A fogyás kémia

Ha fogyni akar, akkor kalóriát kell égetnie. Aki diétázott, tudja ezt. De ha valaki lefogy, elgondolkodtál már azon, hogy hova vezet az elveszett tömeg?

Vegyészként tudjuk, hogy a tömeg megőrzésének törvénye biztosítja, hogy a „fogyás” nem okozhatja az anyag feledésbe merülését. Ezért mi folyik kémiailag, ha valaki lefogy?

Két ausztrál kutató a következõ módon válaszolt erre a kérdésre. Feltételezték, hogy a fogyás folyamata a következő kémiai egyenleten keresztül érthető meg, amely egy átlagos zsírmolekula (C55H104O6) oxidációját képviseli:

C55H104O6 + 78 O2 à 55 CO2 + 52 H2O 1. egyenlet

A fő gondolat az, hogy a testben lévő zsír szén-dioxiddá és vízzé alakul, mindkettő elhagyja a testet. Ez ennyire egyszerű. Fogyunk a CO2 kilégzésével és a víz kiválasztásával (elsősorban a kilégzés, a vizelés és az izzadás révén). Amint alább láthatja, a tömeg 84% -a CO2-ként távozik a testből. Nem figyelemre méltó? A fogyás elsősorban légzéssel érhető el.

Részletesen megvizsgálhatjuk az 1. egyenletet, hogy minél több betekintést nyerjünk a test tömegének elvesztésébe. Vegye figyelembe, hogy a test által elveszített súly csak a zsírmolekulából származik. Míg az O2 szükséges reaktáns, ezt a komponenst a légkör szolgáltatja. Vegye figyelembe, hogy egy zsírmolekula elfogyasztásakor a zsírmolekulában található mind az 55 szénatom CO2-be kerül, amelyet a testből kilélegzünk. A zsírmolekulában található mind a 104 hidrogénatom H2O-ba kerül, amely izzadással, vizeléssel és kilégzéssel veszít el. Figyelje meg, hogy minden zsírmolekula 6 oxigénatomot is tartalmaz. Hová kerül ez a 6 atom? Nos, az izotóp jelölési vizsgálatok kimutatták, hogy ezen oxigénatomok közül 4 CO2-ban, míg a fennmaradó kettő H2O-ban.

Ezzel az információval és a periódusos rendszer moláris tömegeivel felfegyverkezve számolhatunk arról, hova jut a zsír tömege. Egy mól zsír súlya 860 gramm (55 x 12) + (104 x 1) + (6 x 16) = 860. Emlékezzünk vissza az előző bekezdésből, hogy 55 szénatom és 4 atom oxigén kerül a zsír. Mólra vonatkoztatva ez azt jelenti, hogy minden zsírmól 724 grammja kerül CO2-ba (55 x 12) + (4 x 16) = 724. Azt is látjuk, hogy 104 atom hidrogén és 2 atom oxigén kerül H2O-ba minden egyes zsírmolekulából. Ez 136 gramm H2O-ra válik ki minden mól zsírra (104 x 1) + (2 x 16) = 136.

Úgy döntöttem, hogy elvégzek egy kémiai kísérletet magamon, hogy lássam, hogyan illik ez az egész. Először egy egyszerű módszert dolgoztam ki a kilégzés sebességének mérésére. Ehhez egy nagy üvegpalackot (térfogat = 2,1 liter) feltöltöttem vízzel, és egy serpenyőbe fordítottam. Gumicsövet tettem a fordított üveg nyakára. Állva időzítettem, mennyi időbe telt, mire a gumicsőbe lélegezve kiszorítottam a megfordított palack vízmennyiségét. Nem próbáltam ezt siettetni - próbáltam a lehető legkevésbé kifújni a levegőt. Három kísérlet során azt tapasztaltam, hogy átlagosan 17 másodperc kellett a 2,1 literes térfogat kilégzéséhez. Ezen kísérletek során a hőmérséklet 24 o C, a légnyomás pedig 738 Hgmm volt a laboratóriumban. Az alábbi videóban láthatja, hogy az egyik ilyen futást végrehajtom.

A videó egy egyszerű módszert mutat be az alany kilégzési sebességének kiszámításához.

Ezután az ideális gáztörvény alapján határoztam meg a 17 mp alatt kilégzett gázmólokat:

Ez másodpercenként 0,0049 mol, vagyis óránként 17,7 mol gáz. A kilégzett levegő azonban nem tiszta CO2: a kilélegzett levegőnek csak körülbelül 4% -a CO2. Így óránként 0,71 mol (31 g) CO2-t lélegeztem ki (kb. 9 mg CO2/másodperc).

Az 1. egyenlet felhasználásával azt látjuk, hogy óránként 0,71 mol szén-dioxid átalakul 11,1 gramm (0,024 font) zsírra, amelyet óránként fogyasztanak állva. A dietetikusok elmondják, hogy 3500 kalória 1 font zsírnak felel meg. Ezért ortodox módon jelenthetem a kísérletem eredményeit: a kísérlet során állva nagyjából 85 kalóriát égettem el óránként.

Ez a gyakorlat számos kémiai ötlet alkalmazását tartalmazta (ideális gáztörvény, sztöchiometria, táplálkozás és egyszerű kinetika). Tekintettel erre, és arra a tényre, hogy az ausztrál szerzők kémiatanárokat kértek a fogyás kémiai fogalmainak bemutatására, eljátszom azzal az ötlettel, hogy ezt a kis vizsgálatot laboratóriumi kísérletké alakítsam át hallgatóim számára. Ezért nagyra értékelném a kísérleti protokoll javítására vonatkozó javaslatokat (amelyeket a fenti videóban láthat). Ha bármelyikőtök kipróbálja ezt a kísérletet (akár saját, akár a diákjaival együtt), közölje velem, hogyan működik az Ön számára.