CONSERVAÇÃO DE ENERGIA

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CONSERVAÇÃO DE ENERGIA 
 
 - princípio da conservação de energia. 
 - princípio da conservação da energia é também conhecido como a primeira lei da 
Termodinâmica. 
Energia Térmica 
A variação de energia térmica pode ser avaliada determinando-se a variação de sua 
energia por meio de termômetros. 
t (oC) = T (K) – 273,15 ou T(K) = t (oC) + 273,15 
Sendo iguais os intervalos em ambas as escalas, ou seja, 
t (oC) = T (K) 
Alguns paises medem a sua temperatura em graus Fahrenheit (oF) 
t (oC) = (oF - 32)9/5 = (oF - 32)/1,8 
t (oF) = oC .1,8 +32 
Uma caloria é definida como a quantidade de calor necessária para aumentar a 
temperatura de 1 g de água de 14,5 oC a 15,5 oC. Outra unidade usada, principalmente 
quando se trata de alimentação ou dietas é a Caloria (Cal) definida como: 
1 Cal = 103 cal = 1 kcal 
Quando dois corpos de temperaturas diferentes são colocadas em contato, a quantidade 
de calor trocada Q, é: 
Q = m.c. t (1) 
Onde as unidades de Q, m e t são, respectivamente, cal, g, oC. A constante c é 
conhecida como calor específico e varia conforme o material. Exemplos, à temperatura 
ambiente, 
c (água) = 1 cal/(g.oC) 
 c (ar) = 0,17 cal/(g.oC) 
A relação entre uma caloria e um joule é obtida realizando um trabalho sobre uma 
quantidade de água e medindo o aumento de sua temperatura. 
1 cal = 4,186 J 
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Movimento browniano 
O botânico Robert Brown observou no microscópio que grãos de pólen suspensos em 
água movimentavam-se continuamente de modo caótico. A energia cinética média de 
translação de cada partícula é dada pela expressão: 
 
 
 
 
onde k = 1,38 x 10-23 J/K é a constante de Boltzmann e T é a temperatura em K 
 
Energia Química e Biológica 
Cada molécula possui uma energia potencial elétrica que depende da posição relativa dos 
átomos que a formam. 
Quando se queima gás metano (CH4), ocorre uma reação de oxidação, como 
 
A combustão do metano produz uma energia de aproximadamente 55.000 J/g, pois a 
quantidade de energia potencial armazenada nas moléculas CH4 e 2 O2, antes da reação 
é muito maior do que nas moléculas CO2 e 2 H2O. 
As plantas armazenam energia liberada em reações químicas produzidas pela absorção 
de energia solar. Essa transferência de energia é realizada através de algumas reações 
quimicas básicas. Uma dessas é a que envolve as moléculas de difosfato de adenosina 
(ADP) e de trifosfato de adenosina (ATP) representadas por 
ADP : P ~ P 
ATP : P ~ P ~ P 
A ligação entre os grupos de fosfato P ~ P e P ~ P ~ P indica uma grande quantidade de 
energia potencial armazenada. Quando uma ATP perde um grupo de fosfato, transforma-
se numa molécula de ADP, 
ATP  ADP + P 
uma grande quantidade de energia é fornecida ao organismo, 67 J/g. 
 
Transformação de Energia na Biosfera 
As reações químicas ocorrem num sistema biológico com liberação ou absorção de 
energia, sendo verificada a primeira lei da Termodinâmica. 
Adenosina 
Adenosina 
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Reações desse tipo podem ser esquematizadas por: 
A  B + E 
Na formação de glicose durante a fotossíntese há absorção de energia. Reações como 
essa são esquematizadas por 
C + E  D 
Nas células, as reações com liberação e absorção de energia estão ligadas pela 
conversão entre moléculas de ATP e ADP. A energia liberada com conversão de A para B 
é utilizada para formar ATP a partir de ADP e P; a energia necessária à conversão de C 
em D é fornecida pela quebra de ATP. 
 
 
1. Fermentação alcoólica e glicólise 
A fermentação alcoólica e a glicólise podem ser divididas em duas etapas, sendo a 
primeira, na qual ocorre a formação da ATP, comum a ambas. Nela a glicose (C6H12O6), 
por exemplo, é transformada, através de uma sequência de reações, em ácido pirúvico 
(C3H4O3) e hidrogênio 
 
A segunda etapa, iniciada pelo ácido pirúvico e pelo hidrogênio, pode se desenvolver de 
várias maneiras, levando a produtos finais diferentes. Na fermentação alcoólica os 
produtos finais, obtidos na presença de fermentos, são o etanol (C5H5O3) e o dióxido de 
carbono (CO2) 
 
Na gicólise os produtos finais são diferentes, dependendo das células em que ela ocorre. 
Na célula muscular, por exemplo, é produzido ácido láctico (C3H6O3) 
 
2. Respiração 
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Nos animais e nos microrganismos a produção de ATP se deve a respiração. Para a 
glicose, esse processo pode ser representado por 
 
A maior eficiência desse processo (formação de 38 ATP por molécula de glicose) em 
comparação com a fermentação (2 ATP por molécula de glicose) é devida a quebra 
completa da glicose. Quando álcool é produzido pela fermentação da glicose, apenas 
parte da energia nela contida é liberada. 
 
3. Fotossíntese 
Fotossíntese é o processo pelo qual plantas e certos microrganismos convertem energia 
luminosa em energia biológica, produzindo carboidratos. Na produção de glicose, por 
exemplo, esse processo pode ser indicado por 
 
No processo de respiração, essa reação ocorre no sentido contrário com liberação de 
energia. Além disso, há armazenamento de energia em moléculas de ATP, esse processo 
é chamado de fotofosforilação. 
Quando o fóton de luz se choca com uma molécula de clorofila (Cl). Nas células 
fotossintetizadoras, as CI estão próximas a outros componentes celulares, como os 
citocromos (Ci) Um Ci captura o elétron que pertencia a Cl, retém uma parte da energia e 
transfere o elétron a outro Ci. Depois, esse elétron pode ser novamente capturado pela 
Cl, ou cedê-lo na forma de calor ou através da emissão de um fóton de baixa energia, ou 
ainda, se ele estiver próximo a uma molécula de ADP e a um grupo de fosfato, para a 
formação de uma ATP. 
 
 
Fluxo de Energia na Bioesfera 
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Plantas – animal – homem. 
produtores, consumidores e decompositores 
 Os produtores utilizam a luz solar como fonte de energia na fotossíntese. Os 
consumidores obtêm energia pela oxidação de complexas moléculas orgânicas, contidas 
nos alimentos. 
Quando os consumidores morrem e são decompostos, a energia neles armazenadas é 
absorvida pelo ambiente na forma de calor. 
 
Quanto a alimentação, os organismos vivos podem ser divididos em autotróficos e 
heterotróficos. Os autotróficos sintentizam seus compostos celulares – carboidratos, 
proteínas, lipídios – a partir de compostos simples de carbono, Ao contrário, os 
heterotróficos necessitam de compostos de carbono em formas mais complexas, como 
carboidratos e proteínas. 
Nas células heterotróficas, moléculas orgânicas são desfeitas durante a respiração, sendo 
a energia química liberada utilizada na formação da ATP. 
 
A quantidade de água e oxigênio na Terra é grande, mas o mesmo não acontece com o 
dióxido de carbono. Não produção de dióxido de carbono  acabaria em dois anos. Na 
natureza – delicado equilíbrio entre a produção e consumo de desse composto. 
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O fluxo de energia indicado abaixo não poderia ocorrer no sentido contrário, apesar dessa 
inversão não contrariar o princípio de conservação de energia (gelo em água). 
 
Os sentidos das transformações de energia em sistemas isiolados podem ser previstos 
pela segunda lei da Termodinâmica que envolve o conceito de entropia que está ligada a 
organização do sistema, aumentando a entropia à medida que a organização do sistema 
diminui. A energia produzida pelo Sol é, após várias transformações, reduzida a calor, 
aumentando a entropia do universo. Essa é o motivo pelo qual o sentido da transformaçãonão pode ser invertido. 
 
 
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EXERCÍCIOS 
 
1 - Um bloco de massa M de 4 kg desce de uma altura h igual a 10 m, fazendo girar uma 
hécile colocada dentro de um recipiente com água e provocando com isso um aumento de 
temperatura t de 0,93 oC numa quantidade de água de massa M = 0,1 kg. Calcule: 
a) O trabalho realizado em joules pela hélice sobre a água; 
b) O calor absorvido pela água (em calorias); 
c) A relação entre as unidades de caloria e joule. 
 
2 – A velocidade quadrática média vqm das partículas em um fluído é definida como a raiz 
quadrada da média dos quadrados das velocidades dessas partículas: 
 
Calcule vqm em função do movimento brawniano. 
 
 
3 – Partículas de massa 6,2 x 10-14 g estão suspensas em um líquido a 27 oC. Calcule a 
velocidade quadrática média dessas partículas. 
 
4 – Qual a temperatura final atingida ao se misturar 50 g de água a 70 oC com 200 g de 
água a 20 oC? 
 
5 – Na oxidação do etanol 
 
 
 
 são liberadas 327 kcal por mol de etanol. Na oxidação de 1 g de etanol, calcule: 
a) A energia liberada; 
b) A quantidade de O2 consumida; 
c) A quantidade de CO2 produzida. 
 
6 – Uma colher pequena contém 7 gramas de glicose. Na reação 
ATP  ADP + P 
 são liberadas 1,6 x 10-20 cal por molécula de ATP. 
a) Quantas moléculas de ATP são formadas na oxidação de uma molécula de 
glicose? 
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b) Quantas moléculas de ATP poderiam ser formadas a partir dessa quantidade de 
glicose? 
c) Quantas calorias estariam armazenadas nessas moléculas de ATP? 
 
7 – Calcule a razão entre as eficiências de armazenamento de energia, por produção de 
ATP, na fermentação e oxidação da glicose.