Всякий человеческий организм можно уподобить открытой термодинамической системе - он обменивается веществом и энергией с окружающей средой. Мы также упоминали о том, что всякий организм «работает» с уменьшением энтропии, то есть в своей деятельности стремится максимально удалиться от равновесного состояния, которое означает смерть организма. Эта борьба требует огромных энергетических затрат, поэтому всю жизнь мы вынуждены поглощать пищу.
У медиков есть особая наука о питании - диетология. Она знает многое про пищевые продукты, их пользу и вред. Одна из важных количественных характеристик пищи - её калорийность. А это ничто иное, как тепловой эффект химической реакции горения пищи, то есть чисто термодинамическое понятие. Иначе калорийность еще называют теплотворной способностью пищи. Термодинамика утверждает: все реакции горения - экзотермичны, то есть идут с выделением теплоты, которую и использует наш организм. Не случайно единицы измерения калорийности пищи совпадают с единицами измерения теплоты и энергии.
В термодинамике чаще всего тепловой эффект реакции определяют в изобарических условиях, то есть при постоянном давлении. Эти условия подходят и для человеческого организма - в нашем организме поддерживается постоянство давления, и даже незначительные его колебания сильно отражаются на самочувствии человека.
Тепловой эффект в изобарических условиях становится функцией состояния и зависит только от начального состояния -энергетики пищевых веществ, и от конечного состояния - энергетики продуктов расщепления.
И все бы хорошо, но пищевые продукты - это чаще всего смеси, и поэтому рассчитать их теплотворную способность на 1 моль невозможно, её рассчитывают на 1 грамм пищи.
Из органической химии мы знаем, что все пищевые продукты включают в себя три класса органических соединений -белки, жиры и углеводы.
Большая часть энергии, в которой нуждается наш организм, поступает из углеводов и жиров. В процессе пищеварения углеводы разлагаются на глюкозу С6Н12О6 . Она переносится током крови к клеткам организма, где реагирует с О2(газ) в несколько стадий, превращаясь в конце концов в СО2(газ) и Н20(ж) с выделением энергии АН°. СбН12Об(т.) + бО2(газ) 6С02(газ) + бН2О(ж); АН° = -2816 кДж
Разложение углеводов происходит быстро, поэтому их энергия сразу же поступает в организм. Средняя калорийность углеводов равна 1 7 кДж/г (около 4 ккал/г).
Подобно углеводам, жиры в результате метаболизма также превращаются в С02 и Н20. Например, сгорание типичного жира стеарина С57Н110О6(тв.) происходит по уравнению 2С57Н110Об(тв.)+ 16302(газ) -> 114С02(газ)+
11ОН20(ж). АН= -75 520 кДж.
Химическая энергия пищи, которая не расходуется на поддержание температуры тела или на мускульную активность
либо, наконец, на перегруппировки атомов пищи в клетки организма, запасается в нем в виде жиров. Существуют по крайней мере две причины, по которым жиры оказываются удобными для хранения избытка энергии в организме:
- они нерастворимы в воде, что позволяет им накапливаться в теле;
- жиры выделяют больше энергии в расчете на один грамм, чем белки или углеводы, что делает их наиболее эффективным источником энергии. Средняя калорийность жиров равна 38 кДж/г (около 9 ккал/г).
Белки используются организмом в основном как строительный материал для клеток стенок различных органов, кожи, волос, мускулов и так далее. В среднем при метаболизме белков выделяется 1 7 кДж/г (около 4 ккал/г).
Интересно, а как измеряют калорийность пищевых продуктов? Самим медикам было бы трудно справиться с этим, ведь организм - очень сложная система. Здесь на помощь снова пришла термодинамика.
Тепловой эффект в условиях существования организма есть функция состояния, то есть не зависит от того, где и как вещество вступает в реакцию при условии, что продукты реакции остаются неизменными. Поэтому для определения калорийности пищи используют калориметр сгорания. Не слишком достоверные результаты получаются только для белков - в калориметрической бомбе азот, содержащийся в белках, выделяется в виде N2 или оксидов азота, а из организма он выводится в виде мочевины СН4^С.
С помощью калориметра подсчитали, что в среднем потребность организма в энергии составляет 6300 кДж (около 1500 ккал). Но для каждого из нас эта цифра различна. Объяснение этому дает Первый закон термодинамики: теплота, получаемая системой, идет на изменение её внутренней энергии и совершение работы
Q = AU+А.
Под изменением внутренней энергии мы подразумеваем её затраты на поддержание температуры тела, перегруппировку атомов пищи в клетки организма и, наконец, запас энергии в виде жиров. Зная это, диетологи могут смело советовать желающим увеличить свой вес в состоянии покоя (когда величина совершаемой работы мала) поглощать как можно больше высококалорийной пищи - жиров и углеводов: тогда излишняя внутренняя энергия пойдет на организацию запаса жиров в организме.
Напротив, желающим похудеть обычно рекомендуют побольше двигаться и поменьше есть булочек и пирожков (то есть уменьшить количество энергии, поступающей в виде пищи).
И еще. Чтобы зимой не мёрзнуть на улице и не простужаться, медики советуют хорошо питаться. В голодном состоянии организм «вынужден» расходовать меньше энергии на поддержание температуры тела и протекание внутренних процессов, а ослабленный организм может легче «подхватить» простуду.
Поможем написать любую работу на аналогичную тему