Unidad I - Termodinamica de Reacciones Biologicas

8/19/2019 Unidad I - Termodinamica de Reacciones Biologicas

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BIOINGENIERÍABIOINGENIERÍA

JORGE E HERNANDEZ RUYDIAZIng. Agroindustrial. Magister Cienias Agroali!entarias. Doente Ude"

UNI#ER"IDAD DE "UCREUNI#ER"IDAD DE "UCRE

$ACU%&AD DE INGENIERÍA$ACU%&AD DE INGENIERÍA

'ROGRAMA DE INGENIERÍA AGROINDU"&RIA%'ROGRAMA DE INGENIERÍA AGROINDU"&RIA%"INCE%EJO(CO%OMBIA"INCE%EJO(CO%OMBIA

I()*+,I()*+,


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Contenido-Contenido- Cinética Química; Clasificación de lasReacciones: [Homogéneas y Heterogéneas]; ReacciónAutocatalica; Teoría Básica de las Reacciones:Termodinámica de las Reacciones, Rendimiento de lasReacciones, Velocidad de Reacción, Cinética de Reacción;

Cinética General para Sistemas Biolóicos: !rden Cero"#rimer !rden" $ic%aelis&$enten' (cuación de Arr%enius')unción de Gi**s' Constante de (+uili*rio'

O/eti0o-O/eti0o- #roporcionar los conceptos *ásicos para conocer, comprender la aplicación de la ineniería en los procesos*iolóicos +ue le permitan la aplicación del conocimientocientífico , tecnolóico'

-./0A0 /:-./0A0 /: T(R$!0/.1$/CAT(R$!0/.1$/CA0( R(ACC/!.(S B/!23G/CAS0( R(ACC/!.(S B/!23G/CAS


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(s el estudio de la 4elocidad , del mecanismo por medio de loscuales un compuesto se transforma en otro 5Consume o Genera6'5"!it12 JM3 +44+"!it12 JM3 +44+6

Relación e7istente entre la 4elocidad de reacción , las condiciones+ue afectan dic%a 4elocidad5672&o28H. 5Doran2 '3 +449Doran2 '3 +4496

CIN:&ICA ;UÍMICA.CIN:&ICA ;UÍMICA.


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2as cinéticas de muc%as reacciones *iolóicas" son de !rdenCero" #rimer !rden o de una com*inación de ellasdenominada Cinética de $ic%aelis&$enten'

Cin


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Cin


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(n el análisis de las reacciones catalíticas se diferencia entrereacciones homogéneashomogéneas , heterogéneasheterogéneas.. Su 4elocidad se 4eafectada por un catali8ador" (( o >> su EaEa' 5Doran2 '3 +449Doran2 '3 +4496

-n catali8ador es una sustancia +ue afecta a la 4elocidad de reacciónsin alterar el e+uili*rio , sin e7perimentar ella misma cam*io aluno'[(n8imas" Células" Comple9os (n8imáticos

2a reacción es homogénea cuando la temperatura , todas lasconcentraciones del sistema son uniformes' )ermentaciones ,reacciones en8imáticas en recipientes me8clados'


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#or el contrario las reacciones heterogéneas son a+uellas +ue seproducen en presencia de radientes de temperatura ,concentración' )loculos microscópicos areados" pelletsmicelanios " tratamiento de auas residuales , procesos conen8imas inmo4ili8adas'

Re+uieren la aplicación de los principios de la transferencia demasa , la teoría de la reacción" representando cerca del >


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2a teoría *ásica de las reacciones presenta dos partesfundamentales la termodinámica de la reaccióntermodinámica de la reacción , la velocidad de lavelocidad de lareacción.reacción.

2a termodinámica se refiere a +ue tan le9os puede llear lareacción" es decir la reacción no puede transcurrir mas allá dele+uili*rio +uímico" mientras +ue la velocidad estudia la rapide8con la +ue esta transcurre'

&EORÍA B?"ICA DE&EORÍA B?"ICA DE%A" REACCIONE".%A" REACCIONE".


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&er!odin@!ia de las Reaiones

Si se introducen los componentes en un sistema cerrado durante unperiodo de tiempo infinito la reacción procede %asta alcan8ar ele+uili*rio termodinámico" en este punto no e7iste fuer8a impulsoraaluna para un cam*io posterior'

2a composición de la me8cla 4iene determinada e7clusi4amente porlas propiedades termodinámicas de los reactantes , de los productos, es independiente del camino utili8ado para llear a tal situación'



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&er!odin@!ia de las Reaiones

2as concentraciones de e+uili*rio están relacionadas mediante laconstante de e+uili*rio ''

(l 4alor de depende de la temperatura de la siuiente manera:



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Deter!inainDeter!inainE8eri!ental de laE8eri!ental de la KeqKeq


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&er!odin@!ia de las ReaionesSin em*aro para reacciones *io+uímicas +ue se producen endisolución de*en utili8arse otras condiciones estándares , ?Gr@n es:



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I(+-I(+- 2a lucosa isomerasa se utili8a ampliamente en -SA para la producción de 9ara*e de fructosa' 2a reacción es: Glucosa )ructosa' #ara esta reacción?r@n es 'D E9Fmol , ?Sr@n es


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&EORA B?"ICA DE&EORA B?"ICA DE%A" REACCIONE".%A" REACCIONE".


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&EORA B?"ICA DE&EORA B?"ICA DE%A" REACCIONE".%A" REACCIONE".

I()-I()- %a onstante de euilirio 8ara la reain $u!arato > H)* %!alato 1asido re8ortada o!o una Funin de la te!8eratura 8or "ott 'oell en )**segn la tala ue se !uestra. A 8artir de estos datos desarrolle un !odelo 8arta

la e ue sea Funin de la te!8eratura 8resente una e8liain FKsia deada uno de los 8ar@!etros alulados 8ara el !odelo. Considere R o!o L2+J!ol6.

T(oC) 15,0 20,2 25,0 30,0 34,6 40,0 44,4 49,6

K eq 4,78 4,46 3,98 3,55 3,27 3,09 2,75 2,43


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Rendi!iento de las Reaiones(7tensión en +ue los reactantes se con4ierten en producto' Cantidadde producto formado por cantidad de reactante suministrado oconsumido'

.o e7iste una definición concreta" siendo 4arios los parámetrosutili8ados para definirlo en diferentes situaciones'



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Rendi!iento de las Reaiones

I(-I(-


I(-I(-

I(9-I(9-


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#eloidad de la Reain- (s una relación +ue e7presa el cam*ioen la cantidad de un compuesto presente en una reacción conrespecto al tiempo'

#ara un sistema de reacción cual+uiera la 4elocidad de reacción estarelacionada con la 4elocidad de cam*io de masa en el sistemamediante la ecuación del *alance de materia en estado noestacionario +ue se muestra:



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#eloidad de la Reain-



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#eloidad de la Reain-(n Bioineniería e7isten tres formas diferentes de e7presar la4elocidad de reacción:



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#eloidad de la Reain-


I(,-I(,-


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EFeto de la &O sore la R A-2a temperatura representa un importante efecto cinético so*re lasreacciones' 2a ? de I con la To se descri*e por la Ec. de Arrhenius.(sta constante aumenta de manera e7ponencial con la To'

#ara muc%as reacciones el 4alor de ( es positi4o , rande lo +ue

indica un rápido aumento de 4elocidad de reacción con la To

'



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&EORÍA B?"ICA DE&EORÍA B?"ICA DE%A" REACCIONE".%A" REACCIONE".I(-I(-


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A'%ICACIONE" DEA'%ICACIONE" DE%O" BIO'ROCE"O".%O" BIO'ROCE"O".


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