TEMA 2 - TEMA 2 Conceptes Bàsics Termodinàmica biofisica preparacio examen i apunts PDF

Preview

Summary

TEMA 2. TERMODINÀMICAConceptes bàsicsL’estudi d’un sistema requereix un enfocament Holístic.Termodinàmica : del grec thermós, “calor” i dynamos, “poder, força”. Part de la física en que s’estudien les relacions entre calor i la resta de formes d’energia.Sistema termodinàmic: Part del món físic que e...

Description

TEMA 2. TERMODINÀMICA Conceptes bàsics L’estudi d’un sistema requereix un enfocament Holístic. Termodinàmica: del grec thermós, “calor” i dynamos, “poder, força”. Part de la física en que s’estudien les relacions entre calor i la resta de formes d’energia. Sistema termodinàmic: Part del món físic que es objecte d’estudi. Definir un contorn real o hipotètic (paret) que ho separi de la resta del mon físic (medi). N’hi ha de diferents tipus: - abierto; intercambia energia i materia amb l’entorn - cerrado; solo energia - aislados; no transfieren ni energia ni materia

Sistema biològic-> sistema obert. Un sistema és una porció de l'espai i el seu contingut. Tot sistema es troba dins d'una superfície tancada que el separa de la resta de l'Univers. La superfície és el límit de sistema (frontera) i pot ser real, com la membrana d'una cèl·lula, o fictícia, com el límit que s'estableix en una bassa o en un alzinar. Variables termodinàmiques: es classifiquen en dos tipus segons si depenen o no de la quantitat de matèria. -Variables extensives: el seu valor depèn de la massa del sistema. -Variables intensives: el seu valor no depèn de la quantitat o proporció del sistema considerat. Algunes variables termodinàmiques es poden considerar funcions d’estat, si el sistema pateix una modificació (AB), el valor d’aquestes variables només depèn de de l’estat del sistema i no de com s’ha donat la transformació per arribar en aquest estat. Temperatura, volum, pressió, energía interna, entalpia, entropía, energía lliure de Gibbs Reacció reversible vs irreversible La major part dels processos fisicoquímics habituals són processos irreversibles

Equilibri termodinàmic: el conjunt de les propietats macroscòpiques del sistema són constants. Les variables termodinàmiques que descriuen aquest sistema no varien. Quan un sistema no està aïllat, l'equilibri termodinàmic es defineix en relació amb el seu medi. Perquè un sistema estigui en equilibri, els valors de les variables que descriuen el seu estat han de prendre el mateix valor per al sistema que pel seu medi. Quan un sistema tancat està en equilibri, ha d'estar simultàniament en equilibri tèrmic (T) i mecànic (P) i químic. Si un sistema es desplaça de l’equilibri implica que els seus paràmetres varien al llarg del temps.

En estudiar sistemes biològics, és important poder definir les diferències entre la matèria viva i la matèria no-viva o inert. Trets principals que defineixen la matèria viva: 1. Capacitat de gestionar energia 2. Capacitat d’estructura 3. Capacitat d’evolució. Cal tenir molt present que els éssers vius constitueixen sistemes oberts (intercanvien matèria i energia amb el medi) CARACTERÍSITIQUES DE LA MATERIA VIVA MOLT RELACIONADES AMB LA FÍSICA PRINCIPIS DE LA TERMODINÀMICA

Primer: Energia interna (U): suma de l’energia cinètica i potencial d’interacció de totes les molècules del sistema (Funció d’estat i magnitud extensiva). “L’energia ni es crea ni es destrueix” Qualsevol canvi d’energia interna es deu a l’intercanvi d’energia (en forma de calor o treball) amb l’exterior U=Q+W LLEI DE CONSERVACIÓ DE L’ENERGIA

Biofísica (energia) i nutrició Llei de Hess: variació d’entalpia en la reaccioó de formació d’un mol de substància en estat estàndard a partir dels seus elements també en estat estàndard. Els canvis d’entalpia són additius. Entomologia: ciència que estudia els insectes. Entomologia forense: estudi dels insectes en disputes legals.Medicina legal interval post-mortem (IPM).

como vinculamos el primer principio a la forense? pues cada bicho tiene un ciclo vital diferente, osea: -

cada etapa té un temps el temps depèn de la temperatura cada espècie té una taxa de desenvolupament característica a cada temperatura.( variable intensiva lligada directament a l’energia interna del sistema)

Avaluació de l’estat de descomposició d’un cadàver per a determinar la data de la mort. COLONITZACIÓ PER INSECTES Es possible establir conclusions importants des del punto de vista forense observant la successió de fauna cadavèrica en el cadàver o identificant el grau de desenvolupament d’un insecte recollit en aquest. INTERVAL post mortem Estimación de los tiempos máximo y mínimo probables que tienen lugar entre el deceso de un cuerpo y el hallazgo de su respectivo cadáver.

Temperatura Variable amb una gran incidència sobre tots els organismes poiquiloterms (com els insectes). La seva temperatura interna depèn completament de la temperatura de l’entorn. S’estableix un paràmetre (una constant) pròpia de cada espècies corresponent a la quantitat de calor acumulada (energia interna – 1er Principi de la termodinàmica i propietat extensiva) i que s’expressa en graus dies o graus hores producte de una temperatura per un temps. L’acumulació total de graus hora o dies, reflexa el temps que ha trigat l’insecte en arribar a la fase de desenvolupament en la que s’ha recollit en el lloc de la troballa.

La mosca és el primer insecte que arriba a un cadàver Els entomòlegs forenses han estudiat el temps que triga una espècie d’insecte en arribar a diferents mides i etapes del creixement en condicions de temperatura variables. Al laboratori calen 8 hores a 25ºC per a que un ou d’una determinada espècies es transformi en larva (és el que trobarem al cadàver) La quantitat de calor necessària per a que una espècies es desenvolupi es pot mesurar en hores graus acumulats (HGA, ADH, Accumulated Degrees Hours) o en dies grau acumulats (HDA; ADD, Accumulated Degrees Days) 8 horas x 25 °C = 200 HGA horas por grado acumulado

Segon: Canvi espontani:aquell que tendeix a ocórrer sense necessitat de ser impulsat per una influència externa. (entropia->desorden) Diversos enunciats equivalents de la segona llei: • Enunciat de Clausius: És impossible aconseguir un dispositiu que transfereixi calor d’un cos fred a un de calent de forma cíclica i sense cap més efecte.

Entropia (S): grau de desordre molecular. Les transformacions termodinàmiques més probables que poden tenir lloc en un sistema aïllat són aquelles en les quals la variable extensiva, anomenada entropia (S), augmenta o roman constant, segons que la transformació sigui irreversible (espontani) o reversible (en equilibri), respectivament. L’univers tendeix a l’estat de màxim desordre. Els processos espontanis(possibles termodinàmicament) són aquells en que augmenta l’entropia total de l’univers. en sistemes NO AILLATS?

Energia lliure de Gibbs (G): funció d’estat que en proporciona un criteri d’espontaneïtat de les reaccions que només de depèn del sistema.

todo sistema tiende a la maxima entropia i mnimia entalpia

Ludwing Boltzmann, físic austríac, va relacionar l’entropia d’un estat qualsevol d’un sistema macroscòpic amb el nombre W de microestats compatibles amb el macroestat en qüestió, segons la relació:

k= constant de Boltzmann = 1,38·10-23 J/K (constant universal, no depèn del sistema ni de cap circumstància concreta) ENTROPIA A PARTIR DE CONCEPTES PROBABILISTICS Entropia a nivell microscòpic L’estat d’equilibri final (aquell en que s’estacionarà el sistema) serà aquell en el nombre de mols en un recipient i l’altre sigui el mateix, és a dir, la distribució homogènia el que té el major nombre de microestats. En termes probabilístics: la probabilitat de trobar un sistema en un macroestat concret és proporcional al nombre de microestats que li corresponen. Com que l’entropia augmenta quan augmenta el nombre de microestats el sistema tendeix, quan està aïllat, a la màxima entropia, a l’estat més probable. 1-a 3-b (3+1)!/3!= 4*3*2*1/ 3*2*1= 4 maximo desorden-> mayor nivel entropia- macroestado el cual tiene más microestados asociados. se calcula con combinatòria.

La termodinàmica ens ajudarà a respondre dos preguntes: -quina quantitat d’energia s’allibera o s’absorveix en una reacció química? -en quines condicions la reacció es produirà de manera espontània?...