El diagrama de Moeller es un diagrama que muestra el orden en que los electrones llenan los orbitales en una estructura atómica. Se compone de 4 columnas que representan los orbitales definidos por la teoría (s, p, d y f, respectivamente).
El diagrama de Moeller
Con el desarrollo de la química durante el siglo XIX, la necesidad de una teoría adecuada para explicar los detalles de la estructura atómica se hizo cada vez más latente. Esto dio lugar a la teoría de los orbitales atómicos, según la cual los electrones permanecen en un espacio asociado a un determinado orbital. Esto implica que cuanto mayor sea el número de electrones del elemento, mayor será el número de orbitales. Para expresar la configuración electrónica de cada elemento, se desarrolló el diagrama de Moeller, que representa gráficamente la regla de Madelung y permite obtener la configuración de forma rápida y sencilla. También se conoce como el método de la lluvia.
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¿Qué es el diagrama de Mollier?
El diagrama de Mollier es una herramienta utilizada por los ingenieros para predecir teóricamente el rendimiento de sistemas e instalaciones. El diagrama de Mollier, también conocido como diagrama de entalpía (h) – entropía (s) o diagrama h-s, es una representación gráfica de las propiedades termodinámicas de los materiales. En general, es una relación entre la entalpía (una medida de la energía de un sistema termodinámico), la temperatura del aire y el contenido de humedad.
Historia
El diagrama de Moeller deriva de la regla de Madelung, desarrollada por el físico alemán Erwin Madelung para explicar el orden energético asociado a los orbitales atómicos. Este diagrama también se basa en el famoso principio de Pauli.
Quién lo inventó
Erwin Madelung fue un físico alemán nacido en Bonn en 1881 y conocido como el creador de la regla de Madelung, de la que se deriva el diagrama de Moeller. Su actividad intelectual se dedicó principalmente al estudio de la física atómica y la mecánica cuántica. Fue profesor de la Universidad Goethe de Fráncfort y murió en 1972.
Cómo utilizar el diagrama de Mollier
En general, el diagrama de Mollier cubre un rango de presión de 0,01 a 1000 bar y un rango de temperatura de hasta 800 oC. Los diagramas de Mollier pueden dibujarse para diferentes fluidos. Aquí está el diagrama de Mollier para el agua y el vapor. La «fracción de sequedad», x, da la fracción de masa de agua gaseosa en la región húmeda, siendo el resto gotas líquidas.
De este modo, los primeros orbitales están vinculados a los electrones de menor energía y los últimos orbitales están asociados a los electrones de mayor energía presentes en el átomo.
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Cómo proceder
En primer lugar, hay que determinar el número atómico Z del elemento a estudiar, que está asociado al número de electrones presentes en un átomo neutro. A continuación, se determina el llenado de los electrones en los orbitales trazando líneas diagonales que apuntan hacia abajo de izquierda a derecha.
De este modo, el relleno se establece a partir del orbital 1s, siguiendo el orden indicado en el diagrama. Hay que tener en cuenta que en el caso de los orbitales «s» se alojan 2 electrones; igualmente, para los orbitales «p» se alojan 6 electrones y 10 electrones para los orbitales «d», respectivamente.
Una forma elegante de reescribir la configuración electrónica para los átomos polielectrónicos es la siguiente: reescribir la configuración como la del gas noble anterior más los siguientes electrones correspondientes.
Aplicaciones del diagrama de Mollier
Las aplicaciones industriales y comerciales incluyen
- Diseño de centrales eléctricas
- Diseño de turbinas de vapor
- Previsión meteorológica
- Diseño de sistemas de refrigeración
- Sistemas de calefacción y refrigeración
- Diseño de compresores
El diagrama de Mollier también es muy útil para el malteado (el proceso de germinación de los granos de cereal mediante su remojo en agua y la posterior prevención de la germinación mediante el secado en aire caliente; se utiliza para hacer batidos malteados, whisky, cerveza, etc.)
Importancia
La importancia de este diagrama es que proporciona una forma fácil y sencilla de explicar y calcular las configuraciones electrónicas del átomo basadas en la regla de Madelung. Esto permitió la masificación de la química como ciencia de estudio y encabezó los desarrollos tecnológicos que se produjeron posteriormente.
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Ejemplos del diagrama de Moeller
Cálculo de la configuración electrónica del Potasio (K) mediante el diagrama de Moeller
Inicialmente, necesitamos conocer el número atómico Z del potasio (K), que, según la tabla periódica, corresponde a Z = 19 . Entonces, suponiendo que este valor corresponde al número de electrones que existen en un átomo de potasio (K), debemos seguir las indicaciones relativas al trazado de las líneas diagonales para determinar el orden en que se llenarán en los orbitales. En el caso del potasio (K), es: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 .
Por último, como el potasio (K) es un átomo polieléctrico, su configuración electrónica también puede reescribirse como sigue: [Ar] 4s 1 ; En este caso, el símbolo [Ar] se representa como la configuración electrónica asociada al elemento Argón (Ar) , que es el gas noble que precede al potasio (K) en la tabla periódica.
Conclusión
Los diagramas de Mollier son muy útiles para el diseño de ingeniería y se utilizan ampliamente en el mundo académico, donde la comprensión de los conceptos fundamentales es importante. Sin embargo, para las aplicaciones prácticas, el manejo de grandes diagramas de Mollier con buena resolución se vuelve engorroso.
La disponibilidad de programas informáticos de diagramas de Mollier ha resultado útil para muchos ingenieros. El software suele ser capaz de manejar tanto gráficos como cálculos, lo que hace que sea difícil resistirse a su uso. Los cálculos son mucho más precisos. Además, ofrecen otras ventajas, como la posibilidad de incorporar una amplia gama de valores, la eliminación de la interpolación, etc.
Ya sea en forma de software o de gráficos físicos, el diagrama de Mollier ha demostrado ser una herramienta importante para los ingenieros y seguirá siéndolo durante muchos años.