Fluxo de energia Primeira Lei da Termodinâmica Energia: capacidade de realizar trabalho

Fluxo de energia Primeira Lei da Termodinâmica Trabalho: sentido mecânico = mover um corpo contra uma força opositora. O trabalho (W) realizado é o produto da força (f) pela distância do deslocamento (Δl) W = f.Δl Sentido biológico = deslocamento contra quaisquer das forças que permitem aos seres vivos gerar potencial mecânico, elétrico, osmótico ou químico.

Fluxo de energia Primeira Lei da Termodinâmica Energia potencial Capacidade de realizar trabalho derivada da posição de um objeto.

Fluxo de energia Primeira Lei da Termodinâmica A energia total é sempre conservada ΔU = ΔQ+ΔW Q = quantidade de calor absorvida pelo sistema W = quantidade de trabalho realizado no sistema U = energia líquida colocada no sistema (calor ou trabalho)

Fluxo de energia Primeira Lei da Termodinâmica Calor trabalho Gás comprimido por êmbolo a variação da energia interna de um sistema é igual à diferença entre o calor transferido para o sistema e o trabalho executado pelo sistema.

Fluxo de energia o sistema: é o objeto do estudo (meio de reação,uma quantidade de um corpo puro, um ser vivo,etc.) meio externo; é o resto do universo (que poderá ser limitado ao meio ambiente próximo)

Fluxo de energia a fronteira entre o sistema e o meio externo suas propriedades irão determinar quais trocas podem existir entre o sistema e o meio externo: sistema fechado: a fronteira não permite troca de matéria sistema isolado: nenhuma troca de matéria ou energia entre sistema e meio externo. É a bomba calorimétrica. sistema aberto: trocas de matéria são possíveis entre sistema e meio externo. Ser vivo (sistema) que se alimenta no seu meio externo.

Fluxo de energia

A execução de um trabalho corresponde a uma variação de energia. Mas nem toda variação de energia tem a contrapartida de um trabalho realizado. Um corpo pode transferir energia para outro devido a diferenças de energia cinética média das suas moléculas, ou seja, diferenças de temperaturas. Essa transferência de energia sem trabalho físico visível é denominada calor.

Fluxo de energia Primeira Lei da termodinâmica = princípio da conservação da energia Se um sistema não troca energia com a vizinhança, o sistema permanece com a mesma energia A mudança da energia no sistema é a diferença entre a energia perdida e ganha da vizinhança Energia e trabalho são interconversíveis Como isto ocorre numa planta???.

Fluxo de energia.

Fluxo de energia – segunda lei Direção dos processos espontâneos Na natureza, certos eventos têm um desfecho previsível... A maçã não voltará naturalmente à copa da árvore Os processos tendem a ocorrer no sentido em que a energia interna é menor ΔU é negativo

Fluxo de energia Há exceções: Derretimento do gelo: a 1 ºC o gelo derrete e a água na forma líquida tem energia maior do que o gelo (houve aumento na energia livre??) – o quê mais foi mudado?

Fluxo de energia Entropia quantidade de energia no sistema não disponível para realizar trabalho, corresponde ao grau de aleatoriedade do sistema

Fluxo de energia Segunda Lei da Termodinâmica: a entropia total sempre aumenta ΔS = positivo = processo espontâneo

Fluxo de energia A entropia está relacionada com a temperatura Alguma energia é armazenada nas vibrações e oscilações dos átomos ΔS = ΔQ / T ΔQ = calor T = temperatura Capacidade de calor de um sistema Quantidade de energia requerida para mudar em 1 ºC a temperatura

Equilíbrio Sem tendência de mudança (as forças que atuam em sentidos opostos estão equilibradas) Estado inicialEquilíbrio

Energia livre e potencial químico ΔG = energia livre (Gibbs) – máximo trabalho que é possível realizar ΔG≈ ΔU-T ΔS ΔG = negativo (processo espontâneo) A energia livre ao final será menor que no início do processo Um reação é dita exergônica se ΔG é negativo. As reações endergônicas necessitam de energia externa. No equilíbio ΔG=0

Energia livre e potencial químico Processo espontâneo?

Reações Redox Oxidação e redução referem-se à transferência de elétrons entre um doador e um aceptor Doador = oxidado (agente redutor) Aceptor = reduzido

Reações Redox 2 Fe 2+ ↔ 3 Fe e - (oxidação do Ferro) ½ O 2 +2H + +2e - ↔ H 2 O (redução da água) 2Fe 2+ ½ O 2 +2H + ↔ 3 Fe 3+ + H 2 O A tendência da substância doar ou receber elétrons é medida pelo potencial redox

Reações Redox

Potencial químico 1) Transporte de substâncias sem carga elétrica entre dois compartimentos com concentrações diferentes (C1 e C2) depende de diferenças de potencial químico (concentração): o trabalho necessário para movimentar 1 mol de soluto de C1 para C2 é dado por: C1C2C1C2 Membrana que permite a passagem somente do soluto

Potencial eletroquímico Se C1>C2  ∆G é negativo (processo natural) Caso C2>C1  ∆G é positivo (processo endergônico – necessita de energia) C1C2C1C2 Aumenta a entropia Reduz a entropia

Potencial eletroquímico 2) Transporte de íons através de membrana: depende de diferenças de potencial elétrico (cargas) e químico (concentração). A diferença entre as cargas no interior e exterior da membrana é o potencial de membrana. O trabalho para mover 1 mol de um íon de 1 para 2, contra um potencial de membrana de ∆E volts é dado por: z = valência do íon, F é a constante de Faraday

Potencial eletroquímico O ∆G na figura é positivo (processo endergônico) Na figura o cátion se move contra um potencial de membrana (excesso de cargas positivas no interior da célula) e contra a alta concentração do soluto no interior da célula

Potencial eletroquímico O acúmulo de cátions numa célula ou compartimento desta é chamado de força próton motora Potencial elétrico Potencial químico

Potencial eletroquímico Complexo ATP-sintase H+ acumulado no Interior do tilacóide Membrana Enzima