• Contribuție de Ed Vitz, John W. Moore, Justin Shorb, Xavier Prat-Resina, Tim Wendorff și Adam Hahn
  • ChemPRIME la Biblioteca digitală de educație chimică (ChemEd DL)

Teoria atomică în alimente

elementare

Introducere: minerale, elemente și compuși

Cărțile de nutriție sunt adesea confuze atunci când discută despre cerințele nutriționale umane. De exemplu, unul, discutând despre mineralele esențiale în nutriția sportivă [1], spune „Mineralele sunt elemente”. Dar un singur mineral esențial comun, fierul (simbolizat Fe pentru latina „Ferrum”) este ingerat în mod obișnuit ca element. Fierul este un element deoarece este alcătuit dintr-un un singur tip de atom, desemnat de simbolul Fe. Alte simboluri sunt date în tabelul de mai jos. Particulele metalice de fier se găsesc de fapt în cerealele pentru micul dejun [2], iar cel mai simplu mod de a dovedi că este să plutești un fulg de cereale pe apă și să-l tragi cu un magnet. De asemenea, îl puteți vedea extras în mai multe videoclipuri de pe YouTube ca acesta. Uneori fierul este adăugat ca o compus, ca "sulfat feros", FeSO4. Un compus are atomi de mai multe elemente legate între ele, este un raport specific. Raporturile sunt date de indicii din formulă; în acest caz, sulfatul feros este fabricat din 1 atom de fier, 1 din elementul sulf și 4 atomi ai elementului oxigen.

Un alt mineral esențial care este identificat greșit este „iodul”. Nutrientul pe care îl ingerăm de fapt nu este elementul iod, ci un compus de iod cum ar fi iodura de potasiu, KI (K este simbolul potasiului, după Kalliumul german).

În timp ce mineralul KI arată și are gust de sare de masă, elementul iod este un solid violet închis (aproape negru) solid, uneori dizolvat în alcool pentru a da o soluție maro utilizată pentru dezinfectarea rănilor minore. Este un element toxic cu formula I2 2+) și 2 „ioni fosfat”, fiecare format dintr-un atom de fosfor legat de 4 atomi de oxigen și având o sarcină totală de 3. Fosforul este, de asemenea, furnizat în biomolecule găsite în carne și legume.

„Dietele elementare”

O "dietă elementară" este o soluție de nutrienți care poate fi administrată intravenos (sau cu un tub de hrană gastrică) pentru persoanele cu tulburări digestive, cum ar fi boala Crohn sau colita. Nu sunt elemente într-o dietă elementară, dar cei mai simpli compuși chimici care pot furniza nutriție completă (sau aproape completă). O dietă elementară tipică ne arată ce este necesar pentru a ne menține corpul. [3] Avem nevoie de uncii în kilograme de macronutrienți zilnic, dar de obicei mai puțin de 5 g (.2 oz) de micronutrienți.

Raportul elementelor chimice din corpul nostru este uneori prezentat ca o „formulă pentru o ființă umană”, care nu reprezintă niciun compus chimic real, ci ne spune doar numărul relativ de atomi:

Deci, pentru doar 1 atom de cobalt (Co), avem nevoie de 2 680 atomi de fier, 1 500 000 atomi de calciu (Ca) etc. În mod clar, chimia ne poate spune multe despre nutriție. Dar de unde știm ce este un „element” și ce este un „compus” și ce compuși furnizează elementele de care avem nevoie pentru a ne menține corpul?

Cum știm ce substanțe conțin elemente esențiale?

Primii filozofi greci (Empedocles, Lucretius și Democrit) au propus că totul era făcut din atomi, dar nu avea nicio modalitate de a furniza dovezi pentru afirmație. Dovezi că fiecare element chimic este compus dintr-un fel de atom (care este neschimbat în timpul reacțiilor chimice) dezvoltat în cele din urmă între 1750 și 1850. Privind imaginile de iodură de potasiu (KI) și iod (I2) de mai sus, ne vom ajuta să ne imaginăm cât de neverosimil este trebuie să fi părut că împărtășesc un atom comun de iod.

Dovezi pentru atomi neschimbați, deoarece componentele elementelor provin din măsurători de greutate. Joseph Priestley și Antoine Lavoisier au interpretat corect în cele din urmă corect pierderea în greutate atunci când unele substanțe ard (lemn sau zahăr) și creșterea în greutate a altora, recunoscând faptul că masa atomilor din gaze a fost neglijată. Lavoisier a arătat că mercurul (Hg) câștigă în greutate, deoarece se combină cu moleculele de oxigen din aer pentru a produce oxid mercuric solid: 2 Hg + O2 → 2 HgO. Dar lemnul pierde în greutate deoarece este transformat în molecule gazoase de dioxid de carbon și apă cu masă egală. Reacția de ardere este similară combinației de zahăr, glucoză, care stă la baza metabolismului glucidelor din corpul nostru pentru a furniza energie:

Anterior, van Helmont [5] nu reușise să recunoască faptul că încorporarea dioxidului de carbon gazos a contribuit cel mai mult la creșterea în greutate a copacilor; a crezut că este apa, deoarece solul nu a prezentat practic nicio schimbare de masă. Cu toate acestea, el și-a manifestat angajamentul față de ideea de conservarea masei, că nicio masă nu trebuie pierdută sau câștigată în timpul unei schimbări chimice. Ecuația pentru fotosinteză este doar inversul ecuației de ardere de mai sus,

dioxid de carbon + apă + energie luminoasă → carbohidrați + oxigen

așa că am putea spune că copacii sunt preponderent CO2 și că, atunci când ard, eliberează energia pe care o absorbiseră de la soare în timp ce cresc:

Pe măsură ce Lavoisier și-a continuat experimentele cu oxigenul, a observat altceva. Deși oxigenul combinat cu multe alte substanțe, nu s-a comportat niciodată ca și cum ar fi el însuși o combinație de alte substanțe. Lavoisier a reușit să descompună calciul roșu în mercur și oxigen, dar nu a putut găsi nici o modalitate de a descompune oxigenul în două sau mai multe substanțe noi. Din această cauză a sugerat că oxigenul trebuie să fie un element—O substanță simplă în cele din urmă, care nu ar putea fi descompusă prin modificări chimice.

Aceasta a fost descoperirea fundamentală care ne permite să identificăm fosfatul tricalcic ca o sursă bună de „fosfor” sau iodură de potasiu ca o sursă bună de „iod”.

John Dalton [1] (1766-1844) a fost o generație mai tânără decât Lavoisier și diferită de el în aproape toate aspectele. Dalton provenea dintr-o familie muncitoare și a urmat doar școala elementară. În afară de aceasta, a fost în întregime autodidact. Chiar și după ce a devenit celebru, nu a aspirat niciodată dincolo de existența unui modest burlac în care s-a susținut predând matematică elevilor privați. Dalton a adus numeroase contribuții la știință și nu pare să fi realizat că teoria sa atomică a fost cea mai importantă dintre ele. În „New System of Chemical Philosophy” publicat în 1808, doar ultimele șapte pagini dintr-un total de 168 sunt dedicate acestuia!

Referințe

  1. ↑ Driskell, J.A. „Nutriție sportivă”, CRC Press, Boca Raton, FL, 2000, p. 85
  2. ↑ http: //www.chymist.com/iron.pdf
  3. ↑ www.neocate.com/aaa_neocate/6. gredients.html
  4. ↑ Sterner, R.W. și J.J. Elser, „Stoichiometrie ecologică: biologia al elementelor de la molecule la biosferă”, Princeton University Press, Princeton, NJ, 2002, p. 3
  5. ↑ en.Wikipedia.org/wiki/Van_Helmont

Colaboratori și atribuții

Ed Vitz (Universitatea Kutztown), John W. Moore (UW-Madison), Justin Shorb (Hope College), Xavier Prat-Resina (Universitatea din Minnesota Rochester), Tim Wendorff și Adam Hahn.