termodinámica

ALL YOU NEED TO KNOWBY

BR. CARLOS PEDROZA

Unidad II

Universidad Central de VenezuelaFacultad de Medicina

Escuela “José María Vargas”Cátedra de Bioquímica

Br. Carlos Pedroza

TERMODINÁMICA

Termodinámica

ALL YOU NEED TO KNOWBY

BR. CARLOS PEDROZA

Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza

Es la energía, presente en todo tipo de materia, que se produce por el movimiento de los átomos y las

moléculas.

W = F . d

En términos físicos,Capacidad de un sistema para realizar

trabajo

Conceptos Básicos

EN

ER

GÍA

TR

AB

AJO

CA

LO

R


¿Por qué es importante este tema?

Concepto de Termodinámica• Es un área de la física que estudia los procesos de intercambio, transformación y circulación de la energía en los procesos naturales y de origen humano.

Bioenergética• Especialidad de la termodinámica que estudia de forma cuantitativa las transducciones de la energía en los organismos vivos y los mecanismos mediante los cuales los estos adquieren, almacenan, utilizan y liberan la energía.



Metabolismo• Conjunto de todos los procesos químicos y físicos participantes en:

▪La producción y consumo de energía a partir de fuentes exógenas y endógenas.▪La síntesis y degradación de componentes tisulares estructurales y funcionales.▪La eliminación de los productos de desecho.



Anabolismo

Catabolismo

PolímerosProteínas, Ácidos

Nucleicos, Polisacáridos, Lípidos

MonómerosAminoácidos, Nucleótidos,

Monosacáridos, Ácidos Grasos

IntermediariosPiruvato, Acetil-CoA,

Glucosa-6-P

Moléculas sencillasCO2, NH3, H2O

Pro

ceso

s C

ata

bóli

cos

Pro

ceso

s A

nab

ólico

s


Más conceptos básicos

Parte del Universo que no es puesta en

estudio

Parte del universo que se aisla para su

estudio

Sistema + Entorno

SIS

TEM

AEN

TO

RN

OU

NIV

ER

SO


Más conceptos básicosAquel estado en que las

propiedades macroscópicas del sistema están bien definidas y no cambian con el tiempo

ES

TA

DO

S D

E

EQ

UIL

IBR

IOFU

NC

IÓN

DE

ES

TA

DO

VA

RIA

BLES

TER

MO

DIN

ÁM

ICA



Propiedad de un sistema que tiene un valor

definido para cada estado, con independencia de cómo se alcanza este

estado.

Aquel estado en que las propiedades

macroscópicas del sistema están bien definidas y no cambian con el tiempo

ES

TA

DO

S D

E

EQ

UIL

IBR

IOFU

NC

IÓN

DE

ES

TA

DO

VA

RIA

BLES

TER

MO

DIN

ÁM

ICA

Glucosa + O2

Energía + CO2 + H2O

Glucosa Glicólisis

Descarboxilación

oxidativa del Piruvato

Fosforilación Oxidativa

Ciclo de Krebs

Energía



Propiedad de un sistema que tiene un valor

definido para cada estado, con independencia de cómo se alcanza este

estado.

Aquel estado en que las propiedades

macroscópicas del sistema están bien definidas y no cambian con el tiempo

Variables mesurables usadas para el cálculo

de las funciones de estado

ES

TA

DO

S D

E

EQ

UIL

IBR

IOFU

NC

IÓN

DE

ES

TA

DO

VA

RIA

BLES

TER

MO

DIN

ÁM

ICA

▪ Presión → P → atm▪ Volumen → V → L.▪ Temperatura → T → ºK.▪ Número de moles.▪ Carga → q → Joule.▪ Trabajo → w → Joule.▪ Energía Interna → E▪ Entalpía (H) y Entropía (S).▪ Energía libre → G.


Esquema

Leyes de la Termodinámica

Energía Libre de Gibbs y Equilibrio

Cálculo de la Variación de la Energía Libre


Leyes de la TermodinámicaLey Cero de la Termodinámica


Leyes de la TermodinámicaLey Cero de la Termodinámica

A B C


Leyes de la TermodinámicaPrimera Ley de la Termodinámica

“En cualquier cambio físico o químico, la cantidad total de energía en el universo permanece constante”

Calor



“Los cambios de energía de un sistema vienen dados por la cantidad de calor, transferida o absorbida, y el trabajo

realizado por o sobre el sistema”.Δ 𝐸=𝑞−𝑤

ΔE Variación de la energía interna del proceso

q Calor absorbido o liberado por el sistema

w

Trabajo realizado por el sistema sobre el entorno o del entorno sobre él

𝑤=𝑃× Δ𝑉𝑤=Δ𝑛𝑅𝑇

Primera Fórmula



“Los cambios de energía de un sistema vienen dados por la cantidad de calor, transferida o absorbida, y el trabajo

realizado por o sobre el sistema”.

Volumen constante Presión constante

𝑤=𝑃× Δ𝑉

0

Δ 𝐸=𝑞

“La cantidad de calor liberada a los alrededores es ligeramente superior a presión constante

porque el sistema realiza trabajo”.

Δ 𝐸=𝑞−𝑤Primera Fórmula


Contenido calórico del sistema de reacción. Refleja el número y la clase de enlaces químicos en los reactivos y los

productos

EN

TA

LP

ÍAEN

TR

OP

ÍAEN

ER

GÍA

LIB

RE

Leyes de la TermodinámicaTres Conceptos Más Importantes

ΔH > 0

ΔHF > ΔHI Reacción endotérmica

ΔH < 0

ΔHF < ΔHI Reacción exotérmica

La cantidad de calor liberada a presión constante

Entalpía como función de estado

𝐻=𝐸+𝑃𝑉

Δ𝐻=𝐸+𝑃𝑉


Leyes de la TermodinámicaSegunda Ley de la Termodinámica

“Todos los procesos naturales del universo tienden siempre hacia un aumento de la entropía”

La tendencia es minimizar la energía


Cantidad de energía capaz de realizar trabajo durante una reacción a

temperatura y presión constante

Expresión cuantitativa de la aleatoriedad o del desorden de un sistema

Contenido calórico del sistema de reacción. Refleja el número y la clase de enlaces químicos en los reactivos y los

productos

EN

TA

LP

ÍAEN

TR

OP

ÍAEN

ER

GÍA

LIB

RE



Expresión cuantitativa de la aleatoriedad o del desorden de un sistemaE

NTA

LP

ÍA


𝑆=𝑘× ln𝒲k Constante de Boltzman → 1,38 x 10-23 J/K

Número de estados posibles para un sistema

Baja Entropía Alta EntropíaHielo a 0 º C. Agua a 25 ºC

Un diamante a 0ºK Vapor de carbono a 1.000.000 ºK

Una proteína en su estado nativo

La misma proteína desnaturalizada

“Don Quijote de La Mancha”

Una serie aleatoria de letras

Tu escritorio Mi escritorio



temperatura y presión constanteEN

ER

GÍA

LIB

RE


↑G

↓G




ER

GÍA

LIB

RE


Fosfoenolpiruvato

PiruvatoΔ𝐺>0

PiruvatoFosfoenolpiruvatoΔ𝐺<0




ER

GÍA

LIB

RE





ER

GÍA

LIB

RE


ΔE → Energía interna

Capacidad para hacer trabajo. ΔG → Energía libre

Trabajo ÚTIL que puede realizar un sistema.



Δ𝐺=Δ𝐻−𝑇 Δ𝑆ΔG Variación de Energía Libre

ΔHNúmero de estados posibles para un

sistema

T Temperatura absoluta

ΔS Variación de Entropía

Segunda Fórmula



ER

GÍA

LIB

RE


↓Entalpía ↓Entalpía ↑Entalpía

↑Entropía ↓Entropía ↑Entropía

Fermentación de la glucosa a etanol

Combustión del etanol

Descomposición del Pentaóxido de

Nitrógeno

Leyes de la TermodinámicaTres Conceptos Más Importantes Segunda Fórmula


Esquema






aA + bB

cC + dD

K 𝑒𝑞=[ 𝐴 ]𝑎×[𝐵]𝑏

[𝐶 ]𝑐×[𝐷]𝑑

Esta tendencia puede ser aprovechada para generar trabajo químico útil → Durante una reacción química se genera un ΔG aprovechable, hasta que se alcanza el equilibrio.



aA + bB

cC + dD



Se establece siempre por comparación con otro compuesto de referencia.

El valor del ΔG dependerá de cuan lejanas estén [S] y [P] (iniciales) del equilibrio de la reacción.

La cantidad de Energía Libre de Gibbs que posee un compuesto depende de manera inversamente proporcional de su estabilidad química → Mientras más inestable sea un compuesto, más trabajo útil podrá generar buscando alcanzar su estabilidad.



aA + bB

cC + dD



aA + bB

cC + dD



Δ𝐺 °=−𝑅𝑇 ln 𝐾𝑒𝑞Tercera Fórmula


Esquema






aA + bB

cC + dD

Δ𝐺Δ𝐺 ′ °Δ𝐺 °

𝛥𝐺=𝛥𝐺 ′ °+𝑅𝑇 ln[ 𝐴𝐷𝑃 ] [𝑃𝑖]

[𝐴𝑇𝑃 ]

Δ𝐺′ °=Δ𝐺 °+𝑅𝑇 ln ¿¿¿Δ𝐺 °=−𝑅𝑇 𝑙𝑛 𝐾𝑒𝑞

𝛥𝐺=𝛥𝐺 ′ °+𝑅𝑇 ln 𝐾𝑒𝑞



Primera Fórmula

Δ 𝐸=𝑞−𝑤Δ𝐺=𝛥𝐻−𝑇 𝛥𝑆

Δ𝐺 °=−𝑅𝑇 ln 𝐾𝑒𝑞

Cuarta Fórmula

Segunda Fórmula

𝛥𝐺=𝛥𝐺 ′ °+𝑅𝑇 ln 𝐾𝑒𝑞Tercera Fórmula

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