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Typology: Cheat Sheet
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Termodinámica I: Ley Cero de la Termodinámica Desarrollo Teórico: o La Ley Cero de la Termodinámica establece la transitividad del equilibrio térmico. Esto significa que si dos sistemas (A y B) están cada uno en equilibrio térmico con un tercer sistema (C), entonces A y B también están en equilibrio térmico entre sí. Esta ley es fundamental porque define la temperatura como una propiedad que determina si dos sistemas están en equilibrio térmico. o La temperatura es una propiedad intensiva, lo que significa que no depende del tamaño del sistema. Es una medida de la energía cinética promedio de las partículas en un sistema. Ejemplos Aplicados en Medicina: o Calibración de termómetros: Los termómetros clínicos se calibran utilizando puntos de referencia conocidos, como el punto de congelación y el punto de ebullición del agua. La Ley Cero asegura que las mediciones de temperatura realizadas con estos termómetros sean consistentes y comparables. o Mantenimiento de la temperatura en cirugías: Durante las intervenciones quirúrgicas, es crucial mantener la temperatura corporal del paciente dentro de un rango estrecho. Se utilizan mantas térmicas y sistemas de control de temperatura para asegurar el equilibrio térmico y prevenir la hipotermia. Problemas Propuestos y Resueltos: o Problema 1: Un paciente con fiebre tiene una temperatura corporal de 39°C. Se coloca una bolsa de hielo sobre su frente. Después de un tiempo, la temperatura de la frente del paciente disminuye a 37°C. Explica este proceso en términos de la Ley Cero de la Termodinámica. Solución: La bolsa de hielo y la frente del paciente estaban inicialmente en desequilibrio térmico. El calor fluyó de la frente del paciente (mayor temperatura) a la bolsa de hielo (menor temperatura) hasta que ambos
alcanzaron el equilibrio térmico a una temperatura intermedia. o Problema 2: Se toman 3 muestras, A, B, y C. Se determina que A y C están en equilibrio termico, y también que B y C lo estan. ¿Que se puede decir sobre la temperatura de A y B? Solución: Por la ley cero de la termodinámica, A y B también se encuentran en equilibrio termico, por lo tanto, tienen la misma temperatura. Sistemas Termodinámicos Desarrollo Teórico: o Un sistema termodinámico es una región del universo que se estudia. Los sistemas se clasifican según su capacidad para intercambiar materia y energía con su entorno. Sistema abierto: Intercambia tanto materia como energía. Sistema cerrado: Intercambia energía, pero no materia. Sistema aislado: No intercambia ni materia ni energía. Ejemplos Aplicados en Medicina: o Diálisis: La diálisis renal es un ejemplo de un sistema abierto, ya que se intercambian fluidos y solutos entre la sangre del paciente y la máquina de diálisis. o Incubadoras: Las incubadoras para bebés prematuros son sistemas cerrados, ya que mantienen una temperatura controlada pero no intercambian materia con el exterior. Problemas Propuestos y Resueltos: o Problema 1: Un paciente recibe una transfusión de sangre. ¿Qué tipo de sistema termodinámico representa esta situación? Solución:
Un paciente en reposo consume 1500 Kcal, y no realiza trabajo. ¿Cuál es el cambio en su energía interna? Solución: Dado que no realiza trabajo, W=0. Por lo tanto ΔU = Q = 1500 Kcal. Segundo Principio de la Termodinámica Desarrollo Teórico: o El Segundo Principio de la Termodinámica establece que la entropía (desorden) de un sistema aislado siempre aumenta con el tiempo. Esto significa que los procesos naturales tienden a ser irreversibles. La energía libre de Gibbs (ΔG = ΔH - TΔS) es una función termodinámica que predice la espontaneidad de los procesos. Ejemplos Aplicados en Medicina: o Difusión de fármacos: La difusión de fármacos a través de las membranas celulares es un proceso que sigue el Segundo Principio. o Envejecimiento celular: El envejecimiento celular es un proceso de aumento de la entropía. Problemas Propuestos y Resueltos: o Problema 1: Explica cómo el Segundo Principio de la Termodinámica se aplica al proceso de envejecimiento. Solución: El envejecimiento es un proceso de aumento de la entropía, lo que significa que el cuerpo se vuelve más desordenado y menos eficiente con el tiempo. o Problema 2: Una reacción metabólica tiene un ΔH = -50 kcal/mol y un ΔS = -0.1 kcal/mol·K a 37°C. ¿Es espontánea la reacción? Solución: ΔG = ΔH - TΔS = -50 kcal/mol - (310 K)(-0.1 kcal/mol·K) = -19 kcal/mol. Dado que ΔG es negativo, la reacción es espontánea.
Segundo Principio de la Termodinámica: Entropía y Energía Libre de Gibbs Entropía (S): o La entropía es una medida del desorden o aleatoriedad de un sistema. En términos termodinámicos, se relaciona con el número de microestados posibles que un sistema puede ocupar. o En sistemas biológicos, la entropía tiende a aumentar con el tiempo, lo que se manifiesta en procesos como el envejecimiento, la degradación de tejidos y la descomposición. o Desde un punto de vista médico, comprender la entropía es crucial para: Entender la progresión de enfermedades degenerativas. Analizar la eficacia de tratamientos que buscan ralentizar el deterioro celular. Evaluar la viabilidad de trasplantes de órganos, donde la preservación de la estructura y función (minimización de la entropía) es fundamental. o Ejemplos en Medicina: Degradación de proteínas: La desnaturalización de proteínas, donde pierden su estructura tridimensional, es un proceso que aumenta la entropía. Difusión de medicamentos: La dispersión de un medicamento en el torrente sanguíneo, desde una alta concentración en el punto de administración a una distribución más uniforme, es un proceso impulsado por el aumento de la entropía. Energía Libre de Gibbs (ΔG): o La energía libre de Gibbs es una función termodinámica que combina la entalpía (H) y la entropía (S) de un sistema:^1 ΔG = ΔH - TΔS, donde T es la temperatura. o ΔG predice la espontaneidad de un proceso a temperatura y presión constantes. o En biología y medicina, la energía libre de Gibbs es esencial para:
ΔG = -35.5 kcal/mol Dado que ΔG es negativo, la reacción es espontánea.