Diagrama de energia

Diagrama de energia que mostra a diminuição da energia de ativação por um catalisador. Fonte: Emma Ambrogi, CC BY-SA 4.0, Wikimedia Commons

O que é um diagrama de energia?

A Diagrama de energia É um gráfico de energia que ilustra o processo que ocorre ao longo de uma reação. Os diagramas de energia também são definidos como a visualização de uma configuração eletrônica em orbitais: cada representação é um elétron de um orbital com uma seta.

Por exemplo, em um diagrama de energia, as setas que apontam em uma direção superior representam um elétron com uma virada positiva. Por sua vez, as setas que apontam para baixo são responsáveis ​​por representar um elétron com turnos negativos.

Existem dois tipos de diagramas de energia. Os diagramas de química termodinâmica ou orgânica, que mostram a quantidade de energia gerada ou gasta ao longo de uma reação, começando desde que os elementos são encontrados como reagentes, através de um estado de transição, para os produtos.

E os diagramas de química inorgânica, que servem para demonstrar orbitais moleculares, dependendo do nível de energia que os átomos têm.

Características dos diagramas de energia

- São diagramas especializados, que requerem preparação.

- Cada representação que aparece em um diagrama é um elétron de um orbital com uma flecha.

- Eles servem para medir vários estados de energia (termodinâmica) da matéria, como volume e pressão.

- Eles podem ser usados ​​na área médica, como fisiologia cardiovascular, fisiologia respiratória ou fisiologia termodinâmica.

- Eles constituem ajuda para a medição da energia produzida por um elemento e, portanto, têm aplicação na mecânica quântica, porque mostram níveis de energia atômica.

Tipos de diagramas de energia

Diagramas termodinâmicos

Os diagramas termodinâmicos são usados ​​para representar os estados termodinâmicos de uma questão (normalmente fluida) e as consequências da manipulação deste material.

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Por exemplo, um diagrama de temperatura entrópico pode ser usado para demonstrar o comportamento de um fluido à medida que muda para um compressor.

Diagramas de Sankey são diagramas de energia nos quais a espessura das setas é mostrada proporcionalmente à quantidade de fluxo. 

Este diagrama representa todo o fluxo de energia primária de uma fábrica. A espessura das bandas é diretamente proporcional à energia da produção, uso e perdas.

As fontes de energia primária são gás, eletricidade e carvão/petróleo e representam a entrada de energia no lado esquerdo do diagrama.

Despesas de energia, fluxo de material em nível regional ou nacional e a quebra do custo de um elemento ou serviços também podem ser visualizados.

Esses diagramas colocam uma ênfase visual em grandes transferências de energia ou fluxos dentro de um sistema.

E eles são muito úteis ao localizar contribuições dominantes em um fluxo geral. Freqüentemente, esses diagramas mostram quantidades preservadas dentro dos limites de um sistema definido.

Diagrama P-V

É usado para descrever mudanças correspondentes a medidas de volume e pressão no sistema. Eles são comumente usados ​​em termodinâmica, fisiologia cardiovascular e fisiologia respiratória.

Os diagramas de P-V foram originalmente chamados de indicadores. Eles foram desenvolvidos no século 18 como ferramentas para entender a eficiência dos motores a vapor.

Um diagrama de P-V mostra a mudança na pressão P em relação ao volume de V de algum processo ou processos.

Na termodinâmica, esses processos formam um ciclo, de modo que, quando o ciclo culmina não há alteração no estado do sistema, como em um aparelho que retorna à sua pressão e volume inicial.

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Diagrama T-S

É usado na termodinâmica para visualizar mudanças específicas de temperatura e entropia durante um processo termodinâmico ou ciclo.

É muito útil e uma ferramenta muito comum na área, principalmente porque ajuda a visualizar a transferência de calor durante um processo.

Para processos reversíveis ou ideais, a área sob a curva t-s de um processo é o calor transferido para o sistema durante esse processo.

Um processo isentrópico é gráfico como uma linha vertical em um diagrama T-S, enquanto um processo isotérmico é gráfico como uma linha horizontal.

Diagramas de química inorgânica

Eles servem para representar ou esquematizar orbitais moleculares relacionados a átomos e seu nível de energia.

Diagrama de energia potencial do ETA

As diferentes conformações do etano não têm a mesma energia, pois têm uma repulsão eletrônica diferente entre hidrogênios.

À medida que a molécula gira, a partir de uma conformação já alternada, a distância entre os átomos de hidrogênio dos grupos metil em particular começa a reduzir. A energia potencial desse sistema aumentará até atingir uma conformação eclipsada.

Os diferentes tipos de energia podem ser representados graficamente entre várias conformações. No diagrama de etano, observa -se como as conformações eclipsadas são a energia máxima. Por outro lado, os suplentes seriam o mínimo.

Exemplos de diagramas de energia

Diagrama T-S

Um diagrama T-S

Diagrama P-V

Diagrama P-V. Fonte: Joseasorrentino, CC BY-SA 4.0, Wikimedia Commons

É um diagrama P-V do N-Butane.

Diagrama de etan

Diagrama de etan. Fonte: Kministi, Wikimedia Commons

Este diagrama mostra as projeções de Newman das conformações do ETA e suas diferenças de energia relativa (não energias totais). Quando o etano gira em torno de uma de suas ligações covalentes, essas conformações são formadas. O ângulo torcional/diédrico é mostrado no eixo x.

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A: Escoado / B: Eclipsed

Referências

1. Diagrama T-S. Recuperado de.Wikipedia.org
2. Diagrama de Sankey. Recuperado de.Wikipedia.org