Seminario Grupo #2. Termodinámica. Reacciones Exergónicas y Endergónicas. Acoplamiento de...

Mamo AntonietaMariani FabiolaTabbouli GeorginaZambrano Joselin

¿QUÉ ES LA TERMODINÁMICA?

Es la rama de la física que describe los estados deequilibrio a nivel macroscópico.

Permite estudiar los procesos de intercambio demasa y energía térmica entre sistemas térmicosdiferentes.

Se puede definir en 3 leyes.

PRINCIPIO O LEY CERO

“Si dos sistemas están por separados en equilibrio conun tercero, entonces también tienen que estar enequilibrio entre ellos”

Tiene una gran importancia experimental puespermite construir instrumentos que midan latemperatura de un sistema.

PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA

Conocida como principio de conservación de la energíapara la termodinámica.

Establece que si se realiza trabajo sobre un sistema obien éste intercambia calor con otro, la energíainterna del sistema cambiará.

"La energía no se crea ni se destruye, sólo se

transforma”

La ecuación general de la conservación de la energíaes la siguiente:

Donde U es la energía interna del sistema, Q es lacantidad de calor aportado al sistema y W es eltrabajo realizado por dicho sistema.

SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA

Esta ley apoya todo sucontenido aceptando laexistencia de una magnitudfísica llamada entropía, de talmanera que, para un sistemaaislado que no intercambiamateria ni energía con suentorno, la variación de laentropía siempre debe sermayor que cero.

TERCERA LEY DE LA TERMODINÁMICA“La entropía de los cristales perfectos de todos loselementos y compuestos es cero en el cero absoluto detemperatura"

Al hablar de cristalesestamos relacionando latercera ley con los cambiosorden-desorden. De estaforma cualquier sustanciaa una temperatura mayorque 0ºK tendrá un valorpositivo de entropía.

Postulada por Walther Nernst.

LA TERMODINÁMICA EN SISTEMAS VIVIENTES

El cuerpo humano estácontinuamente intercambiandomaterial y energía con susalrededores, consumiendoenergía para desarrollar lostrabajos internos y externos, ypara fabricar moléculas estables,para lo cual necesita alimentarseingiriendo moléculas de granenergía libre.

Tiene la peculiaridad de que su entropía es mínima, poreso es un sistema termodinámico inestable lo queprovoca su evolución permanente, o sea la vida misma.

Los seres vivos sonorganismos abiertos queintercambian energía ymateria con el entorno. Losprocesos son irreversibles yno reproducibles.

ENERGÍA LIBRE

¿QUÉ ES?

La energía libre es la cantidadde trabajo que un sistematermodinámico puede realizar.Es aquella porción decualquier energía de la primeraley que está disponible pararealizar trabajo termodinámico,es decir, el trabajo por mediode energía térmica.

Está sujeta a una pérdida irreversible, en el curso deeste trabajo.

Dado que la energía de la primera ley siempre seconserva, resulta entonces evidente que la energía librees un tipo de energía de la segunda ley, expandibleque puede realizar trabajo dentro de lapsos de tiempofinitos.

REACCIONES EXERGÓNICAS Y ENDERGÓNICAS

1.- Reacciones Exergónicas:

Son reacciones químicas en donde el incremento deenergía libre es negativo. Se manifiestan durante losprocesos catabólicos de manera que ¨liberan energía¨.

Por ejemplo: La respiración celular, donde al oxidar laglucosa genera energía para realizar las funcionesvitales.

2.- Reacciones Endergónicas:

Son reacciones químicas en donde el incremento deenergía libre es positivo. Se manifiestan durante losprocesos anabólicos de manera que requieren q se le¨añada energía¨ a los reactivos.

En una reacciónexergónica losreactivos contienenun mayor nivel deenergía que losproductos.

Mientras que en unareacción endergónicalos productoscontienen un mayornivel de energía quelos reactivos.

Usando el ejemplo del helado derretido¿qué tipo de reacción parece ser?

ACOPLAMIENTO DE REACCIONES BIOQUÍMICAS

¿QÚE SON?

Las reacciones acopladas son aquellas donde laenergía libre de una reacción (exergónica) esutilizada para conducir y/o dirigir una segundareacción (endergónica). Por lo tanto las reaccionesacopladas representan reacciones liberadoras deenergía acopladas a reacciones que requierenenergía.

Un proceso de acoplamiento energético se puedeobservar en la siguiente figura:

RELACIONES DE LOS CAMBIOS DE ENERGÍALIBRE CON EL POTENCIAL REDOX ESTÁNDAR YLA CONSTANTE DE EQUILIBRIO

Las reacciones bioquímicas en los organismos vivos sonde transferencia de energía; frecuentemente ocurrenacopladas unas con otras para que puedan serfavorables termodinámicamente.

En los procesos redox quetiene lugar la transferenciade electrones y protones soncruciales en el metabolismocelular.

POTENCIAL ESTÁNDAR DE REDUCCIÓN (EO)

Van desde el par redox más negativo, hasta el máspositivo. Mientas más negativo sea el potencial mayorserá el comportamiento reductor al perder electrones deeste par redox, y mientras más positivo sea mayor será elcomportamiento a oxidarse por la aceptación deelectrones.

El trabajo eléctrico es necesario para transferir n molesde electrones a través de la diferencia de potencialeléctrico. La ecuación utilizada en la variación deenergía es:

w + nF . Δeo

La energía libre representa la cantidad máxima deltrabajo útil que se obtiene de la reacción, que nos dará:

ΔG = -nF . ΔEo

POTENCIAL REDOX Y ENERGÍA LIBRE

TABLA DE POTENCIAL REDOX ESTÁNDAR

La ley del equilibrio químico impone que una condición de lasustancia que se encuentra en el sistema, reacciona en unsentido o en el inverso hasta que las concentraciones seanadecuadas para que se cumpla la condición de equilibrio.

La constante de equilibrio estará relacionada con la energíalibre, la termodinámica demuestra que:

DG = -R . T . KpR = Constante Kp = Constante de equilibrioDG = Energía LibreT = Temperatura

RELACIÓN ENTRE LA VARIACIÓN DE ENERGÍA LIBRE Y LA CONSTANTE DE EQUILIBRIO