Alimentos, peso, energia e o conceito de entalpia

Os alimentos consumidos pelas pessoas e pelos animais possuem em sua composição variadas proporções de energia armazenada em sua estrutura química. Quando comemos, eles são fracionados, absorvidos pelas células e passam por reações e transformações. Acompanhe:

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A partir dessas mudanças, a energia é liberada e assimilada pelo organismo. Essa energia é usada nas funções vitais do corpo humano.

O valor energético dos alimentos é simbolizado pelas calorias neles contidas. Por definição, uma caloria (1 cal) equivale à quantidade necessária para elevar em 1°C a temperatura de 1 grama de água.

Usualmente, a grandeza de expressão da quantidade de energia contida nos alimentos é a quilocaloria (1 kcal = 1.000 cal), que pode ser representada, também, pela sigla Cal, com “C” maiúsculo (muito utilizada pelos nutricionistas). Entretanto, esse símbolo causa confusão e vem sendo abandonado. Uma quilocaloria (1 kcal, ou 1Cal) equivale a 4,18 kj (quilojoules) de energia.

Uma pessoa utiliza cerca de 33 kcal por quilograma. Assim, um indivíduo com 70 kg deve consumir aproximadamente 2.310 kcal por dia. Atividades físicas extras provocam a queima de porções maiores de energia que o habitual.

As principais substâncias que fazem parte da nossa dieta são açúcares, proteínas, gorduras, água e sais minerais, sendo que os grupos mais importantes no fornecimento de energia são os carboidratos, gorduras e proteínas.

As gorduras englobam os óleos e as gorduras vegetais e animais. Os carboidratos são, basicamente, os açúcares, presentes nos alimentos principalmente na forma de glicose, frutose, sacarose, maltose e lactose. Já as proteínas são compostos orgânicos, como a carne. Há também as enzimas, que são proteínas responsáveis por aumentar a velocidade das reações químicas que acontecem no corpo humano.

Na digestão, os carboidratos, as gorduras e até as proteínas passam por processos químicos em que são reduzidos. As substâncias resultantes são absorvidas pelas células do organismo e reagem com o oxigênio, gerando gás carbônico (CO₂), água (H₂O) e energia.

De acordo com apurações em laboratório, a queima de 1 kg (quilograma) de gordura pura libera cerca de 9.000 kcal (9.000 Cal), enquanto o processamento de 1 kg de açúcares ou de proteínas gera algo em torno de 4.000 kcal (4.000 Cal).

Definição de entalpia

Entalpia é o conceito global de energia (em forma de calor) existente em um sistema termodinâmico. Representada pela letra H, a unidade de expressão da entalpia é o joule (J), de acordo com o Sistema Internacional. O fluxo de energia que ocorre nas transformações é avaliado pela Termodinâmica (ramo da Física que estuda os efeitos das mudanças de temperatura, pressão e volume dos sistemas), com base no conhecimento acumulado sobre o comportamento das energias, de acordo com um conjunto de princípios ou leis da Termodinâmica apuradas em experimentos.

A primeira lei da Termodinâmica, por exemplo, estabelece que a energia do Universo é constante, não podendo ser criada ou destruída. Assim, num experimento de reação química, toda a energia envolvida será trocada entre as substâncias e/ou liberada para o meio que envolve o experimento.

Calculando a variação de entalpia

Apesar de não ser possível calcular o valor de entalpia das substâncias (H), a variação de entalpia (ΔH) equivale à quantidade de calor que pode ser medida nas reações químicas em um sistema. Temos, portanto: ΔH (variação de entalpia) = Hp (entalpia dos produtos) – Hr (entalpia dos reagentes).

Por esse princípio, é possível saber se a reação liberou calor (exotérmica, onde Hp < Hr, gerando um ΔH negativo) ou absorveu calor (endotérmica, onde Hp > Hr, gerando um ΔH positivo). Recorrendo ao exemplo apresentado anteriormente, uma reação química exotérmica terá uma variação de entalpia (ΔH) negativa:

C₂H₆O_(l) + 3O_2(g) à 2CO_2(g) + 3H₂O_2(l) + 1.369 kJ.

Como Hp < Hr, temos que o ΔH será negativo: ΔH = - 1.389 kJ.

Já no outro exemplo, de reação endotérmica, haverá variação de entalpia (ΔH) positiva:

C_(s) + 2S_(s) + 79,5 kJ à CS_2(l)

Como Hp > Hr, temos que o ΔH será positivo: ΔH = + 79,5 kJ.

Para concluir, equação termoquímica é a forma utilizada para representar uma equação química, sempre se considerando as condições de temperatura e pressão presentes, o estado físico dos componentes, as variedades alotrópicas e a variação de entalpia. Dessa forma, uma reação de carbono (C) e oxigênio (O₂) formando gás carbônico (CO₂) pode ser representada de seguinte forma:

C_(grafite) + O_2(gasoso) à CO_2(gasoso), cujo ΔH = - 393,3 kJ/mol de CO₂ (a 25 °C e 1 atm).

Dificuldade de emagrecer x forma que o alimento vira energia

Por que uns parecem viver permanentemente em regime de greve de fome e ainda assim perdem todas as batalhas contra a balança? E por que outros se deliciam, sem sentimento de culpa, com uma porção extra de torta de chocolate e ainda assim permanecem esbeltos?

A Medicina tem uma tonelada de respostas para dúvidas desse gênero, mas os cientistas não estão satisfeitos com o que sabem.

O segredo da constância de peso num indivíduo saudável está na constância de certa quantidade de gordura no corpo. Sob a forma de gordura, o tecido adiposo armazena 95% das reservas energéticas do organismo. Os outros 5% são supridos pelas reservas de glicogênio – um derivado da glicose – existentes no fígado e no tecido muscular.

Para manter constante o peso, o organismo deve, portanto, gastar tudo o que ganha por meio dos alimentos. Se todos gastassem por igual, a questão se resolveria com uma simples operação aritmética: gordos seriam aqueles que comem mais do que precisam, e magros, os que comem menos.

Mas há situações em que a fisiologia desarruma a lógica. No caso dos magros que comem muito e dos gordos que se alimentam muito mal, o problema não parece ser o que entra em forma de alimento, mas o que sai em forma de energia.

As reações bioquímicas que ocorrem nos processos de digestão, absorção e armazenamento dos nutrientes são extremamente complexas, mas todas estão a serviço de uma nobre causa: o organismo deve manter o seu equilíbrio homeostático. Isto é, precisa conservar o seu meio interno constante, ao mesmo tempo em que gere suas economias. O corpo humano é um modelo de avareza: tudo o que sobra do processo de digestão dos alimentos será transformado em gordura e em glicogênio.

Fontes:

Ciências da Natureza – Química 2/Abril Coleções. – São Paulo: Abril, 2010.

SUPERINTERESSANTE, 5/1989, adaptado.

- Veja também:
Como seria se ninguém precisasse mais comer?