Diagramma di energia

Diagramma di energia che mostra la diminuzione dell'energia di attivazione da parte di un catalizzatore. Fonte: Emma Ambrogi, CC BY-SA 4.0, Wikimedia Commons

Cos'è un diagramma di energia?

UN diagramma di energia È un grafico energetico che illustra il processo che si verifica durante una reazione. I diagrammi di energia sono anche definiti come la visualizzazione di una configurazione elettronica in orbitali: ogni rappresentazione è un elettrone di un orbitale con una freccia.

Ad esempio, in un diagramma di energia, le frecce che puntano in una direzione superiore rappresentano un elettrone con una svolta positiva. A loro volta, le frecce che puntano verso il basso sono responsabili della rappresentazione di un elettrone con una svolta negativa.

Esistono due tipi di diagrammi di energia. I diagrammi di chimica termodinamica o organica, che mostrano la quantità di energia generata o spesa lungo una reazione, iniziando poiché gli elementi si trovano come reagenti, attraverso uno stato di transizione, ai prodotti.

E i diagrammi di chimica inorganica, che servono a dimostrare orbitali molecolari, a seconda del livello di energia che hanno gli atomi.

Caratteristiche dei diagrammi di energia

- Sono diagrammi specializzati, che richiedono preparazione.

- Ogni rappresentazione che appare in un diagramma è un elettrone di un orbitale con una freccia.

- Servono a misurare vari stati energetici (termodinamica) della materia, come volume e pressione.

- Possono essere usati nell'area medica, come la fisiologia cardiovascolare, la fisiologia respiratoria o la fisiologia termodinamica.

- Costituiscono aiuto per la misurazione dell'energia prodotta da un elemento e, quindi, hanno l'applicazione in meccanica quantistica, perché mostrano livelli di energia atomica.

Tipi di diagrammi di energia

Diagrammi termodinamici

I diagrammi termodinamici sono usati per rappresentare gli stati termodinamici di una questione (tipicamente fluido) e le conseguenze della manipolazione di questo materiale.

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Ad esempio, un diagramma di temperatura entropico può essere utilizzato per dimostrare il comportamento di un fluido mentre cambia in un compressore.

I diagrammi di Sankey sono diagrammi di energia in cui lo spessore delle frecce è mostrato proporzionalmente alla quantità di flusso. 

Questo diagramma rappresenta l'intero flusso di energia primario di una fabbrica. Lo spessore delle bande è direttamente proporzionale all'energia di produzione, uso e perdite.

Le fonti di energia primaria sono gas, elettricità e carbone/petrolio e rappresentano l'ingresso di energia sul lato sinistro del diagramma.

Le spese energetiche, il flusso di materiale a livello regionale o nazionale e possono anche essere visualizzate la ripartizione del costo di un elemento o dei servizi.

Questi diagrammi pongono un'enfasi visiva su grandi trasferimenti di energia o flussi all'interno di un sistema.

E sono molto utili quando si individuano contributi dominanti in un flusso generale. Spesso questi diagrammi mostrano quantità conservate entro i limiti di un sistema definito.

Diagramma P-V

Viene utilizzato per descrivere le variazioni corrispondenti alle misure di volume e pressione nel sistema. Sono comunemente usati in termodinamica, fisiologia cardiovascolare e fisiologia respiratoria.

I diagrammi P-V erano originariamente chiamati indicatori. Sono stati sviluppati nel 18 ° secolo come strumenti per comprendere l'efficienza dei motori a vapore.

Un diagramma P-V mostra la variazione della pressione P rispetto al volume di V di alcuni processi o processi.

Nella termodinamica, questi processi formano un ciclo, in modo che quando il ciclo culmina non vi sia alcun cambiamento nello stato del sistema, come in un apparato che ritorna alla sua pressione e volume iniziali.

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Diagramma T-S

Viene utilizzato in termodinamica per visualizzare specifiche variazioni di temperatura e entropia durante un processo o ciclo termodinamico.

È molto utile e uno strumento molto comune nell'area, in particolare perché aiuta a visualizzare il trasferimento di calore durante un processo.

Per i processi reversibili o ideali, l'area sotto la curva T-S di un processo è il calore trasferito al sistema durante tale processo.

Un processo isentropico è grafico come linea verticale in un diagramma T-S, mentre un processo isotermico è grafico come linea orizzontale.

Diagrammi di chimica inorganica

Servono a rappresentare o schematizzare gli orbitali molecolari legati agli atomi e al loro livello di energia.

Diagramma di energia potenziale dell'ETA

Le diverse conformazioni di etano non hanno la stessa energia, poiché hanno una repulsione elettronica diversa tra gli idrogeni.

Mentre la molecola gira, a partire da una conformazione già alternata, la distanza tra gli atomi di idrogeno dei particolari gruppi metilici inizia a ridurre. L'energia potenziale di quel sistema aumenterà fino a raggiungere una conformazione eclissata.

I diversi tipi di energia possono essere rappresentati graficamente tra le varie conformazioni. Nel diagramma di etano si osserva come le conformazioni eclissate siano la massima energia. D'altra parte, gli alternativi sarebbero il minimo.

Esempi di diagrammi di energia

Diagramma T-S

Un diagramma T-S

Diagramma P-V

Diagramma P-V. Fonte: Joseasorntino, CC BY-SA 4.0, Wikimedia Commons

È un diagramma p-V di N-Butano.

Diagramma etan

Diagramma etan. Fonte: Kministi, Wikimedia Commons

Questo diagramma mostra le proiezioni di Newman sulle conformazioni dell'ETA e le loro differenze di energia relativa (non energie totali). Quando l'etano ruota attorno a uno dei suoi legami covalenti, si formano queste conformazioni. L'angolo torsionale/diedro è mostrato sull'asse x.

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A: Escoado / B: eclisso

Riferimenti

1. Diagramma T-S. Recuperato da.Wikipedia.org
2. Diagramma di Sankey. Recuperato da.Wikipedia.org