ch 3 ch 2 ch 3 cho choh hoch choh ch 2 oh co 2 h2oh2o h2oh2o n-octanod-glucosa
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CH3
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH3
CHO
CHOH
HOCH
CHOH
CHOH
CH2OH
CO2H2O
CO2H2O
n-octano D-glucosa
Definiciones básicas de la Termodinámica
Primera Ley de la Termodinámica: Entalpía (H)
Segunda Ley de la Termodinámica: Entropía (S)
Espontaneidad de las reacciones químicas: Energía libre (G)
Energía, calor y trabajo
Reacciones acopladas
real o hipotética, donde se realizan transferencias de Energía y/o Masa.Cantidad de materia definida limitada por una superficie cerrada,
temperatura
presión
volumen
número de moles
Si las variables de Estado
no cambian en el tiempo,
el Sistema está en equilibrio.
INTENSIVAS
EXTENSIVAS
energía
entalpía
energía libre
entropía
calor
trabajo
(TS ≠ TE )
V)
E = cambio en la E E = Efinal - Einicial
interna del sistema
E
H
G
S
La termodinámica es la ciencia que estudia las
energía capacidad para realizar un trabajo
calorenergía transferida entre dos cuerpos o sistemas
trabajo
transferencias de energía (calor y trabajo) queacompañan a un cambio de estado en un sistema.
procesos espontáneos
w = F x d
w = P x V
Sistema MKS
F = m x a a = v/t v = d/tm/segm/seg2Kg x m/seg2Kg x m2/seg2
(Newton)(joule)
Sistema CGS cm/segcm/seg2g x cm/seg2g x cm2/seg2
(dina)(ergio)
P = F/A
Sistema MKS
Sistema CGS
(Newton/m2)Kg x m/seg2/m2
g x cm/seg2/cm2
(dina)/cm2
Kg x m2/seg2
(joule)
g x cm2/seg2
(ergio)
Atm x L
(Pascal)
(Bar)
1 atm = 1,013 x 10 5 N / m2
w = F/A x V
1 g de H2O 1ºC
Caloría (cal) 1 cal = 4,18 joule1 joule = 1 x 107 erg
1 joule = 0,24 cal
1 erg = 1 x 10-7 joule
PV = nRT
R = PV/nT
R = 0,082 atm x L /mol x ºK
R = 1,98 cal /mol x ºK
R = 8,31 J /mol x ºK
R = 1 atm x 22,4 L/1mol x 273 ºK
Atm x L Joule Caloría
14,5
ºC15
,5ºC
1Kg
1m
9,81J
1kJ
1J17,4kJ
10g azúcar
10g grasa
1g
540kJ
ALGUNOS VALORES ENERGÉTICOS
Si los reaccionantes pasan a productos,
El estudio del intercambio de energía
(termodinámica) permite predecir:
En qué medida ocurre el cambio, o sea,
y la cantidad de reaccionantes
una vez terminada la reacción, o sea,
entre un sistema y su medio ambiente
Si una reacción química ocurre o no.
o sea, si la reacción es espontánea o no.
las cantidades de productos que se obtienen
que quedan sin reaccionar,
cuando se alcanza el estado de equilibrio.
A B
A B
A B
“Una teoría es más impresionante mientras mayor es la simplicidad
de aplicabilidad de sus conceptos básicos, nunca será derrocada.”
de sus premisas, más variados los tipos de cosas que relaciona y másextensa el área de su aplicabilidad.
clásica me ha impresionado profundamente.
de contenido universal la cual, estoy convencido, dentro de las áreas
Einstein (1949)
Por ello, la termodinámicaEs la única teoría física
Eint = Q W
PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA
ΣEint = 0
“La energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma.”
“La energía total del universopermanece constante.”
Eint = Ef Ei
Eint = Q W
PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA
PVGASES
a V constante V = 0
Eint = QV
a P constante
Eint = QP PV QP = H
H = entalpía
Eint = H PV
H = Eint PV
LÍQUIDOS
a P constante V = 0
H = Eint H = QP
H = Eint nR
Variación de entalpía estándar de formación = Hºf
Variación de entalpía estándar de reacción = Hºr
P = 1 atm , T = 25 °C, concentración = 1 M
H°r = ΣΣH°°ff(P) - - ΣΣH°°ff(R)
Hºf Elementos = 0
Hºr < 0
Hºr > 0
REACCIÓN EXOTÉRMICA
REACCIÓN ENDOTÉRMICA
Hºf Compuestos ≠ 0
PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA
...este es el calor de combustióncombustión
Propano + O2 CO2 + H2O
C3H8 (g) + 5O2 (g) 3CO2 (g) + 4H2O (l)
Hºf Elementos = 0
Hºf O2 = 0 Hºf CO2
= – 94,05 Kcal
Hºf C3H8 = 24,83 Kcal
Hºf H2O = – 68,32 Kcal
H°r = ΣΣH°°ff(P) - - ΣΣH°°ff(R)
3H°f CO2
+ 4H°f H2O – (H°fC3H8 + 5H°f O2
)H°r =
3(– 94,05 Kcal) + 4(– 68,32 Kcal) – (24,83 Kcal + 5 x 0 Kcal)H°r =
– 580,26 KcalH°r =
PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA
Ley de Hess
C(grafito) + O2(g) = CO2 (g) Hºr = - 94,0 kcal
El cambio de energía calórica que acompaña a una reacción
química a volumen y presión constante (ΔH) es independiente
del número y de la naturaleza de los estados intermedios.
C(grafito) + ½ O2(g) = CO(g) Hºr = - 26,4 kcal
CO(g) + ½ O2(g) = CO2 (g) Hºr = - 67,6 kcal
PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA
Energía o Entalpía de Enlace
Hr = Σ energía de enlace (ruptura) + Σ energía de enlace (formación)Valor positivo Valor negativo
H _ C ≡ C _ H (g) + 2 H _ H (g) H _ C _ C _ H (g)
H H
H H
1 C ≡ C 194 Kcal
2 C _ H (98,8 x 2) Kcal
2 H _ H (104 x 2) Kcal
1 C _ C - 83,1 Kcal
6 C _ H (- 98,8 x 6) Kcal
Hr = 194 + 197,6 + 208 + (-83,1 – 592,8)
Hr = 599,6 – 675,9
Hr = – 76,3 Kcal
PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA
“En todos los procesos naturales la entropía del
G = H - TS
SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA
universo aumenta.”
G = 0 = TSEquilibrio
qrev = TS
S = qrev /T
S > qirrev /T
cantidad de energía calórica por grado Kelvin, que el sistema intercambia cuando el procesotermodinámico se desarrolla en
forma reversible.
=
En
ergí
a li
bre
En
trop
ía
tiempo
no equilibrio equilibrio
no equilibrio equilibrio
G < 0
S > 0
G = 0
S = 0
tiempo
SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA
espontaneidad equilibrio
A B A
E E
B
ΔΔGGΔΔHH
ΔΔSSTTΔΔSS
G = H - T S
G < 0
H
S
G = H - TS
H < 0S > 0
temperaturas
H > 0S < 0
temperatura
altas
H > 0S > 0
H < 0S < 0
bajas
SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICAEnergía libre de Gibbs y condiciones de espontaneidad
Espontánea atodas las
Espontánea atemperaturas
Espontánea atemperaturas
No espontáneaa cualquier
SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA
C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O
G = - 686.000 cal/mol
H = - 673.000 cal/mol
G = H - TS
TS = H - G
S = H - GT
S = -673.000 – (-686.000)298
S = + 44 cal/ºK
S = 13.000 298
S = + 44 cal/ºK
GG GºGº Gº’Gº’
ENERGÍA LIBRE DE GIBBS
aA + bB cC + dD
Q = [C]c [D]d [A]a [B]b
GG = GºGº + RT ln Q
GºGº = _ RT ln Keq
Gº’Gº’ = _ RT ln K’eq
[R y P]i = 1M, P = 1 atm, T = 298ºK, pH = 0
[R y P]i = 1M, P = 1 atm, T = 298ºK, pH = 7
K’eq = 1 Gº’ = 0
K’eq > 1 Gº’ < 0 NEGATIVO
K’eq < 1 Gº’ > 0 POSITIVO
GG = 0 Q = Keq
El valor de la constante de equilibrio Keq para la reacciónglucolítica de fosforilación de la fructosa-6-P, catalizadapor la enzima fosfofructoquinasa-1, es 254. Calcule el valor
R = 8,315 J/mol ºK
Gº’ = - RT ln Keq
= - 2,3 RT log Keq
Gº’ = - 13,68 kJ/mol
de Gº’ para esta reacción a la temperatura de 25ºC.
= - 2,3 RT log Keq
= - 2,3 x 8,315 J/mol ºK x 298 ºK x log 254= - 2,3 x 8,315 J/mol ºK x 298 ºK x 2,4
= - 2,3 x 8,315 J/mol x 298 x 2,4
Fructosa-6-P + ATP Fructosa-1,6-bis-P + ADPFFQ-1
El valor de Gº’ para la reacción de hidrólisis del ATP es- 30,5 kJ/mol. Calcule el valor de la Keq a 25ºC.R = 8,315 J/mol ºK. Si disminuye el pH, en qué sentido
Gº’ = - RT ln Keq
log Keq =
se desplazará la reacción.
ATP-4 + H2O ADP-3 + HPO4-2
+ H+
Gº’ = - 2,3 RT log Keq
Gº’- 2,3 RT
log Keq =-30.500 J/mol
- 2,3 x 8,315 J/mol ºK x 298 ºK
log Keq =- 30.500- 5.699,1 = 5,35
Keq = 223.872 = 2,24 x 105
/antilog
REACCIONES ACOPLADAS
Glucosa + Pi Glucosa-6-P + H2O Gº’= 3,3 kcal/mol
ATP + H2O ADP + Pi Gº’= _ 7,3 kcal/mol
Glucosa + ATP Glucosa-6-P + ADP Gº’ = _ 4,0 kcal/mol
A → BB → C
G1’º
G2’º
A → C G1’º G2’º
FOSFORILACIÓN DE ADP POR FOSFOCREATINA
P-creatina + H2O creatina + Pi Gº’ = -43,1 kJ/mol
ADP + Pi ATP + H2O Gº’ = +30,4 kJ/mol
P-creatina + ADP creatina + ATP Gº’ = -12,7 kJ/mol
COOHCH2
CH3
NH2
HO
HOO
PN
CN COOH
CH2
CH3
NH2
HO
HOO
PN
CN
ESO ES TODO AMIGOS !!!