праворуч ліворуч

Мети навчання

Зрозумійте взаємозв’язок термохімії та харчування.

Термохімічні кількості, з якими ви можете зіткнутися найчастіше, - це калорійність продуктів. Їжа постачає сировину, необхідну вашому організму, щоб замінити клітини та енергію, яка підтримує їх роботу. Близько 80% цієї енергії виділяється у вигляді тепла, щоб підтримувати температуру тіла на стабільному рівні, щоб зберегти вас у живих. Харчові калорії (з великою С), які ви бачите на етикетках продуктів, дорівнюють 1 ккал (кілокалорія). Калорійність їжі визначається на основі її ентальпії згоряння (ΔH гребінець) на грам, виміряної в калориметрі бомби, використовуючи загальну реакцію

[їжа + надлишок; O_ (g) правий рядок CO_ (g) + H_ O (l) + N_ (g) етикетка]

Однак є дві важливі відмінності між показниками калорійності харчових продуктів та ΔH гребінцем тих самих продуктів, спалених в калориметрі. По-перше, гребінець Δ H, описаний у джоулях (або кілоджоулях), є негативним для всіх речовин, які можуть згоріти. На відміну від цього, калорійність їжі завжди виражається як додатне число, оскільки в ній зберігається енергія. Тому,

[калорійність; зміст = - Дельта H_ етикетка]

По-друге, коли їжа спалюється в калориметрі, будь-який азот, який він містить (переважно з білка, який багатий на азот), перетворюється на N 2. Однак в організмі азот з їжею перетворюється на сечовину [(H 2 N) 2 C = O], а не N 2, перш ніж він виводиться. 632,0 кДж/моль. Отже, зміна ентальпії, виміряна калориметрією для будь-якої їжі, що містить азот, перевищує кількість енергії, яку організм отримав би від неї. Різниця у значеннях дорівнює ΔH гребінці сечовини, помноженому на кількість молей сечовини, які утворюються при псуванні їжі. Ця точка схематично проілюстрована у таких рівняннях:

[їжа + надлишок; O_ ліворуч (g праворуч) xrightarrow [] < Delta H_ H son ​​negativos y, según la ley de Hess, Δ H 3 = Δ H 1 + Δ H 2 . La magnitud de Δ H 1 debe ser menor que Δ H 3, el Δ medido calorimétricamente [ 19459014] peine para un alimento. Al producir urea en lugar de N 2, por lo tanto, los humanos están excretando parte de la energía que se almacenaba en sus alimentos.

Завдяки різному хімічному складу їжа сильно відрізняється за калорійністю. Як ми бачили раніше, наприклад, така жирна кислота, як пальмітинова кислота, при згорянні виробляє близько 39 кДж/г, тоді як цукор, такий як глюкоза, виробляє 15,6 кДж/г. Жирні кислоти та цукри - це будівельний матеріал жирів та вуглеводів, відповідно, двох основних джерел енергії у раціоні. Дієтологи, як правило, призначають середні значення 38 кДж/г (приблизно 9 Кал/г) та 17 кДж/г (приблизно 4 Кал/г) для жирів та вуглеводів відповідно, хоча фактичні значення для конкретних продуктів харчування різняться через різницю у складі. Білок, третє основне джерело калорій у раціоні, також різниться. Білки складаються з амінокислот, які мають наступну загальну структуру:

Загальна будова амінокислоти. Амінокислота містить групу амінів (-NH 2) і групу карбонової кислоти (-CO 2 H).

Окрім компонентів аміна та карбонової кислоти, амінокислоти можуть містити широкий спектр інших функціональних груп: R може бути воднем (–H); алкільної групи (наприклад, -СН 3); арильної групи (наприклад, -CH 2 C 6 H 5); або заміщена алкільна група, що містить амін, спирт або карбонову кислоту (малюнок (PageIndex)). З 20 природних амінокислот 10 потрібно в раціоні людини; Ці 10 називаються незамінними амінокислотами, оскільки наш організм не може синтезувати їх з інших сполук. Оскільки R може бути будь-якою з кількох різних груп, кожна амінокислота має різний ΔH гребінець. Зазвичай, за оцінками, білки мають середній ΔH гребінець 17 кДж/г (приблизно 4 кал/г).

Рисунок (PageIndex): Структури 10 амінокислот. Незамінні амінокислоти цієї групи позначені зірочкою.

Обчисліть кількість доступної енергії, отриманої в результаті біологічного окислення 1000 г аланіну (амінокислоти). Пам'ятайте, що азотовмісним продуктом є сечовина, а не N 2, тому біологічне окислення аланіну дасть менше енергії, ніж горіння. Значення ΔH гребінця для аланіну становить -1577 кДж/моль.

Кістки: амінокислота і ΔH гребінець на моль

Запитали: калорійність на грам

Написати збалансовані хімічні рівняння окиснення аланіну до CO 2, H 2 O та сечовини; згоряння сечовини; і згоряння аланіну. Помножте обидві сторони рівнянь на відповідні множники, а потім переставте їх, щоб скасувати сечовину з обох сторін при додаванні рівнянь.

Використовуйте закон Гесса, щоб отримати вираз для ΔH для окислення аланіну до сечовини через ΔH гребінець аланіну та сечовини. Підставте відповідні значення ΔH гребінця у рівняння та визначте ΔH для окислення аланіну до CO 2, H 2 O та сечовини.

Обчисліть кількість виділеної енергії на грам, поділивши значення ΔH на молярну масу аланіну.

Фактична біологічно доступна енергія аланіну менше, ніж його гребінець ΔH, завдяки виробництву сечовини замість N 2. Ми знаємо значення ΔH гребінця для аланіну та сечовини, тому ми можемо використовувати закон Гесса для розрахунку ΔH для окислення аланіну до CO 2, H 2 O та сечовини.

ДО Ми починаємо з написання збалансованих хімічних рівнянь (1) окислення аланіну до CO 2, H 2 O та сечовини; (2) спалювання сечовини; та (3) згоряння аланіну. Оскільки аланін містить лише один атом азоту, тоді як сечовина і N 2 містять по два атоми азоту, легше збалансувати рівняння 1 і 3, якщо записати їх для окислення 2 моль аланіну: [19459016]

[ліворуч (1 праворуч); 2C_ H_ NO_ ліворуч (праворуч) + 6O_ ліворуч (g праворуч) праворуч 5CO_ ліворуч (g праворуч) + 5H_ O ліворуч (l праворуч) + ліворуч (H_ N праворуч) _ C = O ліворуч (праворуч)]

[ліворуч (2 праворуч); ліворуч (H_ N праворуч) _ C = O ліворуч (s праворуч) + dfrac O_ ліворуч (g праворуч) праворуч CO_ ліворуч (g праворуч) + 2H_ O ліворуч (l праворуч) + N_ ліворуч (g праворуч)]

[ліворуч (3 праворуч); лівий (1 правий); 2C_ H_ NO_ ліворуч (праворуч) + dfrac O_ ліворуч (g праворуч) праворуч 6CO_ ліворуч (g праворуч) + 7H_ O ліворуч (l праворуч) + N_ ліворуч (g праворуч)]

Додавши рівняння 1 і 2 і скасувавши сечовину з обох сторін, ви отримаєте загальне хімічне рівняння безпосередньо:

[ліворуч (1 праворуч); 2C_ H_ NO_ ліворуч (праворуч) + 6O_ ліворуч (g праворуч) праворуч 5CO_ ліворуч (g праворуч) + 5H_ O ліворуч (l праворуч) + скасувати < left (H_ N right) _ C = O left (s right)> ]

[скасувати < left (2 right); left (H_ N right) _ C = O left (s right)> + dfrac O_ ліворуч (g праворуч) праворуч CO_ < 2>ліворуч (g праворуч) + 2H_ O ліворуч (l праворуч) + N_ ліворуч (g праворуч)]

[ліворуч (3 праворуч); лівий (1 правий); 2C_ H_ NO_ ліворуч (праворуч) + dfrac O_ ліворуч (g праворуч) праворуч 6CO_ ліворуч (g праворуч) + 7H_ O ліворуч (l праворуч) + N_ ліворуч (g праворуч)]

B За законом Гесса, Δ H 3 = Δ H 1 + Δ H 2. Ми знаємо, що Δ H 3 = 2Δ H гребінець (аланін), Δ H 2 = Δ H гребінець (сечовина) і Δ H 1 = 2Δ H (аланін → сечовина). Переставити та підставити відповідні значення дає

[= 2 ліворуч (-1577; кДж/моль праворуч) - ліворуч (-632,0; кДж/моль праворуч)] = -2522; кДж/зліва (2; моль; аналін праворуч)]

Таким чином, Δ H (аланін → сечовина) = -2522 кДж/(2 моль аланіну) = -1261 кДж/моль аланіну. Отже, окислення аланіну до сечовини замість азоту призводить до зменшення приблизно на 20% кількості виділеної енергії (-1261 кДж/моль проти -1577 кДж/моль).

C. Енергія, що виділяється на грам при біологічному окисленні аланіну, становить

Це дорівнює -3,382 кал/г.

Обчисліть енергію, що виділяється на грам від окислення валіну (амінокислоти) до CO 2, H 2 O та сечовини. Повідомте свою відповідь на три суттєві цифри. Значення ΔH гребінця для валіну становить -2922 кДж/моль.

-22,2 кДж/г (-5,31 Ккал/г)

Вказана калорійність продуктів не включає ΔH гребінець для тих компонентів, які не перетравлюються, таких як клітковина. Крім того, м’ясо та фрукти складають 50% -70% води, яка не може окислюватися O 2 для отримання енергії. Отже, вода не містить калорій. Деякі продукти містять велику кількість клітковини, яка в основному складається з цукру. Хоча клітковина може спалюватися в калориметрі так само, як глюкоза до вуглекислого газу, води та тепла, у людей не вистачає ферментів, необхідних для розщеплення клітковини на менші молекули, які можуть окислюватися. Тому клітковина також не сприяє калорійності продуктів.