UNIVERSIDAD SAN PEDRO FACULTAD DE MEDICINA HUMANA ESCUELA ACADEMICA PROFESIONAL DE FARMACIA Y BIOQUIMICA

UNIVERSIDAD SAN PEDRO

FACULTAD DE MEDICINA HUMANA

ESCUELA ACADEMICA PROFESIONAL DE FARMACIA Y BIOQUIMICAProfesora: Q.F. Lenny Villanueva GmezFISICOQUIMICA II: Introduccin al Curso. La fisicoqumica. La termodinmica.

Kemea: la diosa de la transmutacin (cambio).FisicoqumicaLa fisicoqumica es la parte de la qumica que describe los procesos qumicos con el modo cuantitativo (ecuacional) de la fsica.

El propsito de la fisicoqumica es comprender, predecir y controlar los procesos qumicos para su utilizacin.

Curso de Fisicoqumica Facultad de Farmacia y BioqumicaEl curso de Fisicoqumica consta de dos partes principales: Termodinmica y Cintica Qumica. En las dos partes hay un enfoque general del tema y una aplicacin de los conceptos a los sistemas biolgicos y a las aplicaciones farmacuticas y bioqumicas.

Introduccin

La termodinmica es una de las disciplinas centrales en el campo de la fsica, de la qumica, de las ciencias biolgicas y de la ingeniera. El estudio termodinmico de los sistemas materiales fundamenta y apoya el desarrollo de la fisicoqumica.Entre los objetivos generales del estudio de la termodinmica de inters en el campo de la qumica se pueden mencionar:

Expresar los cambios de energa en trminos de magnitudes macroscpicas cuando un sistema material experimenta transformaciones qumicas y/o fsicas Establecer criterios de espontaneidad, Establecer la posicin del equilibrioMACROSCPICO:

Este tipo de enfoque se caracteriza en trminos generales porque:

No se establecen hiptesis previas sobre la naturaleza de la materia; Se requiere un nmero reducido de variables para describir los sistemas, las cuales son accesibles a la medida directa y a nuestros sentidos. MICROSCPICO:

Este enfoque es bsico para el desarrollo de la termodinmica estadstica.

Para este tipo de estudio se requiere informacin molecular; debe trabajarse con un nmero grande de partculas, por lo que se hace necesario especificar un nmero mayor de magnitudes. Las magnitudes no siempre son accesibles a nuestros sentidos o pueden medirse.Cuando se habla de un sistema se describe la regin del universo que es el objeto del estudio termodinmico. El estado del sistema estar caracterizado por las variables de temperatura, presin, volumen, composicin, etc.Por su parte, el entorno comprende a toda la regin que externa al sistema y que se caracteriza solamente por su estado trmico (o temperatura). Los cambios de configuracin del sistema no afectan al entorno.Por su parte, el universo comprende tanto al sistema como al entorno.SISTEMAS, ENTORNOS Y UNIVERSOClasificacin de los sistemas

Los sistemas pueden ser clasificados de la siguiente manera.

Abiertos: en estos sistemas existe un flujo de energa y materia con su entorno. Cerrados: son aquellos que no intercambian materia con su entorno. Pueden intercambiar energa bajo la forma de calor y/o trabajo. Un sistema cerrado puede experimentar cambios en su configuracin (por ejemplo, en su volumen), y dependiendo de las restricciones externas a las que el mismo se halla sometido, podr realizar algn tipo de trabajo. Aislados: son aquellos donde el sistema no intercambia ninguna forma de energa ni tampoco materia con su entorno. Un sistema aislado es rgido desde el punto de vista mecnico (con lo que no puede intercambiar energa bajo la forma de trabajo asociado a cambios de volumen, ni ninguna forma de trabajo) y adems est separado de su entorno por paredes adiabticas, impidiendo la transferencia de energa bajo la forma de calor.Un sistema aislado se constituye en s mismo en un universo.

Caractersticas de los sistemas

Los sistemas en estudio pueden pertenecer a alguna de las siguientes caractersticas.

Homogneos: En este tipo de sistema, las propiedades intensivas son las mismas en todas sus direcciones.

Heterogneos: Este tipo de sistema est constituido por porciones homogneas, separadas entre s por interfases cuya naturaleza, dimensiones y propiedades depender de la relacin superficie a volumen.Tipos de procesos

Los procesos pueden clasificarse como:

Procesos espontneos (irreversibles)Procesos artificialesProcesos reversibles

Procesos espontneos (irreversibles)

Son aquellos procesos que ocurren en la naturaleza. En este tipo de proceso el sistema evoluciona a alguna condicin de equilibrio compatible con las restricciones a las que est sometido el sistema.

Ejemplos de procesos irreversibles son todas las reacciones qumicas que ocurren en un baln, matraz, reactor, o en procesos de difusin de gases, lquidos, mezclas de sustancias.Procesos artificiales

Son aquellos procesos que alejan al sistema del equilibrio. No se observan en la naturaleza.Por ejemplo, la mezcla de dos lquidos es un proceso espontneo y puede ser estudiado a presin y temperatura constante.La destilacin fraccionada permite separar las sustancias y el sistema puede retornar a las condiciones de partida.El proceso artificial sera la separacin de los lquidos en forma espontnea manteniendo las restricciones que previamente lo llevaron a las condiciones de equilibrio.Procesos reversibles

Son aquellos procesos que tienen lugar de tal forma que al finalizar el mismo, tanto el sistema como su entorno pueden ser reintegrados a sus estados iniciales sin ocasionar ningn cambio permanente en el resto del universo.

En este tipo de proceso, el sistema evoluciona a travs de una sucesin de estados de equilibrio.Por qu un curso de fisicoqumica en las carreras de farmacia y bioqumica?Contribuye en forma importante al conocimiento qumico experimental y al reconocimiento de la qumica como una ciencia exacta (dura). Los fenmenos descriptos en los modos de la fisicoqumica: (a) termodinmicamente y (b) cinticamente, constituyen un conocimiento cientfico aplicable a las ciencias farmacuticas y bioqumicas. Las reas de aplicacin son: formas farmacuticas (coloides, micelas y liposomas), cintica de absorcin y estabilidad de medicamentos, fisiologa celular, accin de drogas, etc.Conocimiento, duda y errorEl conocimiento es concebido como la unin de la racionalidad con la experiencia sensorial (Kant)En las ciencias post-Newtonianas (la qumica actual), el conocimiento es la unin de la teora con la experimentacin La teora expresada matemtica y ecuacionalmente est libre de error cuantitativoLa experimentacin y la observacin tienen inherentemente una incertidumbre cuantitativaMagnitud relativa de la incertidumbre, duda o error observacional o experimentalMatemtica: (ecuaciones)Fsica: (a) constantes (b) determinaciones Fisicoqumica: (a) constantes (b) determinaciones Qumica (en general)FarmaciaFisiologaFarmacologaValores clnicos: (a) referencia (b) grupales (c) variacin individual010-8 - 10-510-5 - 10-310-5 - 10-410-3 - 10-210-2 ; 1-5 %2 - 5 %5 - 10 %10 %10-30 % 20-40 %30-100 %TermodinmicaEl captulo inicial de la Fisicoqumica es la Termodinmica que trata de los intercambios de energa y de la espontaneidad de los procesos (fsicos, qumicos y biolgicos).

La Primera Ley de la Termodinmica es la Ley de la Conservacin de la Energa y la Segunda Ley de la Termodinmica, referida a la espontaneidad de los procesos, es la Ley de la Creacin de la Entropa. Sistema (S): Porcin del universo en estudioMedio (M): La parte del universo que rodea al sistemaLmite (L): Superficie o lnea imaginaria que define la extensin del sistema. La Termodinmica defineUniverso = Sistema + Medio*SML* : tambin ambiente, alrededores o entorno.

El equivalente mecnico del calor

1. En el sistema SI, la unidad de trabajo es el Joule1 J = 1 N m = 1 kg m2 seg-21 Newton = 1 kg 1 m seg-22. La calora (unidad de calor) es:1 cal = 1 C / 1 g de agua (de 15 C a 16 C)

1 cal = 4.184 J

1 cal = 4.184 JJames P. Joule (ca. 1870) La relacin (1 cal = 4.184 J) es la definicin y la unidad de energa actual, basada en las medidas de trabajo (en J) y de calor (en caloras). La tendencia moderna es usar solamente Joules.

La relacin implica la interconvertibilidad del movimiento molecular (calor) y del movimiento macroscpico (trabajo). Distincin molecular entre calor y trabajo como energa transferida del sistema al medioCalor: movimiento catico a catico Paredes fijasPistn mvilTrabajo: movimiento catico a ordenado Sistema (gas) Pared pistn(metal)LEY DE LA CONSERVACION DE LA ENERGIA PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICAdU = dq + dw forma diferencialLa energa no se crea ni se destruye, solo se transforma y se conserva (1840)DU = Q + W forma integradaLEY DE LA CONSERVACION DE LA MASA LEY FUNDAMENTAL DE LA QUIMICALa masa no se crea ni se destruye, solo se transforma y se conserva (1780)La interconversin comprobada de la masa y la energa (E = mc2) llevaron a la Ley de Conservacin de la Masa-Energa:La masa y la energa ni se crean ni se destruyen, se transforman y se conservan.Primera Ley de la TermodinmicaLa energa no se crea ni se destruye, solo se transforma y se conserva

Fenmeno molecular subyacenteLos choques elsticos de las molculas

Corolario de la Primera LeyHagas lo que hagas no podrs ganar