Primera Ley de la Termodinámica
La energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma
El sistema se encuentra en un ambiente controlado a volumen constante; si dentro del sistema ocurre una reacción exotérmica (aquella reacción de desprendimiento de calor), observaremos que la variación de energía del sistema ha sido el desprendimiento neto del calor que fluye del sistema hacia los alrededores: ΔU = – q. Lo que quiere decir, que la variación de energía interna del sistema es exactamente igual al calor que fluye del sistema a los alrededores.
Para el calor:
- – q significa que el calor fluye del sistema al universo.
- + q significa que el calor pasa del entorno hacia el sistema.
Para el trabajo:
- – w indica que el universo realiza trabajo sobre el sistema.
- + w expresa que el sistema hace trabajo sobre los alrededores.
Segunda Ley de la Termodinámica
La entropía del universo siempre aumenta
El flujo del calor es espontáneo y unidireccional. Esto quiere decir que el calor siempre fluirá desde la temperatura más alta hasta la temperatura más baja.
La entropía es precisamente el grado de aleatorización de un sistema. La segunda ley denota que los sistemas tienden a aumentar su entropía.
Estado de equilibrio como un estado de máxima entropía.
Energía Libre de Gibbs
Permite explicar la variación de energía y de entropía entre el sistema y los alrededores.
Para maximizar la entropía del sistema es necesario que la energía libre sea lo más pequeña posible.
ΔH = Cambio de entalpía (calor intercambiado)
ΔS = Cambio de entropía del sistema
Reacción exotérmica = ΔG negativa (espontánea)
Reacción endotérmica = ΔG negativa (espontánea)
Tercera Ley de la Termodinámica
“Cuando la temperatura de un sistema se aproxima al cero absoluto, todos los procesos cesan y la Entropía llega a un valor mínimo”.
Constante de Equilibrio
Keq=concentraciones de productos / concentraciones de reactivos
- Keq ≥ 1 ΔG es negativa
- Keq ≤ 1 ΔG es positiva
- Keq = 1 ΔG es cero
- Más Producto que reactivo: la reacción funciona.
- Menos producto que reactivo: la reacción no funciona.
Acoplamiento de Reacciones
Una reacción anabólica (endotérmica) se puede llevar a cabo, sí acoplada a ella se efectúa otra reacción catabólica (exotérmica), que libere suficiente energía. Dos reacciones se pueden acoplar si existe un intermediario común (el producto de una es reactivo de la otra). En el metabolismo, las enzimas son los agentes que acoplan las reacciones. Muchas reacciones celulares se acoplan con la hidrólisis de ATP.
Los Compuestos de Fosfato de Alta y Baja Energía
Fue hasta 1941 que los conceptos de compuestos de fosfato “ricos” y “pobres” en energía fue formalmente presentado por Lipmann.
La Energía de Solvatación
Se define como la energía necesaria para remover completamente al agua de solvatación de un compuesto. Mientras más solvatada sea la molécula es más estable o menos reactiva que aquella que está menos solvatada.
Cuando los compuestos no tienen moléculas de Hidrógeno necesitan más energía de solvatación (necesitan más agua).
Si hay agua, están más cómodos separados, si no hay agua prefieren estar juntos.
Si el PPi se rompe en presencia de agua se libera más energía en forma de calor que en trabajo, si no hay agua y se rompe se libera más energía en forma de trabajo que en calor por su isoforma.
Termodinámica
Es una rama de la física que establece relaciones de interconversión de las diferentes formas de energía y materia.
Energía
Se define como la capacidad de producir trabajo, modificando o desplazando objetos. La energía puede ser Potencial (determinada por la posición en el espacio) o Cinética (determinada por el movimiento).
Bioenergética
Intenta describir esas mismas relaciones de procesamiento de la energía pero en relación a los organismos vivos.
Sistema
Es toda parte del universo que sirve como objeto de estudio. Todo sistema tiene unas fronteras que lo separan del resto del universo. Dentro y fuera de este límite, el sistema y el universo están formados por sustancias, que son en el orden de la creación del universo tanto materia como energías visibles.
Clasificación de Sistemas
- Abiertos: Intercambian libremente materia y energía. Ej.- Los organismos vivos.
- Cerrados: Sólo intercambian energía. En este caso una botella de vino.
- Aislados: Aquellos que no intercambian ni materia ni energía. En realidad, son sistemas ideales, ya que ningún sistema es totalmente aislado.
- Adiabáticos: Se caracterizan por interferir en el intercambio de una clase especial de energía que es el calor. Un ejemplo común son los termos para las bebidas calientes.
- Diatérmicos: Son aquellos sistemas que favorecen la conductancia del calor.
Estado Metaestable
Estado que se presenta cuando el sistema está detenido por una barrera de energía que le impide alcanzar el equilibrio.
Propiedades de Estado
Son aquellas características que permiten definir un sistema:
- Presión
- Volumen
- Temperatura
- Cantidad de la sustancia
Los Potenciales Termodinámicos
- Energía interna [U]
- Entalpía [H]
- Energía libre de Gibbs [G]
Propiedades de Trayectoria
- Calor [q]
- Trabajo [w]
Energía Interna
Toda aquella energía cinética y potencial concentrada en el movimiento de los átomos y en la estructura de los enlaces de la materia que forma la sustancia del sistema.