Termodinámica
Los intercambios de energía que ocurren en todo ser vivo, al igual que todos los que ocurren en el Universo en general, tienen que seguir ciertas leyes fundamentales de la naturaleza, como lo son las leyes de la termodinámica… ¿De la termo… qué? ¡Ahora te contamos!
Las leyes o principios de la termodinámica se basan en un conjunto de ecuaciones que describen el comportamiento de los sistemas termodinámicos. Un “sistema termodinámico” puede ser cualquier objeto de estudio que nos interese, desde una molécula o un ser humano, hasta la atmósfera o el agua hirviendo en una cacerola. Estas leyes se basan en tres cantidades físicas fundamentales: la temperatura, la energía y la entropía. El término “termodinámica” proviene del griego thermos, que significa “calor”, y dynamos, que significa “fuerza”.
Las leyes de la termodinámica son cuatro en total: el equilibrio termodinámico (o ley cero), el principio de conservación de la energía (primera ley), el aumento temporal de la entropía (segunda ley) y la imposibilidad del cero absoluto (tercera ley).
Aquí vamos a hacer hincapié en las leyes 1 y 2. ¡Seguí leyendo para saber de qué se tratan!
Primera ley de la termodinámica: Principio de Conservación de la Energía.
La energía del universo es constante
Como dice la canción de Jorge Drexler: “nada se pierde, todo se transforma”. Bueno, esto es lo que ocurre con la energía: no se puede crear ni destruir, solo puede cambiar entre una forma u otra o transferirse de un objeto a otro. Ahora bien, sus transferencias o transformaciones nunca son 100% eficientes. Así, la energía puede cambiar de formas más útiles a formas menos útiles.
En cada transferencia o transformación de energía que realiza un sistema, cierta cantidad de esa energía se disipa, generalmente en forma de calor, de manera irreversible. La energía disipada ya no es capaz de realizar un trabajo nuevamente, es decir, es inutilizable.
Pensándolo a nivel celular, las células consumen energía constantemente para mantener su organización y cumplir con sus funciones. En todos estos procesos se produce una pérdida de energía que es liberada al entorno.
Segunda ley de la termodinámica: Principio de la maximización de la entropía
La entropía del universo aumenta
Pero… ¿Qué es la entropía?
La entropía es el grado de aleatoriedad o desorden que posee un sistema. Ya sabemos que en cada transferencia o transformación de energía una parte, aunque sea pequeña, se convierte en alguna forma de energía incapaz de realizar un trabajo. Puntualmente, para la biología celular, esta energía inutilizable es el calor.
El calor aumenta el desorden del universo. De aquí, cada reacción química que implique transferencia o transformación de energía aumentará la entropía del universo y reducirá la cantidad de energía utilizable disponible para realizar un trabajo. En un proceso espontáneo, o sea, un proceso que efectivamente ocurre sin necesitar un aporte de energía externa, la entropía del universo siempre aumenta.
La Segunda Ley nos da un parámetro de direccionalidad de una reacción química: toda reacción química procederá de forma tal que la entropía del universo aumente.
Ahora, si la entropía es desorden y este tiende a aumentar… ¿Cómo es posible, por ejemplo, el alto grado de organización que existe dentro de una célula? Los procesos bioquímicos disminuyen localmente la entropía porque construyen y mantienen los cuerpos de los seres vivos, que son altamente organizados. Esta disminución local de la entropía puede ocurrir solamente con un gasto de energía y parte de esa energía se convierte en calor u otras formas no utilizables. El efecto neto del proceso original (disminución local de la entropía) y de la transferencia de energía (aumento de la entropía en el entorno) es un incremento global en la entropía del universo.
Como conclusión podemos decir que el alto grado de organización y complejidad funcional de los seres vivos se mantiene gracias a un suministro constante de energía y se compensa con un aumento de la entropía del entorno.
