Занимательная химия для детей и взрослых

Остановимся теперь подробнее на расходе энергии. Он, конечно, сильно зависит от пола, веса, а главное – образа жизни. Например, мужчины, занятые на тяжелой физической работе (шахтеры, лесорубы, бетонщики и т. п.), тратят в день около 4500 ккал энергии и должны поэтому хорошо и калорийно питаться, чтобы возместить энергопотери. А, например, работа женщины, не связанная с большими физическими нагрузками (секретарь, бухгалтер и т. п.), требует поступления в организм лишь до 2100 ккал в сутки. Но даже во сне человек расходует энергию на поддержание постоянной температуры своего тела (попросту – на обогрев), на механическую работу различных органов и на синтез новых химических соединений. Это так называемый основной обмен, который составляет для взрослого человека среднего возраста около 1500 ккал в сутки; в единицах мощности это соответствует примерно 70 Вт (1 Вт = 1 Дж/с). Конечно, это значение сильно зависит от пола, возраста и особенностей организма. При этом на скелетные мышцы приходится около четверти всех энергозатрат организма, столько же – на печень, на сердце – 9 % и т. д. При умственном труде и малоподвижном образе жизни суточные энергозатраты обычно не превышают 2000–2500 ккал. И если вес человека со временем не меняется, то примерно столько же энергии поступает в его организм в результате «химической переработки» продуктов питания.

Давным-давно, в ходе эволюции, природа позаботилась о том, чтобы излишние калории в пище (а когда-то они доставались нашим предкам с трудом и нерегулярно) организм откладывал про запас; именно жировые прослойки позволяют запасти максимум энергии на единицу массы. Вот где скрывается ресурс для желающих похудеть: надо просто уменьшить поступление калорий с пищей и увеличить их расход!

Теперь начнем считать. Например, человек хочет за месяц похудеть на 5 кг. Потеря 1 г жира соответствует примерно 9 ккал дополнительно потраченной энергии. «Дополнительно» – это значит, что кроме обычных энергозатрат необходимо изыскивать дополнительные. А можно ли, как иногда обещает реклама, с помощью таблеток сжечь жир без этих дополнительных усилий? Химики еще во времена Лавуазье установили: чтобы сжечь какое-либо вещество, в том числе и жир, необходимо затратить определенное количество кислорода. При этом неважно, где происходит сгорание – в лабораторном приборе или в клетках организма, куда кровь доставляет из кишечника нужные питательные вещества, а из легких – кислород. Разница лишь в том, что в клетках организма питательные вещества сгорают не так, как в калориметре: процесс идет при температуре тела, через много промежуточных стадий. Но, как установил еще в 1840 г. Г. И. Гесс, теплота сгорания, как и любой другой реакции, не зависит от ее механизма. А главное – в теле человека питательные вещества сгорают медленно. Иначе даже не очень сытный обед вызвал бы сильнейший нагрев организма! Подсчитать калорийность обеда непросто, а вот одна плитка шоколада – это более 500 ккал. И если эта энергия у съевшего шоколад человека массой 50 кг выделилась бы сразу, она нагрела бы его тело с 36,6 до 46,6 °С!

Итак, сгорание питательных веществ в клетках идет постепенно, энергия выделяется по мере необходимости, а регулируют этот процесс множество ферментов. При этом выделяющаяся в теле человека теплота успевает рассеяться в окружающем пространстве. Экспериментально расход человеком энергии проще всего определить по количеству потребленного им кислорода; эта методика используется физиологами очень давно.

Теперь займемся химией. Энергетические расходы организма покрываются прежде всего за счет углеводов. Предположим, однако, что организму удается всю энергию получать исключительно за счет окисления жировых накоплений. Запишем уравнение реакции окисления жира кислородом. В качестве «модельного жира» возьмем полный пальмитиновый эфир глицерина (трипальмитин) С₅₁Н₉₈О₆. Из уравнения реакции его окисления С₅₁Н₉₈О₆ + 72,5О₂ → 51СО₂ + 49Н₂О следует, что на 1 моль жира (807 г) требуется 72,5 моль кислорода, т. е. 1624 л при нормальных условиях или 1743 л при 20 °С. Следовательно, на «сжигание» в организме 1 г жира требуется примерно 1,7 л чистого кислорода или около 8,5 л воздуха.