Arkiv för kategori ‘mol’

”Alla vet” att fett innehåller 9 och kolhydrater 4 kcal/gram. Men hur många vet vad det beror på? Båda består enbart av grundämnena kol (C), väte (H) och syre (O) men i olika proportioner och strukturell uppbyggnad.

Glukos

Kolhydrater, monosackarider, som har betydelse för oss ur energisynpunkt har summaformeln C6H12O6. De kan uppträda ensamt eller i  kombinationer som är väsentligt olika varandra. De tre grundläggande enkla sockerarterna glukos, fruktos och galaktos kan bilda så olika kombinationer som t.ex. cellulosa, fibrer och vanligt vitt socker.

Varje kryss och vinkeln representerar kolatomer även om de inte är utskrivna. Underlättar för de som förstår grundläggande ”kemiska”, strular till det för resten. En stor del av ett yrkes kompetens består i en terminologi som håller oinvigda på avstånd.

Hexansyra

De neutrala fetter, triglycerider, som vi både äter och kan lagra är långt mer varierande. De byggs av tre fettsyror, sinsemellan lika eller olika, bundna till en glycerolmolekyl, en slags bärare som håller samman och organiserar dem. Praktiskt taget all energi i en triglycerid finns att hämta från fettsyrorna, glycerolens bidrag är obetydligt och kompenseras mer än väl av att ny glycerol hela tiden måste nybildas när fettsyror ska återkombineras till triglycerider, något som sker flera gånger i en fettsyras ”liv”. För att göra en rättvisande jämförelse väljer jag en okomplicerad fettsyra med 6 kolatomer, den mättade hexansyran (hexan betyder 6). Dess summaformel är C6H12O2, märk likheten med monosackariden ovan!

Den övre av de båda framställningarna i bilden används gärna av kemister, de har kommit överens om att i varje ”vinkel” och änden av strecken finns en kolatom. Varje kolatom i vinklarna har sällskap av ett par väteatomer. Kolatomen i änden till vänster skiljer sig från de andra, den har tre väteatomer som sällskap. Den kallas metyländen och är en slags kemisk ”punkt”, ett avslut. Läser du om metylering i t.ex. DNA är det nästan samma sak, något som sätter in ett avslutande skiljetecken i den långa mening som kallas DNA.

Nu kan du ana vari skillnaden i energiinnehåll består, särskilt om du tänker på att all energimetabolism i slutändan bildar vatten (H2O) och koldioxid (CO2).

Att räkna mängder av ämnen i gram känns vardagligt och naturligt, men inte för kemister. Eftersom de ofta betraktar molekyler och deras inbördes reaktionen mycket närsynt väljer de ett helt annat mått, mol*. Avogadros tal** är en konstant som binder samman antalet atomer/molekyler av ett ämne med dess atom/molekylvikt.

Varje grundämne har en atomvikt som i huvudsak beror på atomkärnans massa, elektronernas bidrag är oftast försumbart. För kol använder vi talet 12, väte har 1 och syre 16. Då atomer i naturen visar små skillnader i sina atomkärnor så är dessa tal inte exakta utan varierar något men är alltid något större än de jag angett. (Irriterande fråga: Varför är de större?)

När vi adderar atomvikterna i en glukosmolekyl blir det (6×12 + 12×1 + 6×16) = 180. Nu är det så finurligt bestämt att 180 gram glukos innehåller 6,02 x 1023 ** molekyler och därför är 1 mol. Vid samma uträkning på hexansyra, den mättade fettsyra som har 6 kol, blir molvikten 116 gram.

I Review of Medical Physiology av William F. Ganong, 20de upplagan, finns ytterligare uppgifter vi behöver.

  • 1 mol hexansyra (116 gram) ger 44 mol ATP*
  • 1 mol glukos (180 gram) ger 38 mol ATP

100 gram glukos ger alltså ungefär 21,1 mol ATP medan samma massa av hexansyra presterar inte mindre än 37,9 mol ATP.

När vi utvinner energi ur glukos resp. hexansyra sker det genom lång rad reaktioner som resulterar i ATP, vatten och koldioxid. Både glukos och hexansyra har samma antal kol och väte men olika antal syre, glukosen har tre gånger så många. Det betyder att den redan är avsevärt mer oxiderad redan från start.

  • Som regel kan man betrakta andelen ”rena” kol-väte-bindningar som mått på det utvinningsbara energiinnehållet i en molekyl.
  • Alla fettsyror innehåller alltid exakt 2 syre, vilket innebär att energibidraget från en lång fettsyra är större än från en kortare.

Till detta kommer att enskilda glukosmolekyler aldrig kan uppträda koncentrerat i kroppen utan att skada oss. I hela blodmängden på 5-6 liter bör det inte varaktigt finnas nämnvärt mer än 5 gram glukos, 1 gram per liter = 1 promille. En fiktiv person på 70 kg skulle, givet att glukosen kan slås ut över hela kroppsmassan, kunna lagra 70 gram glukos.

Turligt nog är verkligheten annorlunda, glukos kombineras till långa grenade kedjor, glykogen, som lagras i muskler och levern, sammanlagt cirka 500 gram/2000 kcal. Koncentrationen kan ökas avsevärt utan att skada våra celler då det är ändarna på glykogenkedjorna som kan ställa till problem, och de är långt färre än antalet glukosmolekyler. Trots allt kräver detta glykogen en del vatten för att späda ut det till ofarliga koncentrationer. Ett komplett glykogenförråd väger då ungefär 2 kilo.


*) Mol är inte bundet till enbart atomer och molekyler utan kan användas för att räkna t.ex. antalet fotoner, ATP och annat som finns i oerhört stora antal.

**) Avogadros tal = 6,02 x 1023 = 602 000 000 000 000 000 000 000

***) ATP, adenosintrifosfat, är en grundläggande energibärare som produceras i cellernas mitokondrier ursprungligen från den mat vi äter eller återvinner från diverse lager i kroppen. ATP är en gemensam energivaluta som våra celler använder.

Annonser

Båda jämför/mäter substansmängder. Den ena, ppm, är lätt att förstå, den andra (mol) avsevärt tydligare för den som lägger jobb på att förstå dess innebörd.

  • Om du har tillgång till en våg med godtyckligt hög precision kan du mäta massan/vikten av substanser och ange deras inbördes förhållanden i ppm (parts per million). Det är alltså förhållanden (koncentration) mellan vikter/massor man mäter vilket inte i sig säger något bestämt om t.ex. deras reaktionsförmåga.
  • Vattenblandningar av silverprodukter värderas vanligen som masssan (”vikten”) av dess silver i förhållande till vattnet. Ion Silver anger att IONOSIL har koncentrationen 10 ppm varav 90% är joner, Ag+. Det innebär 9 viktdelar silverjoner per 999 991 delar vatten.
  • Atomen silver (Ag) och jonen (Ag+) har praktiskt taget samma massa, en enda elektron av 47 skiljer dem åt.

Allt omkring oss byggs av atomer, flertalet inte i grundform utan som molekyler. Långt innan den moderna uppfattningen av atomer och molekyler tog form på 1800-talet hade experimentalfysiker insett att ämnen reagerar med varandra i mycket bestämda proportioner och Amadeo Avogadro postulerade redan 1811 att

  • …givet samma temperatur, tryck och volym innehåller alla gaser samma antal molekyler.

Begreppet utvecklades, förfinades och i kombination med atom– och molekylvikter blev det grunden till SI-enheten* mol som definierar substansmängder i ett ämne. Jean Baptiste Perrin (Nobelpris i fysik 1926) utnyttjade andra forskares rön (t.ex. Einsteins teori om Brownsk rörelse) och beräknade Avogadros tal.

  • En mol av ett ämne är samma antal gram som ett ämnes atom- alternativt molekylvikt.
  • I en mol av ett ämne finns då cirka 6 * 1023 atomer alternativt molekyler.

Definitionen av mol utgår numera från massan av en kolatom 12C med exakt 12 nukleoner i kärnan (6 protoner och 6 neutroner) och därmed atomvikten 12. Ur detta följer att väteatomens (H) atomvikt är 1, syreatomens (O) är 16 samt silver (Ag) 108. **

  • Ämnens reaktioner beror av deras inbördes egenskaper samt antal atomer/molekyler/joner som deltar i reaktionen, inte deras massor.

Låt oss betrakta IONOSIL som den deklareras på dess hemsida, 10 ppm silver varav 9 ppm Ag+. Av skäl som kommer att framgå anger jag dess massa av Ag+ i 18 gram Ionosil (1 mol vatten).

  • 18 gram IONOSIL innehåller (18 * 10-3) * (9 * 10-6)  => 1,62 * 10-7 gram Ag+
  • Det motsvarar 1 gram silverjoner per 6,2 kubikmeter vatten.
  • När IONOSIL späds 100 gånger för att användas vid vattenrening räcker 1 gram silverjoner för 620 kubikmeter vatten!

Om vi väljer att beräkna förhållanden mellan antal Ag+ och antalet molekyler av lösningsmedlet blir resultatet riktigt intressant.

  • 18 gram av vätskeblandningen är nästan uteslutande 1 mol vatten. (Atomvikten för väte är 1 och för syre 16, tillsammans blir då molekylvikten för H2O (1+1+16 = 18)
  • 1 mol (18 gram) vatten innehåller 6 * 1023 molekyler H2O.
  • Silver har atomvikten 108, i jonform praktiskt taget samma.
  • Angivet i mol blir det (1,62 *10-7) / 108 => 1,5 * 10-9 mol Ag+ i 18 gram IONOSIL
  • Antal Ag+ i dessa 18 gram IONOSIL är då 9 * 1014, ett gigantiskt antal men försvinnande liten andel av vätskan.

Antalet vattenmolekyler i IONOSIL i förhållande till antalet silverjoner är då (6 * 1023) / (9 * 1014) cirka 6,7 * 108. Om och när vi späder ut den i vattenreningssyfte (10 ml per liter vatten som skall behandlas = 100 gånger), antalet vattenmolekyler är då 6,7 * 1010 per silverjon.

För att få en känsla för detta tal kan vi jämföra med världens sammanlagda befolkning, runt 7,3 * 109, som är ungefär 1/9!

Om det krävs så lite som en silverjon per 67 000 000 000 vattenmolekyler, alternativt 1 gram silverjoner i 620 kubikmeter vatten för att på 15 minuter rena vatten från bakterier så att det blir drickbart, är då silverjonen farlig eller ofarlig?

Källa: Silver – del 5, Är det ”farligt”?

Den som upptäcker fel i det jag skriver kan kommentera eller maila till erik(dot)matfrisk(at)gmail.com.

Tidigare i ämnet: Silver – Del 1, grundläggande kemi,  Silver – del 2, hur farligt/ofarligt är ett ämne?,  Silver – del 3, utspädningseffekten,  Silver – del 4, Vad är en kolloid?,  Silver – del 5, Är det ”farligt”?,  Silver – del 6, passage genom hud,  Silver – del 7, metalloproteiner? Silver – del 8, vad är oligodynamisk effekt?,  Silver – del 9, några av silverjonens egenskaper,  Silver – del 10 – en potent virusdödare?,  Silver – del 11, begreppsförvirring?,  Silver – del 12, Harmlöst eller farligt?,  Silver – del 13, silvernanopartiklar i blod in vivoSilver – del 14, Gramnegativa och grampositiva bakterier

Fortsättning följer, var så säker…


*) Alla i fysik och kemi förekommande enheter kan härledas ur de sju grundenheterna i SI-systemet. När jag gick i gymnasiet användes en tidigare variant, MKSA, som stod för meter, kilo, sekund och ampere. Sedan jag först skrev detta har jag lärt mig att en ”riktig fysiknörd” med rätta kan hävda att det bara krävs två grundenheter, massa och tid, för att definiera alla andra.

**) De atom- och molekylvikter jag använder, utöver för 12C, är närmevärden, avrundade till närmaste heltal. Utmaning till nördar: 108Ag är mycket sällsynt och instabilt med en halveringstid 418 år men trots det anger jag silvers atomvikt till 108. Hur kommer det sig?