Primeira prova de Biofsica

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    22-Jul-2015

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Primeira prova de Biofsica - 2/98 Prof. Antnio Francisco Pereira de Arajo 1. Defina e exemplifique: (a) Varivel de estado (propriedade). (b) Funo de estado. (c) Sistema aberto. (d) Sistema fechado (e) Sistema isolado. (f) Sistema em equilbrio. (g) Diferencial exata. (h) Diferencial inexata. 2. Usando a regra das fases, diga quantas propriedades extensivas e quantas intensivas so necessrias para especificar o estado dos seguintes sistemas em equilbrio? (a) gua pura. (b) gua em equilbrio com gelo. (c) soluo de hemoglobina em equilbrio com gelo e vapor d'gua. (d) soluo de hemoglobina e NaCl. (e) soluo de NaCl, KCl, hemoglobina e mioglobina em equilbrio com vapor d'gua. 3. Um gs comprimido por uma fora de 2 N por uma distncia de 4 m, liberando durante o processo 4 J de calor. O gs absorve a seguir 2 J de calor e se expande por 2 m contra uma fora de 1/2 N. Qual a variao total de energia do gs ? 4. Mostre a partir da primeira lei da termodinmica que as seguintes expresses so verdadeiras para um sistema onde o nico trabalho possvel o de expanso (W=-PdV): (a) dQ = dE, se o volume for constante. (b) dQ = dH, se a presso for constante, onde H=E+PV uma propriedade chamada entalpia.

(c) Considerando a definio de capacidade calorfica, dQ=CdT, expresse a capacidade calorfica a volume constante, CV, e a presso constante, CP, como derivadas parciais de propriedades do sistema em relao temperatura. 5. Para a expanso reversvel de um gs ideal, o calor absorvido pode ser expresso por:

onde CV, a capacidade calorfica a volume constante, pode ser considerada constante. (a) Use o critrio de Euler para mostrar que (b) Mostre que (c) uma diferencial exata. uma diferencial inexata.

uma propriedade? (d) uma propriedade? (e) Deduza a expresso utilizada a partir da primeira lei da termodinmica e da diferencial total da energia como funo da temperatura e do volume, lembrando-se ainda que para um gs ideal 6. Considere um sistema isolado fora do equilbrio contendo 4g de gua a 293K e 2g de gelo a 273K . (a) Use a primeira lei da termodinmica para calcular a quantidade de gelo que deve derreter para que a gua esfrie de 293K para 273K. O calor de fuso do gelo 80 cal/g e o calor especfico da gua 1 cal/gK . (b) Calcule a variao de entropia da gua, , do gelo, ,ea .

variao total, . (c) O processo espontneo? Por que? (d) Considere um sistema semelhante, com 4g de gua e 2g de gelo, mas ambos a 273K. Calcule a variao de entropia total para o processo no qual uma parte do gelo se derreteria, absorvendo calor da gua, at que esta atingisse a temperatura de 253K. O processo espontneo? Por que? (e)

Discuta se o critrio termodinmico de espontaneidade utilizado para os dois processos acima resulta no que esperado intuitivamente. 7. Considere a seguinte tabela de calores e energias livres de formao nas condies padro de 1 atm e 298 K . composto kJ/mol -393.5 -241.8 glicose (s) -1273.2 (kJ/mol) -394.4 -228.6 -910 , da reao de oxidao da

(a) Calcule a entalpia, , e a energia livre, glicose nas condies padro:

(b) Que valores voc usou para o oxignio? Por que? (c) Calcule a entropia da reao, , e explique se o sinal do valor encontrado o que se espera intuitivamente. (d) A reao espontnea nas condies padro? Por que? (e) A reao espontnea para quaisquer concentraes iniciais de reagentes e produtos? Justifique. 8. Ao desenovelar-se, uma protena passa de um estado termodinmico no qual ela adota uma nica conformao (a conformao nativa cujas coordenadas podem ser determinadas cristalograficamente), para um estado termodinmico onde a protena adota alternadamente uma quantidade muito grande de conformaes. conhecido experimentalmente, entretanto, que a diferena de entropia entre o estado desenovelado e o nativo de protenas em soluo praticamente nula na temperatura ambiente. Explique: (a) Por que estes dois fatos so aparentemente contraditrios. (b) Como este ``paradoxo'' pode ser explicado. (c) Qual a possvel relao com o aumento da capacidade calorfica no desenovelamento, que observado calorimetricamente. 9. Considerando a expresso para a variao de entropia resultante da mistura de gases ideais a temperatura e presso

constantes,

, onde n o nmero total de moles :

de gs na mistura e Xi a frao molar de cada gs, e que (a) Calcule a a variao de entropia ( de com 1 mol de dois gases como ideais. (b)

) resultante da mistura de 1 mol

a temperatura e presso constantes, considerando os

Calcule a variao correspondente de energia livre ( ). (c) Discuta o caso em que os dois gases so o mesmo, por exemplo, nitrognio misturando-se com nitrognio. Quais as variaes de entropia e energia livre neste caso?

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