химията

Ако искате да отслабнете, трябва да изгорите калории. Всеки, който се е подложил на диета, знае това. Но когато някой отслабне, замисляли ли сте се къде отива загубената маса?

Като химици знаем, че законът за запазване на масата гарантира, че „загубата на тегло“ не може да накара материята да изчезне в забвение. Следователно какво се случва химически, когато някой отслабне?

Двама изследователи от Австралия отговориха на този въпрос по следния начин. Те твърдят, че процесът на отслабване може да се разбере чрез следното химическо уравнение, което представлява окисляването на средна молекула мазнина (C55H104O6):

C55H104O6 + 78 O2 à 55 CO2 + 52 H2O Уравнение 1

Основната идея е, че мазнините в тялото се превръщат във въглероден диоксид и вода, които и двете напускат тялото. Това е толкова просто. Отслабваме чрез издишване на CO2, а също и чрез отделяне на вода (главно чрез издишване, уриниране и изпотяване). Както ще видите по-долу, 84% от масата излиза от тялото като CO2. Не е ли забележително? Загубата на тегло се постига предимно чрез дишане.

Можем да разгледаме уравнение 1 в детайли, за да получим по-голяма представа за това как тялото губи маса. Имайте предвид, че загубеното от тялото тегло идва само от мастната молекула. Докато O2 е необходим реагент, този компонент се доставя от атмосферата. Имайте предвид, че когато се консумира молекула мазнина, всичките 55 въглеродни атома в мастната молекула завършват в CO2, който издишваме извън тялото. Всички 104 водородни атома в молекула мазнина завършват в H2O, който се губи чрез изпотяване, уриниране и издишване. Забележете, че всяка молекула мазнина съдържа и 6 кислородни атома. Къде отиват тези 6 атома? Е, проучванията на изотопното маркиране показват, че 4 от тези кислородни атоми попадат в CO2, докато останалите два попадат в H2O.

Въоръжени с тази информация и моларни маси от периодичната таблица, можем да направим отчет за това къде свършва масата в мазнината. Един мол мазнина тежи 860 грама (55 х 12) + (104 х 1) + (6 х 16) = 860. Припомнете си от предишния параграф, че 55 атома въглерод и 4 атома кислород завършват в СО2 от всяка молекула на дебел. На база на мол, това означава, че 724 грама от всеки мол мазнина завършват в CO2 (55 х 12) + (4 х 16) = 724. Виждаме също така, че 104 атома водород и 2 атома кислород попадат в H2O от всяка молекула мазнина. Това се получава до 136 грама H2O за всеки мол мазнина (104 х 1) + (2 х 16) = 136.

Реших да направя експеримент по химия върху себе си, за да видя как всичко това се съчетава. Първо измислих прост метод за измерване на скоростта на издишване. За целта напълних голяма стъклена колба (обем = 2,1 L) с вода до ръба и я обърнах в съд с вода. Поставих гумена тръба на гърлото на обърнатата бутилка. Докато стоях, измерих времето, за което трябваше да изместя обема вода в обърнатата бутилка, вдишвайки в гумената тръба. Не се опитах да бързам с това - опитах се да издишам възможно най-нормално. В три изпитания установих, че ми отне средно 17 секунди, за да издишам обем, равен на 2,1 л. По време на тези експерименти температурата беше 24 o C и въздушното налягане беше 738 mm Hg в лабораторията. Можете да видите как изпълнявам едно от тези изпълнения във видеото по-долу.

Видеото показва прост метод за изчисляване на скоростта на издишване за субекта.

След това използвах закона за идеалния газ, за ​​да определя бенките газ, които издишах за 17 секунди:

Това достига до 0,0049 мола всяка секунда или 17,7 мола газ на час. Обаче издишаният дъх не е чист CO2: само около 4% от издишания дъх е CO2. По този начин издишвах CO2 със скорост 0,71 мола (31 g) CO2 на всеки час (около 9 mg CO2 в секунда).

Използвайки уравнение 1, виждаме, че 0,71 мола CO2 на час се превръщат в 11,1 грама (0,024 паунда) мазнини, консумирани на всеки час в изправено положение. Диетолозите ни казват, че 3500 калории съответстват на 1 килограм мазнина. Следователно, мога да докладвам резултатите от моя експеримент по по-ортодоксален начин: изгарях приблизително 85 калории на час, докато стоя по време на моя експеримент.

Това упражнение включваше приложение на няколко химически идеи (закон за идеалния газ, стехиометрия, хранене и проста кинетика). Предвид това и факта, че австралийските автори са молили учителите по химия да покрият химическите понятия, свързани с отслабването, аз се заигравам с идеята да превърна това малко разследване в лабораторен експеримент за моите ученици. По този начин бих се радвал много на предложения за подобряване на експерименталния ми протокол (което можете да видите във видеото по-горе). Ако някой от вас изпробва този експеримент (или ваш собствен, или с вашите ученици), уведомете ме как работи за вас.