Este documento presenta una introducción a los conceptos básicos de termodinámica, incluyendo energía, trabajo, calor y las leyes de la termodinámica. Explica conceptos clave como entalpía, entropía y energía libre de Gibbs, y cómo estos se relacionan con los procesos bioquímicos y el equilibrio químico. Finalmente, resume las fórmulas utilizadas para calcular variaciones en la energía, entalpía y energía libre durante reacciones químicas.

1. Unidad II
ALL YOU NEED TO KNOW
BY
BR. CARLOS PEDROZA

2. Universidad Central de Venezuela
Facultad de Medicina
Escuela “José María Vargas”
Cátedra de Bioquímica
TERMODINÁMICA
Br. Carlos Pedroza

3. Termodinámica
ALL YOU NEED TO KNOW
BY
BR. CARLOS PEDROZA

4. Conceptos Básicos
En términos físicos,
ENERGÍA Capacidad de un sistema para realizar
trabajo
TRABAJO
W=F.d
Es la energía, presente en todo tipo de
CALOR
materia, que se produce por el movimiento
de los átomos y las moléculas.
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5. ¿Por qué es importante este tema?
Concepto de Termodinámica
• Es un área de la física que estudia los procesos de
intercambio, transformación y circulación de la energía en
los procesos naturales y de origen humano.
Bioenergética
• Especialidad de la termodinámica que estudia de forma
cuantitativa las transducciones de la energía en los
organismos vivos y los mecanismos mediante los cuales los
estos adquieren, almacenan, utilizan y liberan la energía.
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6. ¿Por qué es importante este tema?
Metabolismo
• Conjunto de todos los procesos químicos y físicos
participantes en:
▪La producción y consumo de energía a partir de
fuentes exógenas y endógenas.
▪La síntesis y degradación de componentes tisulares
estructurales y funcionales.
▪La eliminación de los productos de desecho.
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7. ¿Por qué es importante este tema?
Polímeros
Proteínas, Ácidos Nucleicos,
Procesos Catabólicos
Polisacáridos, Lípidos
Monómeros
Aminoácidos, Nucleótidos,
Procesos Anabólicos
Monosacáridos, Ácidos Grasos
Catabolismo Anabolismo
Intermediarios
Piruvato, Acetil-CoA,
Glucosa-6-P
Moléculas sencillas
CO2, NH3, H2O
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8. Más conceptos básicos
Parte del universo que
SISTEMA
se aisla para su estudio
Parte del Universo que
ENTORNO
no es puesta en estudio
UNIVERSO
Sistema + Entorno
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9. Más conceptos básicos
Aquel estado en que las
propiedades macroscópicas
ESTADOS DE
EQUILIBRIO
del sistema están bien
definidas y no cambian con el
tiempo
FUNCIÓN DE
ESTADOTERMODINÁMICA
VARIABLES
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza

10. Más conceptos básicos
Aquel estado en que las Glucosa Glicólisis
propiedades macroscópicas
ESTADOS DE
EQUILIBRIO
del sistema están bien
Descarboxilación
definidas y no cambian con el Ciclo de Krebs oxidativa del
tiempo Piruvato
Propiedad de un sistema que
tiene un valor definido para
FUNCIÓN DE
ESTADO
Fosforilación
cada estado, con Oxidativa
Energía
independencia de cómo se
alcanza este estado.
TERMODINÁMICA
VARIABLES
Energía + CO2
Glucosa + O2
+ H2O
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11. Más conceptos básicos
Aquel estado en que las Glucosa Glicólisis
propiedades macroscópicas
ESTADOS DE
EQUILIBRIO
del sistema están bien
Descarboxilación
definidas y no cambian con el Ciclo de Krebs oxidativa del
tiempo Piruvato
Propiedad de un sistema que
tiene un valor definido para
FUNCIÓN DE
ESTADO
Fosforilación
cada estado, con Oxidativa
Energía
independencia de cómo se
alcanza este estado.
TERMODINÁMICA
VARIABLES
Energía + CO2
Glucosa + O2
+ H2O
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12. Más conceptos básicos
Aquel estado en que las
propiedades macroscópicas
ESTADOS DE
EQUILIBRIO
del sistema están bien
▪ Presión → P → atm
definidas y no cambian con el ▪ Volumen → V → L.
tiempo ▪ Temperatura → T → ºK.
Propiedad de un sistema que
tiene un valor definido para
▪ Número de moles.
FUNCIÓN DE
ESTADO
cada estado, con ▪ Carga → q → Joule.
independencia de cómo se ▪ Trabajo → w → Joule.
alcanza este estado. ▪ Energía Interna → E
Variables mesurables
▪ Entalpía (H) y Entropía (S).
TERMODINÁMICA
usadas para el cálculo
VARIABLES
▪ Energía libre → G.
de las funciones de
estado
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13. Esquema
Leyes de la Termodinámica
Energía Libre de Gibbs y Equilibrio
Cálculo de la Variación de la Energía Libre
Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza

14. Esquema
Leyes de la Termodinámica
Energía Libre de Gibbs y Equilibrio
Cálculo de la Variación de la Energía Libre
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15. Leyes de la Termodinámica
Ley Cero de la Termodinámica
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16. Leyes de la Termodinámica
Ley Cero de la Termodinámica
A B C
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17. Leyes de la Termodinámica
Primera Ley de la Termodinámica
“En cualquier cambio físico o químico, la cantidad total de energía en el universo
permanece constante”
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18. Leyes de la Termodinámica
Primera Ley de la Termodinámica
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19. Leyes de la Termodinámica
Primera Ley de la Termodinámica
“Los cambios de energía de un sistema vienen dados por la cantidad
de calor, transferida o absorbida, y el trabajo realizado por o sobre
el sistema”.
Primera Fórmula
ΔE Variación de la energía interna del proceso
q Calor absorbido o liberado por el sistema
Trabajo realizado por el sistema sobre el entorno o del
entorno sobre él
w
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20. Leyes de la Termodinámica
Primera Ley de la Termodinámica
“Los cambios de energía de un sistema vienen dados por la cantidad
de calor, transferida o absorbida, y el trabajo realizado por o sobre
el sistema”.
Primera Fórmula
Volumen constante Presión constante
“La cantidad de calor liberada a los
alrededores es ligeramente superior a presión
constante porque el sistema realiza trabajo”.
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21. Leyes de la Termodinámica
Tres Conceptos Más Importantes
Contenido calórico del sistema de reacción.
ENTALPÍA
Refleja el número y la clase de enlaces
químicos en los reactivos y los productos
La cantidad de calor liberada a presión constante
ENTROPÍA
Entalpía como función de estado
ENERGÍA LIBRE
ΔH > 0 ΔHF > ΔHI Reacción endotérmica
ΔH < 0 ΔHF < ΔHI Reacción exotérmica
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22. Leyes de la Termodinámica
Segunda Ley de la Termodinámica
“Todos los procesos naturales del universo tienden siempre hacia un aumento de
la entropía”
La tendencia es minimizar la
energía
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23. Leyes de la Termodinámica
Tres Conceptos Más Importantes
Contenido calórico del sistema de reacción.
ENTALPÍA
Refleja el número y la clase de enlaces
químicos en los reactivos y los productos
Expresión cuantitativa de la aleatoriedad o
ENTROPÍA
del desorden de un sistema
Cantidad de energía capaz de realizar
ENERGÍA LIBRE
trabajo durante una reacción a temperatura
y presión constante
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24. Leyes de la Termodinámica
Tres Conceptos Más Importantes
ENTALPÍA Expresión cuantitativa de la aleatoriedad o
del desorden de un sistema
Baja Entropía Alta Entropía
Hielo a 0 º C. Agua a 25 ºC
k Constante de Boltzman → 1,38 x 10-23 J/K
Un diamante a 0ºK Vapor de carbono a 1.000.000 ºK
Número de estados posibles para un sistema
Una proteína en su estado nativo La misma proteína desnaturalizada
“Don Quijote de La Mancha” Una serie aleatoria de letras
Tu escritorio Mi escritorio
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25. Leyes de la Termodinámica
Tres Conceptos Más Importantes
Cantidad de energía capaz de realizar
ENERGÍA LIBRE
trabajo durante una reacción a temperatura
y presión constante
↑G ↓G
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26. Leyes de la Termodinámica
Tres Conceptos Más Importantes
Cantidad de energía capaz de realizar
ENERGÍA LIBRE
trabajo durante una reacción a temperatura
y presión constante
Fosfoenolpiruvato Piruvato
Piruvato Fosfoenolpiruvato
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27. Leyes de la Termodinámica
Tres Conceptos Más Importantes
Cantidad de energía capaz de realizar
ENERGÍA LIBRE
trabajo durante una reacción a temperatura
y presión constante
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28. Leyes de la Termodinámica
Tres Conceptos Más Importantes
Cantidad de energía capaz de realizar
ENERGÍA LIBRE
trabajo durante una reacción a temperatura
y presión constante
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29. Leyes de la Termodinámica
Tres Conceptos Más Importantes
Cantidad de energía capaz de realizar
ENERGÍA LIBRE
trabajo durante una reacción a temperatura
y presión constante
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30. Leyes de la Termodinámica
Tres Conceptos Más Importantes
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31. Leyes de la Termodinámica
Tres Conceptos Más Importantes
Cantidad de energía capaz de realizar
ENERGÍA LIBRE
trabajo durante una reacción a temperatura
y presión constante
ΔE → Energía interna
Capacidad para hacer trabajo.
ΔG → Energía libre
Trabajo ÚTIL que puede realizar un
sistema.
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32. Leyes de la Termodinámica
Tres Conceptos Más Importantes
Cantidad de energía capaz de realizar
ENERGÍA LIBRE
trabajo durante una reacción a temperatura
y presión constante
Segunda Fórmula
ΔG Variación de Energía Libre
ΔH Número de estados posibles para un sistema
T Temperatura absoluta
ΔS Variación de Entropía
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33. Leyes de la Termodinámica
Tres Conceptos Más Importantes Segunda Fórmula
↓Entalpía ↓Entalpía ↑Entalpía
↑Entropía ↓Entropía ↑Entropía
Fermentación de la glucosa Descomposición del
Combustión del etanol
a etanol Pentaóxido de Nitrógeno
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34. Esquema
Leyes de la Termodinámica
Energía Libre de Gibbs y Equilibrio
Cálculo de la Variación de la Energía Libre
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35. Energía Libre de Gibbs y Equilibrio
aA + bB cC + dD
Esta tendencia puede ser aprovechada
para generar trabajo químico útil →
Durante una reacción química se genera un
ΔG aprovechable, hasta que se alcanza el
equilibrio.
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36. Energía Libre de Gibbs y Equilibrio
aA + bB cC + dD
La cantidad de Energía Libre de Gibbs
Se establece siempre por comparación
que posee un compuesto depende de manera
con otro compuesto de referencia.
inversamente proporcional de su estabilidad
El valor del ΔG dependerá de cuan
química → Mientras más inestable sea un
lejanas estén [S] y [P] (iniciales) del equilibrio de
compuesto, más trabajo útil podrá generar
la reacción.
buscando alcanzar su estabilidad.
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37. Energía Libre de Gibbs y Equilibrio
aA + bB cC + dD
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38. Energía Libre de Gibbs y Equilibrio
aA + bB cC + dD
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39. Energía Libre de Gibbs y Equilibrio
aA + bB cC + dD
Tercera Fórmula
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40. Esquema
Leyes de la Termodinámica
Energía Libre de Gibbs y Equilibrio
Cálculo de la Variación de la Energía Libre
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41. Cálculo de la Variación de la Energía Libre
aA + bB cC + dD
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42. Cálculo de la Variación de la Energía Libre
Primera Fórmula
Segunda Fórmula
Tercera Fórmula
Cuarta Fórmula
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