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Los procesos posibles de forma espontánea en la naturaleza son la entropía, energía libre, reacciones químicas, transferencia de energía en reacciones químicas y en cambios de fase, dependencia de procesos con la temperatura, etc.

Ejemplos:

La respiración celular:

C ₆ H ₁₂ 0 ₆+6O ₂ → 6CO ₂+6H ₂ O

Transporte de glucosa: transporte del monosacárido en favor de un gradiente de concentración.

Síntesis de polisacáridos, proteínas y ácidos nucleicos.

Formación de membranas celulares .

Ejemplos de reversión de procesos espontáneos termodinámicamente

La conversión del oxígeno en ozono.

La descomposición del HCl en hidrógeno y cloro.

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Ball, D. (2004). Fisicoquimica Ball. Cengage Learning.

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Botham K.M., PhD, DSc, & Mayes P.A., PhD, DSc (2016). Bioenergética: la función del atp.

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Durazo Beltrán, E. (s.f.). Principios de la termodinámica. Obtenido de Universidad Autónoma de Baja California. Facultad de Ciencias Marinas: https://bit.ly/3zBUWby

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Escobar, L. (2015). Fundamentos de Quimica General. En L. Escobar, Fundamentos de Quimica General (págs. 209-210). Quito.

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Proceso endotérmico

Se realiza tomando calor del medio. Se produce cuando absorben energía térmica.

Ejemplo:

El fenómeno de la formación del ozono (O₃) en las altas capas de la atmósfera se produce por la absorción de energía radiante por parte de los átomos de oxígeno (O₂).

Proceso exotérmico

Se efectúa con liberación de calor al medio. Se produce cuando una energía se manifiesta en forma de calor.

Ejemplo:

La combustión del gas al encender una hornalla.

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Levine, I. N. (2014). Principios de físicoquimica (6th ed.). McGraw Hill.

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Procesos irreversibles

Los factores que causan que un proceso sea irreversible son la fricción, la expansión libre, el mezclado de dos fluidos, la transferencia de calor a través de una diferencia de temperatura finita, la resistencia eléctrica, la deformación inelástica de sólidos y las reacciones químicas.

Ejemplos:

La fricción es una forma familiar de irreversibilidad relacionada con cuerpos en movimiento.

La expansión libre de un gas, el cual se halla separado de un vacío mediante una membrana.

La transferencia de calor debida a una diferencia finita de temperatura.

Procesos reversibles

Tanto el sistema como los alrededores vuelven a sus estados iniciales una vez finalizado el proceso inverso.

Proceso internamente reversible: Un sistema pasa por una serie de estados de equilibrio, y cuando se invierte el proceso, el sistema pasa por los mismos estados de equilibrio mientras vuelve a su estado inicial.

Proceso externamente reversible: La transferencia de calor entre un depósito y un sistema es un proceso externamente reversible si la superficie exterior del sistema está a la temperatura del depósito.

Proceso totalmente reversible: En un proceso de este tipo no hay transferencia de calor debida a una diferencia finita de temperatura, ni cambios de equilibrio y tampoco fricción u otros efectos disipadores.

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Ponce, F. B. (2006). Fundamentos de Quimica 2. En F. B. Ponce, Fundamentos de Quimica 2 (pág. 155). Quito: Rodin.

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Rodwell V., Bender D., Botham K., & Kennelly P., & Weil P(Eds.), Harper. Bioquímica ilustrada, 30e. McGraw Hill.

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La glucosa puede descomponerse o metabolizarse.

En la respiración celular la energía se extrae de la glucosa en hidratos de carbono.

Reacción

De mayor energía a menor energía
C_6 H_{12} O_6 (s) + 6O_2 (g) \rightarrow 6CO_2 (g) + 6H_2 O (l)
Se ibera gran cantidad de energía  60%

Entalpía por mol de glucosa oxidada
\Delta H = -2799 kJ
Cantidad de glucosa en 1 mol
1 mol = 180.15 g C_6 H_{12} O_6 (s)
Energía compactada en una célula
\^V = 115 mL
Etapas de la reacción

Glucólisis

Respiración

Reacción inversa a la oxidación/metabolismo de la glucosa

Ley de Hess
\Delta H = +2700 kJ
Por mol de glucosa producida

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La fotosíntesis implica la conversión de la energía lumínica en energía química por las plantas y bacterias.

Procede fotoquímicamente a través de la absorción de un fotón por un átomo o molécula.

Es una reacción espontánea.

La luz actúa acelerando su velocidad, es decir, como un catalizador.

Primera Ley de la Termodinámica:

La energía solar alimenta las plantas fotosintéticas y algas, que actúan como una base de combustible que sostiene redes tróficas completas de vida en la Tierra.

Segunda Ley de la Termodinámica:

A medida que la energía se transfiere a través de la cadena alimentaria, se está transformando de una forma química a otra. En este proceso, gran parte de la energía de los alimentos se pierde como calor metabólico.

Reacción
6CO ₂ + 6H ₂ O ⇒ C ₆ H ₁₂ O ₆ + 6O ₂
La variación de entalpía de la reacción global de fotosíntesis en kJ/mol de glucosa es :
ΔH = 2803 kJ/mol

El signo es positivo porque es una reacción endotérmica, además ΔH > 0.

Este proceso absorbe la energía lumínica.

La fotosíntesis produce orden ΔS < 0.

Esta reacción no es espontánea en condiciones estándar porque  ΔG > 0.

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En Fisicoquímica el estado estándar de una solución es uno en el que todos los reactivos y productos se encuentran en la concentración molar unitaria (o molar).
la ley de la termodinámica indica que una reacción espontanea hace que la entropía del universo se incremente:
ΔS_{universo} > 0

Para determinar el signo de ΔSuniverso,es necesario calcular tanto ΔSsistema como ΔSalrededores.

obtenemos una ecuación a P y T cte.

ΔGsistema = ΔHsistema - ΔSsistema

para determinar la espontaneidad de una reacción de forma mas directa, se utiliza otra función termodinámica

G=T-TS
la energía libre es la energía disponible para realizar un trabajo, así, si en una reacción particular se libera energía útil (es decir, si su ΔG es negativo), este hecho, garantiza que la reacción es espontanea, sin importar lo que ocurra en el resto del universo.

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Estudio de cambios de energía que acompañan a reacciones bioquímicas.
Los sistemas biológicos son, isotérmicos, y usan energía química para impulsar procesos vivos.

Ejemplo

El animal obtiene combustible a partir de sus alimentos para proporcionar esta energía es necesario para la nutrición y el metabolismo normales.

Cambio de energía libre de Gibbs (ΔG)

Porción del cambio de energía total en un sistema que está disponible para desempeñar trabajo, es decir, la energía útil, también conocida como el potencial químico.

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Propiedad termodinámica
Calor absorbido o liberado por un sistema durante un proceso a presión constante. En reacciones químicas es el calor de una reacción efectuada en recipientes abiertos
p Kte= 1atm

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Es una función de estado

Según Boltzman es una medida de la cantidad de estados que puede tener un sistema, relacionada con la segunda ley de la termodinámica.

Entropía absoluta de materiales a temperaturas diferentes de cero K (tercera ley de la termodinámica).

La entalpía de una reacción es siempre la misma, independiente de los pasos o el camino seguidos para llegar a esa reacción.

Puede dividirse en pasos más pequeños que pueden evaluarse mediante el creciente número de expresiones ΔS.

Para considerar que un proceso ocurre por sí mismo se toman en cuenta los cambios de energía y los de entropía

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Stojanovic, D. (s.f.). BIOQUÍMICA BÁSICA. Obtenido de Escuela de Biología, Facultad de Ciencias, U.C.V.: https://bit.ly/333rO0S

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como términos y condiciones tenemos:
ΔG<0    la reacción es espontanea.
ΔG>0    la reacción es espontanea en dirección contraria
ΔG=0    El sistema está en equilibrio

también tenemos que:

ΔS= Es el cambio de entropía.
ΔH= Es el cambio de entalpía.
ΔG= Es el cambio de la energía libre

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Ley de La constancia del calor de una reacción
Método indirecto para determinar la entalpía de una reacción.
Procedimiento de combinar calores de varias reacciones para obtener el calor de una reacción

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Reacción celular
Conversión de trifosfato de adenosina (ATP) en difosfato de adenosina (ADP)
Almacenamiento/utilización de energía a nivel subcelular.

Reacción

ATP + H_2O \leftrightarrows ADP fosfato
El fostato que se produce varía con las condiciones ambientales
H_2PO_4^{-} , HPO_4^{2-} o {PO_3}^{3-}
No representa un cambio de entalpía
Energía suficiente para otras reacciones

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TODOESQUIMICA. (3 de Marzo de 2012). Estudio de la fotosíntesis. Obtenido de BIOQUÍMICA: https://bit.ly/3F4i3MT