam içinde sadece belirli konumlarda bulunabilme zorunluluğunu ortaya çıkarıyor. Kristal yapılarda atomların birbirlerine oldukça yakın duruyor olması da, yayılımın akışkan ortamlara kıyasla çok daha yavaş gerçekleşmesine neden oluyor.
Bir sonraki konudan başlayarak, kristal kafes simetrisine sahip, katı bir ortam içindeki tek bir atomun, ortam içinde nasıl gezinebildiğinden bahsedeceğiz. Devamındaki konularda ise, katı ve düzenli ortam içine birçok yabancı atom sızdığında yayılımın nasıl gerçekleştiği üzerinde duracağız.