A fogyás kémia Kémiai oktatás Xchange
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.