4.1: Introducción

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Tres Leyes de la Termodinámica describen el flujo y la transferencia de energía en el universo.

1. La energía no puede crearse ni destruirse.

2. La entropía universal (trastorno) siempre va en aumento.

3. La entropía disminuye con la temperatura, ya que las temperaturas se acercan a cero absoluto, así va la entropía

En los sistemas vivos, no tenemos que preocuparnos por la tercera ley porque las ecuaciones para el intercambio de energía en los sistemas vivos ya reflejan la dependencia de la temperatura de los cambios de entropía durante las reacciones. Aquí vemos cómo llegamos a comprender los principios termodinámicos básicos y cómo se aplican a los sistemas vivos. Primero, veremos diferentes tipos de energía y cómo las reacciones redox gobiernan el flujo de energía a través de los seres vivos. A continuación, trataremos de entender algunos enunciados aritméticos simples de las Leyes de la Termodinámica para sistemas cerrados y luego en cómo se aplican a las reacciones químicas realizadas en condiciones estándar. Por último, como realmente no existe tal cosa como un sistema cerrado, observamos la energética de las reacciones que ocurren en sistemas abiertos. Para una excelente discusión sobre cómo se aplican los principios termodinámicos básicos a los seres vivos, véase Lehninger A. (1971) Bioenergetics: The Molecular Basis of Biological Energy Transformation. Benjamín Cummings, San Francisco.

Objetivos de aprendizaje

Cuando hayas dominado la información de este capítulo, deberías poder:

1. explicar la diferencia entre la transferencia de energía y la transducción de energía.

2. comparar y contrastar el potencial frente a la cinética, así como otras categorías de energía (e.g.

masa, calor, luz..., etc.).

3. explicar los cambios recíprocos en la energía libre universal y la entropía.

4. derivar la relación algebraica entre energía libre, entalpía y entropía.

5. indicar la diferencia entre exotérmica, endotérmica, exergónica y endergónica

reacciones

6. predecir cambios en la energía libre con base en cambios en las concentraciones de reactivos y productos en sistemas cerrados y sistemas abiertos.

7. explicar cómo la misma reacción puede ser endergónica pero liberará (en condiciones apropiadas) energía libre.

8. predecir si una reacción bioquímica liberará energía libre si es exotérmica, y de ser así, bajo qué condiciones (deberías poder hacer esto después de trabajar algunos problemas de muestra de energía de sistema cerrado).

9. distinguir entre el equilibrio y el estado estacionario de las reacciones y explicar cómo una reacción endergónica también podría ser espontánea (es decir, podría liberar energía libre).