TermodinámicaIntroducción

LA TERMODINAMICA ES LA CIENCIA QUEESTUDIA LA ENERGIA Y SUS

TRANSFORMACIONES

LA BIOENERGETICA O TERMODINÁMICABIOQUÍMICA ES EL ESTUDIO DE LOS CAMBIOS

DEENERGÍA QUE OCURREN EN LAS REACCIONES

BIOQUÍMICAS

Definiciones

LA ENERGÍA DEL UNIVERSO ES

CONSTANTE

LA ENTROPÍA DEL UNIVERSO ESTÁ

AUMENTANDO

Definiciones

SISTEMA: Es la porción de universo que tomamos como objeto de estudio. Existen tres tipos de sistemas:

-SISTEMAS AISLADOS -SISTEMAS CERRADOS

-SISTEMAS ABIERTOS

ESTADO DE UN SISTEMA: es el conjunto depropiedades que permiten definirlo (ej.: P, V, T)

SISTEMA + ENTORNO= UNIVERSO

Definiciones

La suma de todas las formas de energía de unsistema se denomina energía total, la cual esla suma de las energías cinética, potencial einterna.

La energía interna representa la energíamolecular de un sistema (energía de lasmoléculas, sus interacciones, energía deprotones, etc.).

Energía Total de un Sistema

Energía Interna de un Sistema

• Un sistema se define como termodinámicamente en equilibrio si mantiene un equilibrio térmico, mecánico, de fase y químico.

Concepto de EquilibrioTermodinámico

Conservación de la energía”La energía no se crea ni se destruye. Seconserva constante y puede interconvertirse.

E=q – w

Q-es el calor hacia el sistemaw- es el trabajo hecho por el sistemaE- es la energía interna y∆E- la variación entre el estado final y el inicial. Es una función de estado

Primera ley de la termodinámica

.

∆H representa la medida del cambio de energía que ocurre en un proceso a presión constante:

H= E + PV or ∆H= ∆E + P∆V

cambio en energía El cambio de entalpía depende únicamente del estado inicial y final de la reacción, por lo que constituye una función de estado. A volumen constante:

∆H= ∆ESi el sistema es una reacción química la entalpía es el calor de reacción a presión constante

ENTALPIA

Segunda ley de la termodinámica

‘Los procesos espontáneos tienden a aumentar la entropía hasta un

valor máximo’

La segunda ley provee criterios para determinar si un proceso se producirá o no pero no nos dice nada acerca de la velocidad del proceso La termodinámica permite predecir si un proceso ocurrirá espontáneamente

La cinética química permite predecir a qué velocidad se produce dicho proceso

Entropía (S)

-La entropía es una medida del grado de desorden de un sistema.

-Los sistemas moleculares tienen una tendencia hacia el máximo desorden.

-La segunda ley se puede resumir como:

∆Ssistema + ∆Sentorno= ∆Suniverso>0 en todo proceso real

S=kln W

S= Entropía

K= Constante de Boltzmann

W= es el número de formas diferentes que se pueden encontrar los componentes del sistema

Baja entropía

•Hielo a 0ºC

•Un diamante a 0ºK

•Una molécula de proteína en su conformación nativa

Alta entropía

•Agua a 0ºC

•Un diamante a 106 ºK

•La misma molécula de proteína en un entorno desnaturalizante, desplegada

Entropía (S)

La tendencia al equilibrio es una consecuencia de la tendencia al aumento de la entropía. La entropía del universo NUNCA disminuye (i.e.,la transición de (c) a (b) no ocurre nunca espontáneamente)

La energía libre de Gibbs (G): Un indicador de espontaneidad-La variación de energía libre de Gibbs (G) es

la función de estado que mejor describe la segunda ley en sistemas abiertos, ej: biológicos..

∆G= ∆H – T. ∆S

∆G es la diferencia de energía libre

∆H- es la diferencia de entalpía

∆S- es la diferencia de entropía

T- es la temperatura absoluta ( en K)

(a T y P constante)

•Conceptualmente podemos definir ∆G como la fracción de variación total de energía que es capaz de efectuar trabajo a medida que el sistema tiende al equilibrio, a P y T constante.

∆G= - w ( trabajo máximo)

•Cuanto más alejado esté el sistema del equilibrio, más trabajo podrá realizar

1. Los sistemas vivientes se encuentran alejados del equilibrio para poder realizar trabajo

La energía libre de Gibbs (G): Un indicador de espontaneidad

La energía libre de Gibbs (G): Un indicador de espontaneidad

•Una nueva forma de enunciar la segunda ley (la más importante para nuestros fines) sería:

“Dado un sistema abierto, el criterio para que un proceso sea espontáneo a P y T constantes, es que ∆G sea negativo".

∆G < 0 Proceso exergónico (espontánea)

∆G > 0 Proceso endergónico (no espontánea)

En el equilibrio, ∆G= 0

Energía Libre de Activación

Reacciones acopladas

Una cantidad termodinámica (ej: .∆G, ∆H o ∆S) nos indica que una reacción es permitida, A B está “permitida”;

B A no es espontánea, a menos que se le acople otra reacción favorecida (ej: ATP ADP)

Sin embargo, para que la reacción se produzca, la energía neta debe descender (i.e., ∆G total debe ser negativa)