¿Cuál de las siguientes afirmaciones es representativa de la segunda ley de la termodinámica? ¿Por qué la respuesta es D y no A?

La opción A es al revés: la energía libre termodinámica es una medida de la fracción de la energía total de un sistema que está disponible para realizar trabajos mecánicos u operaciones similares altamente ordenadas (trabajo eléctrico, “trabajo” químico que impulsa procesos biológicos, etc.). Hay dos sabores, Gibbs y Helmholz, pero la versión de Gibbs es la relevante para los sistemas biológicos. La fórmula es G = U-TS, donde U es energía interna y S es entropía. Si colocamos un sistema de conversión de energía en una caja aislada del resto del mundo y lo dejamos funcionar, S no puede disminuir y tenderá a aumentar. Por lo tanto, G tenderá a disminuir. La única forma de evitarlo es tener un sistema abierto que continuamente reciba suministros de energía libre (es decir, energía de alta calidad, por ejemplo, luz solar, alimentos) y arroje calor (energía de baja calidad) a un lugar más fresco. Esto, por supuesto, es la opción D.

Me parece una pregunta de un examen de opción múltiple, y nos está pidiendo que justifiquemos la respuesta modelo. OK, aquí va, entonces:

Considere un tronco de madera, tendido en el suelo del bosque. Está compuesto principalmente de átomos de carbono, oxígeno e hidrógeno, dispuestos en estructuras bastante estables, en forma de diversas moléculas de carbohidratos. Aún más estable sería para ellos liberarse de sus moléculas y reorganizarse nuevamente como simples moléculas de CO2 y H2O.

Más estable implica que se libera energía en el proceso.

Por lo tanto, de una forma u otra, con el tiempo, las moléculas del tronco de la madera se revertirán a CO2 y H2O, y a una liberación de energía, como el calor. (Normalmente, esto implica la proximidad de un catalizador, como las enzimas en el sistema digestivo de algún organismo cercano, o el calor de una llama desnuda).

Lo mismo sucede con los módulos de carbohidratos en la madera de un árbol vivo. Entonces el árbol viviente tiene que reemplazarlos constantemente. Esto implica tomar las moléculas de CO2 y H2O altamente estables, más una cantidad de energía similar a la mencionada anteriormente, y reorganizarlas nuevamente como moléculas de carbohidratos bastante estables.

Entonces, ahí es donde encaja la energía, en respuesta D, y proviene del sol.