2. ¿QUÉ ES LA TERMODINÁMICA?
Es la rama de la física que describe los estados de
equilibrio a nivel macroscópico.
Permite estudiar los procesos de intercambio de
masa y energía térmica entre sistemas térmicos
diferentes.
Se puede definir en 3 leyes.
3. PRINCIPIO O LEY CERO
“Si dos sistemas están por separados en equilibrio con
un tercero, entonces también tienen que estar en
equilibrio entre ellos”
Tiene una gran importancia experimental pues
permite construir instrumentos que midan la
temperatura de un sistema.
4. PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA
Conocida como principio de conservación de la energía
para la termodinámica.
Establece que si se realiza trabajo sobre un sistema o
bien éste intercambia calor con otro, la energía
interna del sistema cambiará.
5. "La energía no se crea
ni se destruye, sólo se
transforma”
La ecuación general de la conservación de la energía
es la siguiente:
Donde U es la energía interna del sistema, Q es la
cantidad de calor aportado al sistema y W es el
trabajo realizado por dicho sistema.
6. SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA
Esta ley apoya todo su
contenido aceptando la
existencia de una magnitud
física llamada entropía, de tal
manera que, para un sistema
aislado que no intercambia
materia ni energía con su
entorno, la variación de la
entropía siempre debe ser
mayor que cero.
7. TERCERA LEY DE LA TERMODINÁMICA
“La entropía de los cristales perfectos de todos los
elementos y compuestos es cero en el cero absoluto de
temperatura"
Al hablar de cristales
estamos relacionando la
tercera ley con los cambios
orden-desorden. De esta
forma cualquier sustancia
a una temperatura mayor
que 0ºK tendrá un valor
positivo de entropía.
Postulada por Walther Nernst.
8. LA TERMODINÁMICA EN SISTEMAS
VIVIENTES
El cuerpo humano está
continuamente intercambiando
material y energía con sus
alrededores, consumiendo
energía para desarrollar los
trabajos internos y externos, y
para fabricar moléculas estables,
para lo cual necesita alimentarse
ingiriendo moléculas de gran
energía libre.
9. Tiene la peculiaridad de que su entropía es mínima, por
eso es un sistema termodinámico inestable lo que
provoca su evolución permanente, o sea la vida misma.
Los seres vivos son
organismos abiertos que
intercambian energía y
materia con el entorno. Los
procesos son irreversibles y
no reproducibles.
10. ENERGÍA LIBRE
¿QUÉ ES?
La energía libre es la cantidad
de trabajo que un sistema
termodinámico puede realizar.
Es aquella porción de
cualquier energía de la primera
ley que está disponible para
realizar trabajo termodinámico,
es decir, el trabajo por medio
de energía térmica.
11. Está sujeta a una pérdida irreversible, en el curso de
este trabajo.
Dado que la energía de la primera ley siempre se
conserva, resulta entonces evidente que la energía libre
es un tipo de energía de la segunda ley, expandible
que puede realizar trabajo dentro de lapsos de tiempo
finitos.
12. REACCIONES EXERGÓNICAS Y
ENDERGÓNICAS
1.- Reacciones Exergónicas:
Son reacciones químicas en donde el incremento de
energía libre es negativo. Se manifiestan durante los
procesos catabólicos de manera que ¨liberan energía¨.
Por ejemplo: La respiración celular, donde al oxidar la
glucosa genera energía para realizar las funciones
vitales.
13. 2.- Reacciones Endergónicas:
Son reacciones químicas en donde el incremento de
energía libre es positivo. Se manifiestan durante los
procesos anabólicos de manera que requieren q se le
¨añada energía¨ a los reactivos.
14. En una reacción
exergónica los
reactivos contienen
un mayor nivel de
energía que los
productos.
Mientras que en una
reacción endergónica
los productos
contienen un mayor
nivel de energía que
los reactivos.
15. Usando el ejemplo del helado derretido
¿qué tipo de reacción parece ser?
16. ACOPLAMIENTO DE REACCIONES
BIOQUÍMICAS
¿QÚE SON?
Las reacciones acopladas son aquellas donde la
energía libre de una reacción (exergónica) es
utilizada para conducir y/o dirigir una segunda
reacción (endergónica). Por lo tanto las reacciones
acopladas representan reacciones liberadoras de
energía acopladas a reacciones que requieren
energía.
17. Un proceso de acoplamiento energético se puede
observar en la siguiente figura:
18. RELACIONES DE LOS CAMBIOS DE ENERGÍA
LIBRE CON EL POTENCIAL REDOX ESTÁNDAR Y
LA CONSTANTE DE EQUILIBRIO
Las reacciones bioquímicas en los organismos vivos son
de transferencia de energía; frecuentemente ocurren
acopladas unas con otras para que puedan ser
favorables termodinámicamente.
En los procesos redox que
tiene lugar la transferencia
de electrones y protones son
cruciales en el metabolismo
celular.
19. POTENCIAL ESTÁNDAR DE
REDUCCIÓN (EO)
Van desde el par redox más negativo, hasta el más
positivo. Mientas más negativo sea el potencial mayor
será el comportamiento reductor al perder electrones de
este par redox, y mientras más positivo sea mayor será el
comportamiento a oxidarse por la aceptación de
electrones.
20. El trabajo eléctrico es necesario para transferir n moles
de electrones a través de la diferencia de potencial
eléctrico. La ecuación utilizada en la variación de
energía es:
w + nF . Δeo
La energía libre representa la cantidad máxima del
trabajo útil que se obtiene de la reacción, que nos dará:
ΔG = -nF . ΔEo
POTENCIAL REDOX Y ENERGÍA LIBRE
22. La ley del equilibrio químico impone que una condición de la
sustancia que se encuentra en el sistema, reacciona en un
sentido o en el inverso hasta que las concentraciones sean
adecuadas para que se cumpla la condición de equilibrio.
La constante de equilibrio estará relacionada con la energía
libre, la termodinámica demuestra que:
DG = -R . T . Kp
R = Constante
Kp = Constante de equilibrio
DG = Energía Libre
T = Temperatura
RELACIÓN ENTRE LA VARIACIÓN DE ENERGÍA
LIBRE Y LA CONSTANTE DE EQUILIBRIO
