ENERGÍA

Definición: Es la capacidad que posee una persona o un

objeto, para ejercer fuerza y realizar cualquier trabajo.

Es la capacidad de realizar trabajo.

La energía es una propiedad asociada a los objetos y sustancias y se manifiesta en las transformaciones que ocurren en la

naturaleza

Importancia

* La energía se requiere para que se lleven a cabo las reacciones bioquímicas en los organismos. De todas las formas de energía, la energía libre es la más útil para predecir si una reacción dada puede ocurrir en la célula.

* La forma en que los organismos obtienen esta energía de sus alimentos es básico para comprender la nutrición y el metabolismo normal.

+ Solar + Mecánica + Potencial

TIPOS DE + Cinética ENERGÍA + Calórica + Eólica + Química

+ Eléctrica + Biológica

+ Biomasa + Oceános

+ Geotermal + Nuclear

Es la rama de la ciencia que se ocupa de los principios de la transformación de la energía en sistemas macroscópicos. * Es el estudio de la conversión del calor y otras formas de energía examinando los cambios en el estado de un sistema y ubicando la dirección de los procesos.

TERMODINÁMICA

Si todas las acciones y fuerzas que actúan desde el exterior sobre el sistema son constantes, entonces el sistema permanece en equilibrio termodinámico.

Equilibrios que intervienen: Térmico Mecánico Eléctrico Fases y reacciones químicas.

Si por cualquier causa el sistema no se encuentra en equilibrio entonces realiza por si mismo el paso al estado de equilibrio

Fue escrita en 1850 por el físico alemán Clausius.

Es una magnitud de termodinámica simbolizada con la letra H, la variación de entalpía expresa una medida de la cantidad de energía absorbida o cedida por un sistema termodinámico, o, lo que es lo mismo, la cantidad de energía que tal sistema puede intercambiar con su entorno.

Es la cantidad de energía de un sistema termodinámico que este puede intercambiar con su entorno.

Si la entalpia de los productos es menor que la de los reactantes se libera calor y decimos que es una reacción exotérmica.

Si la entalpia de los productos es mayor que la de los reactantes se toma calor del medio y decimos que es una reacción endotérmica.

La entalpia se mide mediante la siguiente formula

Donde: U Es la energía interna p es la presión del sistema V es el volumen del sistema

Es la medida del grado de desorden molecular de la materia de equilibrio y/o es un criterio general para identificar el estado de equilibrio y la dirección de la espontaneidad.

Cuando el sistema absorbe calor es positivo y su entropía aumenta. Cuando el sistema libera calor es negativo y la entropía disminuye.

Los sistemas aislados tienden al desorden y la entropía es una medida de ese desorden

1. Se considera la transferencia de calor de una fuente caliente a una fuente fría.

2. La fuente fría absorbe calor de la fuente caliente y por lo tanto su entropía aumenta.

3. La fuente caliente pierde calor y su entropía disminuye.

4. El aumento de la entropía de la fuente fría es mayor que la disminución de la entropía de la fuente caliente, ya que la temperatura fría es menor que la temperatura caliente.

5. El cambio total en la entropía del sistema es mayor que cero.

La entropía se define como una magnitud que mide la energía que no puede utilizarse para producir un trabajo.

Energía libre de Gibbs (G):

Cantidad de energía capaz de realizar trabajo

durante una reacción a T°C y presión constantes DS < 0 Disminuye entropía en el sistema G = H - T S

Por ejemplo, en la combustión de petróleo, se libera calor que se utiliza para generar vapor que puede producir trabajo mecánico o el trabajo eléctrico que se puede obtener de una celda electroquímica, estos son ejemplos de trabajo útil

Cantidad de energía capaz de realizar trabajo durante una reacción a T°C y presión constantes.

Proporciona información sobre: La dirección de la reacción química Composición en el equilibrio La cantidad de trabajo desarrollado

Variación de energía libre (G)

DG = 0 Proceso en equilibrio DG > 0 Reacción endergónica, consume energía DG < 0 Reacción exergónica, genera energía

(espontánea)

El problema es controlar la energía útil y El problema es controlar la energía útil y transformarla a trabajo sin que se pierda en calor.transformarla a trabajo sin que se pierda en calor.

• ΔG= ΔH–T* ΔS

• ΔG: diferencia de energía libre• ΔH: diferencia de entalpía• ΔS: diferencia de entropía• T : temperatura absoluta (en K)

Dos cuerpos en equilibrio con un tercero también se encuentran en equilibrio entre si. Esto permite efectuar mediciones de temperatura.

LEY CERO

La energía no se crea ni se destruye solo se transforma.

El calor y el trabajo son formas de energía, y la ley puede expresarse diciendo que el cambio de energía interna de un sistema ΔU es la suma del calor Q que se aporta al sistema y el trabajo W que se realiza sobre el:ΔU=Q+W

E= EnergíaQ= CalorW= Trabajo

E= Q+W

Estudia si un proceso químico o físico se lleva a cabo de manera espontanea (en forma natural). Esta ley define las condiciones en las cuales se efectuaran los procesos.

Ley de crecimiento de la entropía, en todo proceso su valor aumenta en un proceso espontaneo (proceso irreversible) o permanece constante en un proceso que se encuentra en equilibrio (proceso reversible)

La gran importancia de la entropía es que para un proceso A B se produzca de manera espontanea, es necesario que la entropía total del sistema y de los alrededores aumente.

La entropía mide la probabilidad de que un proceso que ocurra espontáneamente incluya un cambio de estado de baja probabilidad a otro de probabilidad mas alta.

Estudia los valores absolutos de las entropías, que se basan en los valores en el cero absoluto (sustancia cristalina).

Esta ley en particular es de gran importancia para estudios químicos y físicos cerca del cero absoluto. Hace posible tabular las entropías absolutas.

De acuerdo al sentido en que se produce el cambio energético, las reacciones químicas pueden clasificarse de la siguiente manera:

POR LA VARIACIÓN DE CALOR:

EXOTÉRMICASENDOTÉRMICAS

 POR LA VARIACIÓN DE ENERGÍA LIBRE:EXERGÓNICASENDERGÓNICAS

REACCIONES ENERGÉTICASREACCIONES ENERGÉTICAS

EXOTÉRMICOEs la reacción en donde se desprende energía en

forma de calor. El sodio y el cloro reaccionan tan violentamente que las llamas produciendo calor, al hornear un pan, una estufa al estar encendida o un refrigerador al estar funcionando, la combustión ce un cerillo, etc.

ENDOTÉRMICOSon aquellas reacciones que absorben calor. El

funcionamiento del boiler para calentar el agua, poner a hervir el agua, cuando se calienta una tortilla, etc

EXERGONICO

Reacción química donde la variación de la energía de Gibbs es

negativa Libera energía

ENDERGONICO

Reacción química en donde el incremento

de energía libre es positiva

Baja condición de temperatura y presión

El nivel de energía de los productos es menor que el nivel de energía de los reactivos. La energía es liberada en esta reacción. La cantidad de energía que se libera durante la reacción se denomina G, que es menor que cero, es decir negativa.

Cada célula desarrolla miles de reacciones químicas que pueden ser exergónicas (con liberación de energía) o endergónicas (con consumo de energía), que en su conjunto constituyen el METABOLISMO CELULAR.

REACCIONES APLICADAS EN EL METABOLISMO

1. Las células asocian las reacciones: las reacciones endergónicas se llevan a cabo con la energía liberada por las reacciones exergónicas.

2.  Las células sintetizan moléculas portadoras de energía que son capaces de capturar la energía de las reacciones exergónicas y las llevan a las reacciones endergónicas.

3. Las células regulan las reacciones químicas por medio de catalizadores biológicos: ENZIMAS

REACCIONES ACOPLADAS• En los organismos vivos, las reacciones exergónicas y

endergónicas se encuentran acopladas entre sí.

• Las vías catabólicas (exergónicas) producen energía útil que es aprovechada para la síntesis de ATP (endergónico).

• Este se descompone (exergónico) y la energía libre puede ser empleada en los procesos anabólicos o también en otras formas de trabajo. Por lo tanto el ATP constituye el intermediario común en los procesos de intercambio de energía, tanto sean éstos exergónicos o endergónicos.

Fórmula C10H16N5O13P3.

PIRÁMIDE DE ENERGÍA Es una forma de explicar las relaciones de transferencia de energía, masa y alimento dentro de un ecosistema. Los eslabones de la pirámide se representan por un rectángulo proporcional al número de individuos, al que cada nivel trófico representa.

Es uno de los modelos conceptuales que mejora, organiza el conocimiento disponible acerca del funcionamiento de los ecosistemas

FLUJO DE ENERGÍA

ENERGÍA Y NUTRICIÓN

En la nutrición concierne a la forma en que el cuerpo utiliza y transforma la energía de los alimentos, que tienen como fuente primigenia el Sol.

El metabolismo hace referencia a la compleja sucesión de procesos bioquímicos, que acontecen en los seres vivos, para el crecimiento, el desarrolo pleno de sus funciones y la preservación de su vida; el metabolismo energético transforma la energía química de los alimentos, para usarla como energía mecánica, eléctrica u osmótica, para almacenar como energía química y eliminarla como energía térmica.

Clorofila

H2O CO2

Clorofila

6CO2+6H2O+luz solar

6C 6H2 12O + 6O

ATP energía

Energía química (sintesis de nuevos compuestos)Energía mecánica (contracción muscular)Energía térmica (regulación de la temperatura)Energía eléctrica (cerebro, actividad nerviosa)Energía electrquímica (osmosis, bomba de sodio)

CALOR

alimento

Reacciones oxidativas

Unidades químicas nutrimentales

Substancias indispensables para el organismo

Productos catabólicos

Glucosa, ácidos grasos y aminoácidos

Substancias nitrogenadas, CO2 y H2O.

degradan

hasta

sintesis

Elimina

Camino de los nutrimentos

Energía

Trifosfato de adenosina (ATP)

Sintetiza y emplea de energía de reserva.

Glucógeno, triglicéridos y proteínas

atrapa

Transferirla a compuestos

Esquema general de la energía y el metabolismoEsquema general de la energía y el metabolismo

1 caloría (cal) = 4.1868 (j) 1kilocaloria (Kcal)= 4.1860 (kj) 1 kilocaloría (Kcal)=1000 (cal) 4.186.8 Joule (J)= 4.1860 (kj)

Kilocalorías (Kcal). Cantidades de calor necesario para elevar la temperatura de 1kg de agua de 15° a 16°.

Joule (j) . Cantidad de energía gastada cuando un kg es movido a distancia de 1m por la fuerza de 1 newton.

UNIDADES DE MEDICIÓN

MEDICIÓN DE LA ENERGÍA Energía de los alimentos. La medición potencial de los alimentos se obtiene mediante la “bomba calorimétrica “: donde es posible medir la energía calórica liberada durante la combusión de los alimentos.

Esta bomba consta de una pequeña camara de metal cerrada, de forma cilíndrica, que tiene oxígeno en su interior para facilitar la combustión de los alimentos en estudio. Esta cámara se encuentra dentro de otra y entre ambas hay un espacio que es ocupado por un volumen de agua equivalente a 1 Kg. El espacio que ocupa el agua tiene un termómetro para hacer mediciones de los cambios de temperatura del agua

Cuando los alimentos se incineran en la cámara, por cada grado de temperatura que se eleva el Kg de agua, se estima que la enegía liberada de la combustión del alimento es de 1 Kcal (a estas estimaciones se les llama valores de Atwater).Proteínas e hidratos de carbono 4 Kcal/gLípidos 9 Kcal/gAlcohol 7 Kcal/g

Gasto de energía en los alimentos. En pocas palabras para lograr un peso corporal acorde a una condición física es necesario que la energía de la dieta sea muy similar al gasto energético.

Calorimetría directa. Se usa para estudios muy especializados para poder medir en forma directa el calor que libera una persona al realizar libremente actividades moderadas.

Calorimetría indirecta. Este es un procedimiento que consiste en la estimación metabólica mediante la medición de O2 consumido en un lapso de tiempo determinado y la producción de CO2 del cuerpo en el mismo periodo de tiempo.Con las mediciones de O2 consumido y del CO2 espirado es posible calcular un índice conocido como cociente respiratorio (CR), que se expresa de la siguiente manera:CR: moles de CO2 espirado/ moles de O2 consumido

BALANCE DE ENERGÍAEl balace de energía depende de que el consumo y el gasto de energía sean equiparables. En algunas personas es pertinente mantener un balance positivo ejemplo: embarazadas, niños, bebes y adolescentes.

COMPONENTES DEL GASTO DE ENERGÍADiariamente el organismo requiere energía para cuatro

tipos de exigencias vitales:

1. La que concierne al metabolismo basal.2. La inherente a la actividad física que desarrolla una persona.3. La originada por el gasto metabólico para obtener los nutrientes a partir de los alimentos de la dieta que se conoce como efecto térmico de los alimento, y la termorregulación.4. La que obedece a la demanda que exige el crecimiento sómatico durante la etapa de crecimiento.

1. Metabolismo basal y gasto energético en reposo

Representa el gasto mínimo de energía para preservar las funciones vitales de una persona que se encuentra despierta y en reposo para mantener latiendo el corazón, los movimientos del torax al respirar, mantener la circulación de la sangre para regular la temperatura corporal, entre otras.

Disminuye en un 10% mientras dormimos y representa el mayor gasto energético del organismo de 60% a 75%.

Hombre 1 Kcal/Kg de peso corporal Mujer 0.9 Kcal/Kg de peso corporal.

2. Actividad física

Representa el gasto por ejercicio voluntario, movimientos involuntarios y actividad postural.

En una persona sedentaria puede gastar de 100 a 300 Kcal/día y en una persona más activa puede ser de 3000 Kcal/día.

3. Efecto térmico de los alimentos

Se utiliza para la digestión y absorción de los alimentos, y el transporte y almacenamiento de los nutrimentos. Su gasto de energía es de alrededor de 10 % total y se le conoce como acción dinamica específica, termogénesis inducida por la dieta o respuesta metabólica a los alimentos.

El efecto térmico de los alimetos (ETA) se traduce en un aumento en la temperatura corporal después de ingerir alimentos.

El incremento depende de la cantidad y composición de la dieta ingerida: Hidratos de carbono o proteínas su ETA es mayor que las ricas en grasas por que se usa menos energía en tansferir la grasa absorbida hacia los depositos de grasa, que la que se emplea en convertir en glucosa en glucógeno, o metabolizar aminoácidos a grasas.

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