Studio delle variazioni di energia durante una trasformazione TERMODINAMICA Studio delle variazioni di energia durante una trasformazione

E INTERNA = E CINETICA + E POTENZIALE L’energia interna di un sistema comprende tutte le forme di energia che possono essere scambiate attraverso processi fisici semplici (non nucleari) o reazioni chimiche E INTERNA = E CINETICA + E POTENZIALE Energia cinetica di traslazione Energia cinetica di rotazione Energia di legame intermolecolare Energia di legame intramolecolare Energia vibrazionale

AMBIENTE TRASFORMAZIONE SISTEMA Cosa succede da un punto di vista energetico durante una trasformazione ?

“L’energia totale dell’universo resta costante” L’energia complessiva del sistema e dell’ambiente nel corso di una trasformazione non cambia ergo “L’energia totale dell’universo resta costante”

- q + q + w - w w = lavoro q = calore - w: l’ambiente compie lavoro SISTEMA w = lavoro - w: l’ambiente compie lavoro sul sistema + w: il sistema compie lavoro sull’ambiente q = calore + q: l’ambiente cede calore al sistema - q: il sistema cede calore all’ambiente

Equivalenza meccanica del calore - w James Prescott Joule + q Equivalenza meccanica del calore Lavoro fatto Calorie fornite

variazione di temperatura Energia termica q = m • c • DT variazione di temperatura massa (moli o g) capacità termica (calore specifico) quantità di calore necessaria ad innalzare di 1°C la temperatura di una massa unitaria di sostanza

I° principio della termodinamica DE = Q - W La variazione di energia interna di un sistema, DE, in seguito a una trasformazione è uguale al calore assorbito dal sistema, Q, meno il lavoro compiuto dal sistema, W. E2 E DE = E2 – E1 +q E1 -w stato iniziale stato iniziale

materia sistema aperto energia sistema chiuso energia sistema isolato

DH = Q H = E + P•V DH = DE + P•DV DE = Q - P•DV DH = Q - P•DV + P•DV Entalpia = energia a pressione costante essendo W=P•DV H = E + P•V DH = DE + P•DV DE = Q - P•DV DH = Q - P•DV + P•DV A pressione costante l’entalpia corrisponde al calore di reazione (relazione importante poiché nei sistemi biologici la maggior parte delle reazioni biochimiche avvengono a pressione costante) DH = Q

DH = HPRODOTTI - HREAGENTI SISTEMA CHIMICO REAGENTI  PRODOTTI DH = HPRODOTTI - HREAGENTI Se DH < 0 la reazione è esotermica Se DH > 0 la reazione è endotermica N2H4 + H2O2  N2 + 4H20 2HgO  2Hg + O2 H H N2H4 + H2O2 2Hg + O2 ? ? - q + q N2 + 4H20 2HgO ? ? DH = -153.5 Kcal/mole N2 DH = +43.4 Kcal/mole O2

LEGGE DI HESS :. la variazione di entalpia che. accompagna una LEGGE DI HESS : la variazione di entalpia che accompagna una trasformazione non dipende dal cammino percorso per passare dallo stato iniziale a quello finale H A A  B DH1 DH1 B B  C DH2 DH2 A  C DHTOT = DH1 + DH2 C

BOMBA CALORIMETRICA

Reazione di combustione del glucosio C6H12O6(s) + 6O2(g)  6CO2(g) + 6H2O(l) O2 GLUC. + q CO2 H2O DT q = m • c • DT

Anche la cellula è una bomba calorimetrica ma la reazione di combustione del glucosio avviene in decine di tappe. Per la legge di Hess, comunque, la variazione di entalpia è identica a quella ottenibile in un’unica reazione.

Carboidrati (~ 4,5 cal/gr) Acidi grassi (~ 9,0 cal/gr) Il fabisogno calorico giornaliero medio per l’uomo è circa 2500 Kcal/giorno. Questi viene coperto bruciando: Carboidrati (~ 4,5 cal/gr) Acidi grassi (~ 9,0 cal/gr) Proteine (~ 4,5 cal/gr) Volete perdere peso? Facile. Basta fare un po’ di calcoli e …….. qualche sacrificio

O2 CO2 H2O

Fabisogno calorico a riposo/ora 65 Kg ATP prodotto/giorno FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA MITOCONDRIALE O2 + substrati + ADP+Pi H2O + prodotti + ATP NADH e- O2 H+ MICROCONDENSATORE membrana isolante Fabisogno calorico a riposo/ora = 100 Kcal => 116 Watt 65 Kg ATP prodotto/giorno ATP