Первый закон термодинамики – это закон о сохранении энергии и об эквивалентности работы и теплоты. Работа и теплота представляют собой разные формы энергии и переходят одна в другую. Система может поглощать тепло из внешней среды или выделять его. В процессе взаимодействия системы с окружением система может совершать работу. Первый закон постулирует, что существует функция Е называемая внутренней энергией, которая определяется только состоянием системы в данный момент. Согласно первому закону Е может измениться только в процессе передачи энергии в виде теплоты или при совершении работы. Таким образом, этот закон утверждает, что энергию нельзя ни создать, ни уничтожить.Внутри рассматриваемой системы энергия может переходить от одной ее части к другой или превращаться из одной формы в другую.
Согласно второму закону термодинамики, энтропия изолированной системы реакций стремится к некоторому максимальному значению, при котором достигается равновесие и реакция прекращается. Во время химической реакции, когда молекулярная упорядоченность нарушается, энтропия (S) cистемы возрастает. Если приложить энергию, чтобы заставить реакцию идти в обратном направлении (с более низкого энергетического уровня на более высокий), то энтропия уменьшается. Однако такого рода процессы термодинамически невозможны, если они не связаны с другой системой, в которой энтропия соответственно увеличивается, тем самым компенсируя ее уменьшение в первой системе (сопряженные реакции).
Следует напомнить, что с точки зрения термодинамики живые организмы являются неравновесной открытой системой, находящейся в стационарном состоянии; системой извлекающей из внешней среды утилизируемую в процессе жизнедеятельности свободную энергию, в результате чего происходит возрастание энтропии (то есть неупорядоченности) среды. Эта закономерность прослеживается в процессе обмена веществ организма, благодаря тесной взаимосвязи анаболических и катаболических реакций.
Таким образом, согласно второму закону– все физические и химические процессы в системе стремятся к необратимому переходу полезной энергии в хаотическую неуправляемую форму. Мерой перехода или неупорядоченности системы служит величина, называемая энтропией (S), она достигает максимума, когда система приходит в истинное равновесие с окружающей средой.