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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
•trabalho
• 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.
•Gás comprimido
por êmbolo
•Calor
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
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
 Equilíbrio
 Sem tendência de mudança (as forças que atuam
em sentidos opostos estão equilibradas)
Estado inicial
Equilíbrio
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 Fe2+ ↔ 3 Fe3+ + 2 e- (oxidação do Ferro)
 ½ O2+2H++2e - ↔ H2O (redução da água)

2Fe2+ ½ O2+2H+ ↔ 3 Fe3+ + H2O
 A tendência da substância doar ou receber
elétrons é medida pelo potencial redox
Reações 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:
C2
G  2,3RT log
C1
C1
C2
C1
C2
Membrana
que permite
a passagem
somente do
soluto
Potencial eletroquímico
 Se C1>C2  ∆G é negativo (processo natural)
C1
C2
Aumenta a entropia
 Caso C2>C1  ∆G é positivo (processo endergônico – necessita
de energia)
C1
C2
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: G 
 z = valência do íon, F é a constante de Faraday.
+
1
+
+
- +
- +
- +
- +
+
+
2
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
zFE
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.
+
1
+
+
+
- +
- +
- +
+
+
2
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Potencial eletroquímico
 O acúmulo de cátions numa célula ou
compartimento desta é chamado de força
próton motora
C2
G  zFE  2,3RT log
C1
Potencial
elétrico
Potencial
químico
Potencial eletroquímico
Complexo ATP-sintase
Enzima
Membrana
H+ acumulado no
Interior do tilacóide