NUTRICION. CLASIFICACION

NUTRICION

Proceso fisiológico por el cual los alimentos ingeridos, se transforman y se asimilan. Es un acto involuntario

Principales nutrientes:

Nutriente es un producto químico procedente del exterior de la célula y que ésta necesita para realizar sus funciones vitales. Éste es tomado por la célula y transformado en constituyente celular a través de un proceso metabólico de biosíntesis llamado anabolismo o bien es degradado para la obtención de otras moléculas y de energía.

Los nutrientes son cualquier elemento o compuesto químico necesario para el metabolismo de un ser vivo. Es decir, los nutrientes son algunas de las sustancias contenidas en los alimentos que participan activamente en las reacciones metabólicas para mantener las funciones del organismo.

Los seres vivos que no tienen capacidad fotosintética, como los animales, los hongos y muchos protoctistas, se alimentan de plantas y de otros animales, ya sea vivos o en descomposición. Para estos seres, los nutrimentos son los compuestos orgánicos e inorgánicos contenidos en los alimentos y que, de acuerdo con su naturaleza química, se clasifican en los siguientes tipos de sustancias:

• Proteínas.
• Glúcidos.
• Lípidos.
• Vitaminas
• Sales minerales.

• Vitaminas: Las vitaminas son indispensables para promover reacciones vitales metabólicas, de mantenimiento y de defensa. Intervienen en el proceso de crecimiento y recuperación.

• Proteínas: Las proteínas tienen como función principal formar las estructuras de los seres vivos, los huesos, los músculos, la piel, el pelo, las uñas.

• Hidratos de carbono: Los hidratos de carbono proveen de energía y favorecen la acción de las proteínas.  Son sustancias orgánicas que contienen hidrógeno y oxígeno en la misma proporción del agua. Este grupo de compuestos está formado principalmente por azucares y almidones. Producen energía inmediata para el cuerpo.

• Grasas insaturadas: son liquidas a temperatura ambiente y comúnmente se les conoce como aceites. Pueden ser, por ejemplo aceites de oliva, girasol, maíz. Son las más beneficiosas para el cuerpo humano por sus efectos sobre los lípidos plásticos y algunas contienen ácidos grasos que son nutrientes esenciales, ya que el organismo no puede fabricarlo y el único modo de conseguirlo es mediante ingestión directa.

• Grasas saturadas: Formadas mayoritariamente por ácidos grasos saturados. Aparecen por ejemplo en el tocino, en el sebo, en las mantecas de cacao o cacahuete, etc. Este tipo de grasas es sólida y a temperatura ambiente. Las grasas formadas por ácidos grasos de cadena larga se consideran que elevan los niveles plasmáticos de colesterol asociado a las lipoproteínas LD.

• Minerales: Los minerales ayudan a formar nuevos tejidos; suponen un 6% del paso total de un individuo y se localizan, en su mayoría, en el esqueleto, en forma de fosfatos calcicos. Los minerales son por lo menos, tan importantes como las vitaminas para lograr el mantenimiento del cuerpo en perfecto estado de salud. Pero como el organismo no puede fabricarlos, debe utilizar las fuentes exteriores de los mismos como son los alimentos, los suplementos nutritivos, la respiración y la absorción a través de la piel.

• Agua: El agua participa en la digestión, en la lubricación de las articulaciones, en la regulación de la temperatura corporal y es el medio de transporte del organismo. Cerca del 72% de la masa libre de grasa del cuerpo humano está hecha de agua. Para su adecuado funcionamiento nuestro cuerpo.

CLASIFICACIÓN.

En función de la participación en las reacciones metabólicas del organismo en su conjunto, los nutrientes pueden ser:

Nutrientes no esenciales

Los que no son vitales para el organismo y que, bajo determinadas condiciones, se sintetizan a través de moléculas precursoras (generalmente, nutrientes esenciales). Por tanto, el organismo no necesita el aporte regular de las mismas a condición de que obtenga las sustancias precursoras de su medio ambiente. Estas son producidas por el metabolismo del organismo.

Nutrientes esenciales

Los que son vitales para el organismo, dado que no los puede sintetizar. Es decir, son las sustancias que de forma ineludible se tienen que obtener del medio ambiente. Para los humanos, éstos incluyen ácidos grasos esenciales, aminoácidos esenciales, algunas vitaminas y ciertos minerales. El oxígeno y el agua también son esenciales para la supervivencia humana, pero generalmente no se consideran nutrientes cuando se consumen de manera aislada. Los humanos pueden obtener energía a partir de una gran variedad de grasas, carbohidratos, proteínas y etanol y pueden sintetizar otros compuestos (por ejemplo, ciertos aminoácidos) a partir de nutrientes esenciales.

Los nutrientes tienen una función significativa sobre la salud, ya sea benéfica o tóxica. Por ejemplo, el sodio es un nutriente que participa en procesos de equilibrio hidroelectrolítico cuando se proporciona en cantidades adecuadas. Pero su aporte excesivo en la dieta puede favorecer la hipertensión arterial.

• Según su cantidad

En función de la cantidad necesaria para las plantas y organismos, se clasifican en dos:

-Macronutrientes (hidratos de carbono, proteínas y grasas)

Se requieren en grandes cantidades diarias (habitualmente del orden de gramos). Estos nutrientes participan como sustratos en los procesos metabólicos.

-Micronutrientes (minerales y vitaminas)

Se requieren en pequeñas cantidades (habitualmente en cantidades inferiores a miligramos). Estos nutrientes participan en el metabolismo como reguladores de los procesos energéticos, pero no como sustratos.

• Según su función

Aunque un mismo nutriente puede realizar varias funciones, se pueden clasificar en:

-Energéticos

Los que sirven de sustrato metabólico para obtener energía, con el fin de que el organismo pueda llevar a cabo las funciones necesarias. Por ejemplo, las grasas (lípidos) y los glúcidos.

-Plásticos o estructurales

Los que forman la estructura del organismo. También permiten su crecimiento. Por ejemplo, las proteínas, los glúcidos, ciertos lípidos (colesterol), y algunos elementos minerales tales como calcio, fósforo, etc.

-Reguladores

Los que controlan las reacciones químicas del metabolismo. Los nutrientes reguladores son las vitaminas y algunos minerales (sodio, potasio, etc.).

Las grasas tienen un contenido energético de 9 kcal/g (37,7 kJ/g); proteínas y carbohidratos tienen 4 kcal/g (16,7 kJ/g). El etanol tienen contenido de energía de 7 kcal/g (29,3 kJ/g). 

PROCESO DE ALIMENTACIÓN. ESTRATEGIAS METABÓLICAS DE LOS SERES VIVOS.

PROCESO DE ALIMENTACIÓN.

En el sistema digestivo ocurre una serie de procesos que modifican el alimento que ingresa al organismo. Mediante esos procesos, el alimento se transforma física y químicamente.

Los alimentos, en su mayoría formados por moléculas complejas, se transforman o degradan en otras más sencillas y pequeñas, condición de importancia para su absorción.

Dentro del sistema digestivo, la secuencia de procesos que transforman los alimentos es la siguiente:

• INGESTIÓN: proceso de incorporación de alimentos a través de la boca.
• DIGESTIÓN: serie de procesos que ocurre en diversos órganos del sistema digestivo y que transforman los alimentos. Comprende dos tipos de transformaciones:

- Transformación física: fragmenta los alimentos en porciones más pequeñas a través de la masticación en la boca y de los movimientos peristálticos a lo largo del  tubo digestivo.

- Transformación química: En la boca, estómago e intestino delgado las enzimas digestivas desdoblan el alimento transformándolo en moléculas más sencillas.

---> Mecánica: se produce en la boca mediante la trituración del alimento con los dientes, y en el estómago como consecuencia de las contracciones del músculo liso que tapiza las paredes de dicho órgano.

---> Química: se produce en la boca a partir de las enzimas presentes en la saliva, en el estómago por la presencia de jugos gástricos, y en el intestino delgado por la presencia de jugos intestinales y pancreáticos. Estas sustancias químicas ayudan a que las grandes moléculas por ejemplo carbohidratos, lípidos, y proteínas de los alimentos que comemos se dividan en otras más pequeñas, por hidrólisis.

- Enzimas: catalizan las reacciones de hidrólisis.

- Jugos digestivos:

ü  Jugo gástrico: líquido segregado por el estómago que provoca la desintegración de los alimentos para que se sigan digiriendo. Formado por agua, ácido clorhídrico, y enzimas.

ü  Jugo pancreático: líquido segregado por el páncreas que actúa a nivel del intestino delgado. Formado por agua, sales minerales, bicarbonato de sodio, y enzimas.

ü  Jugo intestinal: sustancia producida por la mucosa del intestino delgado, con su acción termina el proceso de degradación, para pasar a la absorción de nutrientes.

• ABSORCIÓN: los nutrientes representados por  moléculas sencillas pasan del sistema digestivo a la sangre para ser distribuidos a todo el cuerpo.
• EGESTIÓN: es el proceso a través del cual se expulsan los desechos de la digestión como materia fecal hacia el exterior.

ESTRATEGIAS METABÓLICAS DE LOS SERES VIVOS.

Existen dos principios importantes en el metabolismo; El metabolismo puede dividirse en tres categorías principales:

• Catabolismo: Procesos relacionados con la degradación de las sustancias complejas.
• Anabolismo: Procesos relativos fundamentalmente a la síntesis de moléculas orgánicas complejas.
• Anfibolicas: Doble función (catabólica y anabólica).

La estrategia básica del metabolismo es formar ATP, poder reductor y precursores para la biosíntesis. Revisemos brevemente estos temas centrales:

El ATP es la unidad biológica universal de energía. El elevado potencial para transferir grupos fosforilos capacita al ATP para ser utilizado como fuente de energía en la contracción muscular, transporte activo, amplificación de señales y biosíntesis.

El ATP se genera en la oxidación de moléculas combustibles, como glucosa, ácidos grasos y aminoácidos. El intermediario común en la mayoría de estas oxidaciones es el acetil-CoA. Los carbonos del fragmento acetilo se oxidan completamente a CO2 en el ciclo del ácido cítrico, con formación simultánea de NADH y FADH2, que transfieren sus electrones de elevado potencial a la cadena respiratoria, con formación final de ATP. La glucólisis es otro proceso generador de ATP, pero la cantidad que se forma es mucho menor que en la fosforilación oxidativa (2 vrs. 30 0 32 ATP‘s). Sin embargo, la glucólisis puede transcurrir rápidamente durante un corto tiempo en condiciones anaeróbicas, mientras que la fosforilación oxidativa requiere del suministro continuado de O2.

El NADPH es el principal dador de electrones en las biosíntesis reductoras. En la mayoría de la biosíntesis, los productos finales están más reducidos que sus precursores, y por ello, requieren, además de ATP, un poder reductor, los cuales proceden normalmente del NADPH. La vía de las pentosas fosfato suministra gran parte del NADPH que se necesita.

TERMORREGULACION

TERMORREGULACION

El cuerpo humano puede ser considerado como un sistema termodinámico abierto, que debe mantener su temperatura constante de 37ºC, a pesar de encontrarse en un entorno de temperatura generalmente inferior que se pude tomar como una media de 15ºC. Por otra parte está continuamente intercambiando material y energía con sus alrededores (metabolismo), consumiendo energía para desarrollar los trabajos internos y externos, y para fabricar moléculas estables (anabolismo) para lo cual necesita alimentarse ingiriendo moléculas de gran energía libre (nutrición) que a partir de determinadas reacciones de combustión dan lugar a productos de menor energía (catabolismo).

Tiene la peculiaridad de que su entropía es mínima, por eso es un sistema termodinámico inestable lo que provoca su evolución permanente, o sea la vida misma. Precisamente la muerte implicaría un estado de máxima entropía. Para que el organismo vivo pueda mantenerse en dicho estado es necesario que elimine el exceso de entropía que se produce continuamente inherente a los procesos vitales: circulación de la sangre, respiración, etc.

La primera ley de la termodinámica nos dice que la energía no se crea ni se destruye solo se trasforma , en organismos vivientes las reacciones más frecuentes son irreversibles y no son hechas encondiciones adiabática y es por eso que la aplicación de las leyes de la termodinámica se limita bastante , en sistemas biológicos el proceso de clasificación de las propiedades de sistemas es mas complicado pero en general podemos decir que los seres vivos no son sistemas en equilibrio , estos organismos son organismos abiertos que intercambian energía y materia con el entorno.

Los seres vivos cumplen con la segunda ley de la termodinámica, como cualquier otro sistema físico, a veces se piensa que los seres vivos, finalmente mueren "en cumplimiento" de la segunda ley, porque la creciente entropía acaba con ellos.

En la definición de vida, desde el punto de vista de la termodinámica los sistemas vivos son regiones localizadas donde se produce un continuo incremento de orden sin intervención externa. Esta definición se basa en el segundo principio de la termodinámica, el cual dice que la entropía o desorden, del universo siempre aumenta.

Aplicado al estudio de la célula, pues tiene que ver desde el proceso de alimentación y respiración celular, desde el punto de vista de la cadena alimenticia, que desde este punto de vista es la cadena de energía; muchas veces se compara a la célula con una fábrica con materia prima, proceso de producción y consumo de energía.

Los seres vivos intercambiamos energía y materia con el medio ambiente. Aquí nos encontramos lejos de un equilibrio termodinámico. Los procesos son irreversibles y no reproducibles.

REGULACIÓN DE CALOR EN LOS ANIMAL

REGULACIÓN DE CALOR EN LOS ANIMALES.

La termorregulación, es la capacidad que tiene el cuerpo para regular su temperatura dentro de ciertos rangos.

Este término se utiliza para describir los procesos que mantienen la temperatura en equilibrio entre ganancia y pérdida de calor. Con respecto a esto último, la ganancia y la pérdida de calor se depende de dos fuentes: El ambiente y el metabolismo.

En relación a esto, la termorregulación en los animales se divide en dos tipos:

 Homeotermos (Endotermos): Se les llama animales homeotermos o de sangre caliente a aquellos animales que tienen la capacidad de conservar su temperatura interna, sin importar las condiciones ambientales en las que pueda encontrarse. En esta categoría entra el grupo de las aves y los mamíferos. Esto lo logran a través de la comida que ingieren, ya que luego de ingerirla la convierten en energía, la que es utilizada para mantener constante su temperatura interna y un bajo porcentaje es convertida en masa corporal, es por esto que los animales de sangre caliente necesitan ingerir una gran cantidad de comida.

Poiquilotermos (Ectotermos): Se les llama animales poiquilotermos o de sangre fría a aquellos animales que no tienen  la capacidad de regular su temperatura interna por ende, estos animales si depende de la temperatura ambiental para poder sobrevivir. Pero por otra parte, el beneficio de estos animales es que pueden soportar diversas variaciones que pueda experimentar la temperatura de su cuerpo sin el riesgo de morir por hipotermia o algún tipo de enfermedades relacionadas con la temperatura ambiental. Los animales de sangre fría obtienen el calor del medio ambiente. En esta categoría entra el grupo de los    peces, los anfibios y los reptiles. 

TEMPERATURA, RADIACIÓN, EVAPORACIÓN Y SUDOR

TEMPERATURA, RADIACIÓN, EVAPORACIÓN Y SUDOR

Radiación térmica o calorífica.

Se denomina radiación térmica o radiación calorífica a la emitida por un cuerpo debido a su temperatura. Todos los cuerpos emiten radiación electromagnética, siendo su intensidad dependiente de la temperatura y de la longitud de onda considerada. En lo que respecta a la transferencia de calor la radiación relevante es la comprendida en el rango de longitudes de onda de 0,1µm a 100µm, abarcando por tanto parte de la región ultravioleta, la visible y la infrarroja del espectro electromagnético.

La materia en un estado condensado (sólido o líquido) emite un espectro de radiación continuo. La frecuencia de onda emitida por radiación térmica es una función de densidad de probabilidad que depende solo de la temperatura.

Evaporación
La evaporación es un proceso físico en el que un líquido y un sólido se convierten gradualmente en gas. Considerando que en este proceso el agua se calienta al absorber energía calórica del sol tomando en cuenta que esta, la fuente de energía del sol y que esto permite culminar la fase. La energía necesaria para que un gramo de agua se convierta en vapor es de 540 calorías a 100 ºC valor conocido cómo calor de evaporación. Al ocurrir la evaporación la temperatura del aire baja.
La evaporación es un proceso físico que consiste en el paso lento y gradual de un estado líquido hacia un estado gaseoso, tras haber adquirido suficiente energía para vencer la tensión superficial. A diferencia de la ebullición, la evaporación se puede producir a cualquier temperatura, siendo más rápido cuanto más elevada sea esta. No es necesario que toda la masa alcance el punto de ebullición. Cuando existe un espacio libre encima de un líquido, una parte de sus moléculas está en forma gaseosa, al equilibrase, la cantidad de materia gaseosa define la presión de vapor saturante, la cual no depende del volumen, pero varía según la naturaleza del líquido y la temperatura. Si la cantidad de gas es inferior a la presión de vapor saturante, una parte de las moléculas pasan de la fase líquida a la gaseosa: eso es la evaporación. Cuando la presión de vapor iguala a la atmosférica, se produce la ebullición.1 En hidrología, la evaporación es una de las variables hidrológicas importantes al momento de establecer el balance hídrico de una determinada cuenca hidrográfica o parte de esta. En este caso, se debe distinguir entre la evaporación desde superficies libres y la evaporación desde el suelo. La evaporación de agua es importante e indispensable en la vida, ya que el vapor de agua, al condensarse se transforma en nubes y vuelve en forma de lluvia, nieve, niebla o rocío.

Sudoración
Es la producción y evaporación de un fluido, que consiste principalmente de agua, así como una cantidad más pequeña de cloruro de sodio (el componente principal de la "sal de mesa"), a través de las glándulas sudoríparas de la piel de los mamíferos. El sudor también contiene los productos químicos u odorantes 2-metilfenol (o-cresol) y 4-metilfenol (p-cresol).

En los humanos, la sudoración es principalmente un medio de termorregulación, aunque se haya propuesto que los componentes del sudor del macho pueden actuar como feromonas. La evaporación del sudor en la superficie de la piel tiene un efecto refrescante debido al calor latente de la evaporación del agua. De ahí que, en ambientes calurosos, o cuando los músculos del individuo se calientan debido al esfuerzo, se produzca más sudor. La sudoración aumenta con el nerviosismo y las náuseas, y disminuye con el frío. Los animales con pocas glándulas sudoríparas, como los perros, llevan a cabo una regulación de temperatura similar mediante el jadeo, que evapora el agua de la mucosa húmeda de la cavidad bucal y la faringe. Los primates y los caballos tienen axilas, que sudan de manera similar a las de los humanos.

La sudoración o transpiración es la secreción visible de sudor a través de las glándulas sudoríparas de la piel, que se encuentran por toda la superficie corporal, excepto en los labios y el glande. En total, la piel tiene más de dos millones de glándulas sudoríparas; en la frente, las palmas de las manos y en las plantas de los pies se encuentran en una mayor concentración. El sudor es fluido y ácido (valor del pH = 4,5) y se compone de agua, cloruro sódico, urea y ácido úrico. El sudor forma en la piel una capa protectora que puede proteger de los patógenos.

En caso de calor intenso, la sudoración comienza para la regulación térmica en la cara, mientras que en caso de excitación nerviosa la transpiración (sudoración nerviosa) comienza primero en las palmas de las manos y las plantas de los pies. Una secreción sudorípara de varios litros al día puede producirse incluso en condiciones no patológicas. El sistema nervioso vegetativo regula la producción de sudor. Si el cuerpo produce sudor en cantidades superiores a las necesarias para la regulación de la temperatura se denomina hiperhidrosis. Esta enfermedad no consiste en que el cuerpo produce una cantidad demasiado grande de sudor, sino en el mal funcionamiento de la sudoración.

TEMPERATURA, RADIACIÓN Y TERMODINÁMICA DE LOS SERES VIV

TEMPERATURA, RADIACIÓN Y TERMODINÁMICA DE LOS SERES VIVOS.

El fenómeno de la radiación consiste en la propagación de energía en forma de ondas electromagnéticas o partículas subatómicas a través del vacío o de un medio material.

La radiación propagada en forma de ondas electromagnéticas (rayos UV, rayos gamma, rayos X, etc.) se llama radiación electromagnética, mientras que la llamada radiación corpuscular es la radiación transmitida en forma de partículas subatómicas (partículas α, partículas β, neutrones, etc.) que se mueven a gran velocidad, con apreciable transporte de energía.

Si la radiación transporta energía suficiente como para provocar ionización en el medio que atraviesa, se dice que es una radiación ionizante. En caso contrario se habla de radiación no ionizante. El carácter ionizante o no ionizante de la radiación es independiente de su naturaleza corpuscular u ondulatoria.

Son radiaciones ionizantes los rayos X, rayos γ, partículas α y parte del espectro de la radiación UV entre otros. Por otro lado, radiaciones como los rayos UV y las ondas de radio, TV o de telefonía móvil, son algunos ejemplos de radiaciones no ionizantes.

Algunas substancias químicas están formadas por elementos químicos cuyos núcleos atómicos son inestables. Como consecuencia de esa inestabilidad, sus átomos emiten partículas subatómicas de forma intermitente y aleatoria.1 En general son radiactivas las sustancias que presentan un exceso de protones o neutrones. Cuando el número de neutrones difiere del número de protones, se hace más difícil que la fuerza nuclear fuerte debida al efecto del intercambio de piones pueda mantenerlos unidos.1 Eventualmente el desequilibrio se corrige mediante la liberación del exceso de neutrones o protones, en forma de partículas α que son realmente núcleos de helio, partículas β que pueden ser electrones o positrones.

Tipos de radiactividad:

• Radiación α, que aligera los núcleos atómicos en 4 unidades básicas, y cambia el número atómico en dos unidades.
• Radiación β, que no cambia la masa del núcleo, ya que implica la conversión de un protón en un neutrón o viceversa, y cambia el número atómico en una sola unidad (positiva o negativa, según la partícula emitida sea un electrón o un positrón).

Además existe un tercer tipo de radiación en que simplemente se emiten fotones de alta frecuencia, llamada radiación γ. En este tipo de radicación lo que sucede es que el núcleo pasa de un estado excitado de mayor energía a otro de menor energía, que puede seguir siendo inestable y dar lugar a la emisión de más radiación de tipo α, β o γ. La radiación γ es un tipo de radiación electromagnética muy penetrante debido a que los fotones no tienen carga eléctrica, así como ser inestables dentro de su capacidad molecular dentro del calor que efectuasen entre sí.

FENÓMENOS TERMODINÁMICOS, HOMEOSTÁTICOS DE REGULACION DEL CUERPO HUMANO.

FENÓMENOS TERMODINÁMICOS, HOMEOSTÁTICOS DE REGULACION DEL CUERPO HUMANO.

La temperatura corporal depende de las condiciones de temperatura ambiental y de actividad física, ya que de la energía total liberada durante el metabolismo se emplea aproximadamente una quinta parte en el trabajo y lo demás se libera en forma de calor; este calor debe ser disipado para mantener las condiciones de temperatura adecuadas en el cuerpo humano. Hay dos tipos de temperaturas, la temperatura central (núcleo: cerebro, grandes vasos, vísceras, músculo profundo, sangre) se mantiene constante.                                                   

La temperatura periférica (piel, mucosas, músculos, extremidades, etc.) es variable. La temperatura normal del cuerpo de una persona varía dependiendo de su género, su actividad reciente, el consumo de alimentos y líquidos, la hora del día y, en las mujeres, de la fase del ciclo menstrual en la que se encuentren.

Proceso mediante el cual un grupo de seres vivos denominados homeotermos mantienen su temperatura corporal dentro de unos límites, independientemente de la temperatura ambiental. El proceso consume energía química procedente de los alimentos ya que estos organismos tienen mecanismos para producir calor en ambientes fríos o para ceder calor en ambientes cálidos, conocidos en su conjunto como termorregulación. Estos mecanismos están situados en el hipotálamo, la piel, el aparato respiratorio, etc.

                                   

REACCIONES QUÍMICAS ENDOTÉRMICAS Y EXOTÉRMICAS.

REACCIONES QUÍMICAS ENDOTÉRMICAS Y EXOTÉRMICAS.

Reacción Endotérmica: 

La reacción endotérmica es una reacción química que absorbe energía. Casi todas las reacciones químicas implican la ruptura y formación de los enlaces que unen los átomos. Normalmente, la ruptura de enlaces requiere un aporte de energía, mientras que la formación de enlaces nuevos desprende energía. Si la energía desprendida en la formación de enlaces es menor que la requerida para la ruptura, entonces se necesita un aporte energético, en general en forma de calor, para obtener los productos. Algunas reacciones endotérmicas necesitan más energía de la que puede obtenerse por absorción de calor de los alrededores a temperatura ambiente. Por ejemplo, para transformar el carbonato de calcio en óxido de calcio y dióxido de carbono es necesario calentar. Cuando en una reacción endotérmica una sustancia absorbe calor, su entalpía aumenta (la entalpía es una medida de la energía intercambiada entre una sustancia y su entorno).

                              

Si la reacción nuclear libera energía en forma de calor o de luz, el proceso es denominado reacción exotérmica. En cambio, cuando la reacción implica la absorción de energía, se la conoce como reacción endotérmica.

Las reacciones endotérmicas, por lo tanto, son todas las reacciones químicas en las cuales se absorbe energía. Cabe destacar que, como resultado de la reacción, la energía del producto es superior a la energía de los reactivos. La reacción endotérmica implica un aumento de la entalpía. Este concepto refiere a una magnitud cuya variación revela el nivel de energía que un sistema termodinámico intercambia con el entorno.

Los rayos ultravioleta que proceden del sol, por ejemplo, generan una reacción endotérmica en las capas superiores de la atmósfera que deriva en la generación de ozono. Otra reacción endotérmica tiene lugar cuando el hierro reacciona con el azufre y se produce sulfuro de hierro.

En las reacciones endotérmicas, en definitiva, los elementos absorben energía del sistema para que la reacción nuclear pueda llevarse a cabo. Esto quiere decir que, al tomar energía térmica (calor), se produce o se acelera la reacción en cuestión.

Reacción Exotérmica:

Son reacciones químicas que desprenden energía. Por ejemplo, la reacción de neutralización de ácido clorhídrico con hidróxido de sodio desprende calor, y a medida que se forman los productos, cloruro de sodio (sal) y agua, la disolución se calienta. Las reacciones exotérmicas se han utilizado durante miles de años, por ejemplo, en la quema de combustibles. Cuando se quema carbón tienen lugar varias reacciones, pero el resultado global es que los átomos de carbono del carbón se combinan con el oxígeno del aire para formar dióxido de carbono gas, mientras que los átomos de hidrógeno reaccionan con el oxígeno para producir vapor de agua. La redistribución de los enlaces químicos desprende gran cantidad de energía en forma de calor, luz y sonido. Aunque para la ruptura de los enlaces entre el carbono y el hidrógeno se requiere energía calorífica, ésta es mucho menor que la que se desprende cuando estos dos elementos se combinan con el oxígeno. Esto hace que la reacción global sea exotérmica.                      

 Una reacción exotérmica es cualquier reacción química que desprende energía, mientras tanto, llamamos reacción química o modificación química al proceso químico en el cual dos o más sustancias (los reactivos), por la acción de una variable energética devienen en otras sustancias denominadas productos; las sustancias pueden ser elementos, o en su defecto compuestos. Por ejemplo, el óxido de hierro es la reacción química resultante tras la reacción del oxígeno del aire con el hierro.

La reacción exotérmica se da especialmente en aquellas reacciones de oxidación, que son las reacciones químicas en las cuales existe una transferencia electrónica entre los reactivos, dando paso a una modificación de los estados de oxidación de los mencionados con relación a los productos. O sea, para que se produzca una reacción de oxidación en el sistema en cuestión deberá haber un elemento que cede electrones y otro que los acepta.

Entre los cambios exotérmicos conocidos se destacan la condensación, el paso de estado gaseoso a estado líquido y la solidificación, que es el paso de estado líquido a estado sólido.

El ejemplo más común de reacción exotérmica es la combustión, desprendiéndose una enorme cantidad de luz y de calor. En la combustión nos encontramos con un elemento que arde, que es el combustible y con otro, comburente, que es el que produce la combustión; la mayoría de las veces se trata de oxígeno de modo gaseoso.

MECANISMOS DE PROPAGACIÓN DEL CALOR.

MECANISMOS DE PROPAGACION DEL CALOR.

• Conducción

Es una forma de transmisión del calor que se origina en sólidos, en los cuales la energía térmica (en forma de energía cinética) se propaga por vibración de molécula a molécula.

La expresión que rige la transmisión del calor en la unidad de tiempo por conducción en una pared plana o con un radio de curvatura mucho mayor que el espesor es

Siendo:

·        , el flujo de calor por unidad de tiempo;

·        , el coeficiente de conductivilidad térmica, que depende del material;

·        , el área de la barrera que permite la conducción térmica entre los sistemas;

·        , el espesor de la pared;

·        , la diferencia de temperaturas entre las caras de la pared.

Si el flujo de calor es a través de varias barreras, se puede generalizar la expresión para dar

Convección

ü  Movimiento por convección

Es una forma de propagación del calor se produce en los fluidos (líquidos y gases) por un movimiento real de la materia. Este movimiento se origina por la disminución de la densidad de los fluidos con el aumento de temperatura (los hace más livianos por unidad de volumen) que produce un ascenso de los mismos al ponerse en contacto con una superficie más caliente y un descenso en el caso de ponerse en contacto con una superficie más fría.

La expresión que rige la transmisión del calor por convección es

,

Siendo

·         , el flujo de calor por unidad de tiempo;

·         , el coeficiente de transmisión de calor;

·         , el área de contacto entre el fluido y la pared;

·          es la diferencia de temperaturas entre el fluido y la cara de la pared en contacto con él.

• Radiación

Todos los cuerpos irradian energía en forma de onda electromagnética, similares a las ondas de radio, rayos x , luz, etc. Lo único que difiere en estos distintos tipos de ondas es la longitud de onda o frecuencia.

El calor por radiación al igual que estas ondas se propaga a la velocidad de la luz (3·108 m/s en el vacío) y no necesita de un medio para poder propagarse. Se transmite a través del vacío mejor que a través del aire ya que este siempre absorbe parte de la energía.

La función que rige esta forma de propagación de la energía es la ley de Stefan – Boltzman

,

Siendo

·         , el flujo de calor por unidad de tiempo;

·         , el área;

·         , la emisividad de la superficie, que varía entre 0 y 1 (cuerpo negro);

·         , la constante de Stefan–Boltzman, que vale ;

·          es la temperatura absoluta del cuerpo

Todos los cuerpos irradian y reciben energía irradiada por otros cuerpos por lo tanto la energía neta irradiada es la diferencia entre la irradiada y la recibida la cuales se expresa (=

,

Siendo

·          la temperatura del cuerpo 1

·          la temperatura del cuerpo 2

·          el coeficiente de radiación mutua

LA ENTALPIA Y ENTROPÍA.

Entropía.

La entropía, como todas las variables de estado, depende sólo de los estados del sistema, y debemos estar preparados para calcular el cambio en la entropía de procesos irreversibles, conociendo sólo los estados de principio y al fin. Consideraremos dos ejemplos:

1.- Dilatación libre: Dupliquemos el volumen de un gas, haciendo que se dilate en un recipiente vacío, puesto que no se efectúa reacción alguna contra el vacío, y, como el gas se encuentra encerrado entre paredes no conductoras, . Por la primera ley se entiende que o:

Donde y se refieren a los estados inicial y final (de equilibrio). Si el gas es ideal, depende únicamente de la temperatura y no de la presión o el volumen, y la ecuación implica que.

En realidad, la dilatación libre es irreversible, perdemos el control del medio ambiente una vez que abrimos la llave. Hay sin envergo, una diferencia de entropía, entre los estados de equilibrio inicial y final, pero no podemos calcularla con la ecuación, porque esta relación se aplica únicamente a trayectorias reversibles; si tratamos de usar la ecuación, tendremos inmediatamente la facultad de que Q = 0 para la dilatación libre - además - no sabremos cómo dar valores significativos de T en los estados intermedios que no son de equilibrio.

Entonces, ¿Cómo calcularemos Sf - Si para estos estados?, lo haremos determinando una trayectoria reversible (cualquier trayectoria reversible) que conecte los estados y f, para así calcular el cambio de entropía de la trayectoria. En la dilatación libre, un trayecto reversible conveniente (suponiendo que se trate de un gas ideal) es una dilatación isotérmica de VI a Vf (=2Vi). Esto corresponde a la dilatación isotérmica que se lleva a cabo entre los puntos a y b del ciclo del Carnot.

Esto representa un grupo de operaciones muy diferentes de la dilatación libre y tienen en común la única condición de que conectan el mismo grupo de estados de equilibrio, y f. De la ecuación y el ejemplo 1 tenemos.

Esto es positivo, de tal manera que la entropía del sistema aumenta en este proceso adiabático irreversible. Nótese que la dilatación libre es un proceso que, en la naturaleza se desarrolla por sí mismo una vez iniciado. Realmente no podemos concebir lo opuesto, una compresión libre en la que el gas que en un recipiente aislado se comprima en forma espontánea de tal manera que ocupe solo la mitad del volumen que tiene disponible libremente. Toda nuestra experiencia nos dice que el primer proceso es inevitable y virtualmente, no se puede concebir el segundo.

2.- Transmisión irreversible de calor. Como otro ejemplo, considérense dos cuerpos que son semejantes en todo, excepto que uno se encuentra a una temperatura TH y el otro a la temperatura TC, donde TH> TC. Si ponemos ambos objetos en contacto dentro de una caja con paredes no conductoras, eventualmente llegan a la temperatura común Tm, con un valor entre TH y TC; como la dilatación libre, el proceso es irreversible, por que perdemos el control del medio ambiente, una vez que colocamos los dos cuerpos en la caja. Como la dilatación libre, este proceso también es adiabático (irreversible), porque no entra o sale calor en el sistema durante el proceso.

Para calcular el cambio de entropía para el sistema durante este proceso, de nuevo debemos encontrar un proceso reversible que conecte los mismos estados inicial y final y calcular el cambio de entropía, aplicando la ecuación al proceso. Podemos hacerlo, si imaginamos que tenemos a nuestra disposición un depósito de calor de gran capacidad calorífica, cuya temperatura T este bajo nuestro control, digamos, haciendo girar una perilla. Primero ajustamos, la temperatura del depósito a TH a Tm, quitando calor al cuerpo caliente al mismo tiempo. En este proceso el cuerpo caliente pierde entropía, siendo el cambio de esta magnitud.

Aquí T1 es una temperatura adecuada escogida entre TH y Tm y Q es el calor extraído.

En seguida ajustamos la temperatura de nuestro depósito a Tc y lo colocamos en contacto con el segundo cuerpo (el más frío). A continuación elevamos lentamente (reversiblemente) la temperatura del depósito de Tc a Tm, cediendo calor al cuerpo frío mientras lo hacemos. El cuerpo frío gana entropía en este proceso, siendo su cambio.

Aquí T2 es una temperatura adecuada, escogida para que quede entre Tc y Tm y Q es el calor agregado. El calor Q agregado al cuerpo frío es igual al Q extraído del cuerpo caliente.

Los dos cuerpos se encuentran ahora en la misma temperatura Tm y el sistema se encuentra en el estado de equilibrio final. El cambio de entropía para el sistema completo es:

Como T1>T2, tenemos Sf >Si. De nuevo, como para la dilatación libre, la entropía del sistema aumenta en este proceso reversible y adiabático.

Nótese que, como la dilatación libre, nuestro ejemplo de la conducción del calor es un proceso que en la naturaleza se desarrolla por sí mismo una vez que se ha iniciado. En realidad no podemos concebir el proceso opuesto, en el cual, por ejemplo, una varilla de metal en equilibrio térmico a la temperatura del cuarto espontáneamente se ajuste de tal manera, que un extremo quede más caliente y en el otro más frío. De nuevo, la naturaleza tiene la preferencia irresistible para que el proceso se efectúe en una dirección determinada y no en la opuesta.

En cada uno de estos ejemplos, debemos distinguir cuidadosamente el proceso real (irreversible) (dilatación libre o transmisión del calor) y el proceso reversible que se introdujo, para que se pudiera calcular el cambio de entropía en el proceso real.

Podemos escoger cualquier proceso reversible, mientras conecte los mismos estados inicial y final que el proceso real; todos estos procesos reversibles llevarán al mismo cambio de entropía porque ella depende sólo los estados inicial y final y no de los procesos que los conectan, tanto si son reversibles como si son irreversibles.