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Todas as atividades realizadas pelos seres vivos dependem de energia; Termodinâmica e Biologia Estuda a transformação e fluxo de energia nos sistemas biológicos; Termodinâmica - Sistemas e Ambiente Sistema É uma parte definida do espaço. É um conjunto de matéria e energia. Ambiente É tudo que envolve, e potencialmente pode interagir e interferir no sistema. É ilimitado, comparando-se com o sistema. Termodinâmica - Tipos de Sistemas Sistemas Abertos Sistemas Fechados Sistema Descontínuo Sistema Contínuo Termodinâmica - 1º Lei É o princípio da conservação da energia. A energia não pode ser criada nem destruída, somente convertida em outra forma de energia. "A energia do Universo é constante em energia". Termodinâmica - Entalpia (ΔH) As mudanças podem ocorrer de duas formas: 1. Quando a mudança consome calor. Reação Endotérmica O sinal do ΔH será + 2. Quando a mudança produz calor. Reação Exotérmica O sinal do ΔH será - ΔH = ΔU + P. V Termodinâmica – 2º Lei A 2º Lei da Termodinâmica determina o aspecto qualitativo de processos. Energia, espontaneamente sempre se desloca de níveis mais altos para níveis mais baixos. Exemplos: Entretanto, é possível fazer o caminho oposto, indo de níveis mais baixos de energia para níveis mais altos. Exemplos: Gasto de energia > gera > trabalho Termodinâmica – Entropia (S) A 1º Lei: A energia está em constante movimento, transformação (trabalho). A 2º Lei: Espontaneamente, a energia segue de níveis + elevados, para + baixos. Energia → Trabalho 100% - X 100% X Todo sistema que realiza trabalho tem sua energia diminuída ENTROPIA (S) Tipo de energia que é incapaz de realizar trabalho É uma grandeza termodinâmica associada ao grau de desordem do sistema Todo processo espontâneo cursa com aumento da entropia Termodinâmica – Entropia (ΔS) Toda transformação é acompanhada de uma mudança na entropia (ΔS). Energia → Trabalho 100% - X 100% X Entropia positiva (+ΔS) ↑ da entropia A Entropia sempre aumenta com aumento da temperatura Trabalho → ↑Energia 100% - X 100% X Entropia negativa (-ΔS) ↓ da entropia A quantidade de Entropia é representada por TΔS Termodinâmica – Energia Livre (ΔG) A Energia Livre (ΔG) (ou energia livre de Gibbs) é a energia capaz de realizar determinado trabalho (a volume e pressão constante). Processos ou mudanças que liberam energia capaz de realizar trabalho Exergônicos (-ΔG) Energia Livre = Entalpia - Entropia (ΔG) = ΔH - TΔS Processos ou mudanças que consomem energia Endergônicos (+ΔG) ΔG = 0 → Indica que o processo está em equilíbrio, sem gasto ou consumo de energia, e com o máximo de entropia. Termodinâmica - Espontaneidade Uma reação espontânea é caracterizada pela perda de Energia Livre Processos ou mudanças com ΔG negativo ocorrem espontaneamente. A + B = C + D O que define a espontaneidade da reação é a liberação ou consumo de Energia Livre e não de calor. ΔG = -21 kcal Processos ou mudanças com ΔG positivo só ocorrem se receberem energia. A + B = F ΔG = +5 kcal Termodinâmica - Espontaneidade Valores da Energia Livre e propriedades dos processos. ΔG < 0 Exergônica ΔG > 0 Endergônica ΔG = 0 - Libera enegia Consome energia - Provável, espontânea Improvável, provocada Entropia máxima Valor Tipo Reação Efeito observado Prob. ocorrer Termodinâmica - Acoplamento Uma reação começa a acontecer (1) e antes que termine, seus produtos servem com substrato para uma segunda (2) reação. (1) PEP + H2O → Piruvato + Pi Toda reação que ocorre em dois sentidos, obrigatoriamente é espontânea em um sentido e provocada em outro. ΔG = -61 kJ.mol-1 (2) ADP + Pi ↔ ATP + H2O ΔG = +30 kJ.mol-1 (3) PEP + ADP ↔ Piruvato + ATP ΔG = -31 kJ.mol-1 Sentido espontâneo Sentido provocado Exemplo: Reação entre o fosfoenolpiruvato (PEP) e a adenosina difosfato (ADP). Termodinâmica - Equilíbrio Sistemas fechados entram em equilíbrio dinâmico em relação a si mesmos e com o ambiente. Café 90 ºC Café 25 ºC Tempo Calor Ambiente 25 ºC Ambiente 25 ºC ΔG = 0 Não existe trabalho!! Termodinâmica – Estado Estacionário Sistemas abertos atingem o estado estacionário. Se caracteriza pela equivalência entre o que entra e sai do sistema. A composição interna do sistema permanece praticamente inalterada. A entrada e saída (chuva e evaporação) de água ocorrem quase com a mesma taxa. ΔG ≠ 0 Existe trabalho permanente Mas sem resultante significativa
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