מבוא לטעם של כימיה


טעם של כימיה

מבוא

פרק זה עוסק במזון שאנו צורכים ובמרכיביו.
נתייחס בפרק זה, גם למינרליים וויטמינים שגופינו צורך, ונרחיב בנושא חומצות השומן (שומנים ושמנים). נלמד להבין מהן חומצות השומן, ומעט על תכונותיהן.

בפרק זה נעסוק גם בפחמימות, בעולם הסוכרים. אולם, נציין כבר כאן שנושא הסוכרים, לא נכלל בתוכנית הלימודים שבה נבחנים במסגרת ה- 70%, אלא בחלק של ה- 30% (שהוא בחינה פנימית).

המזון, בלעדיו אנו לא יכולים להתקיים.
כמות האוכלוסייה בעולמינו, הולכת וגדלה. לכן, יש צורך לייצר כמויות גדולות יותר של מזון.

אחד מהעיסוקים, שבהם עוסקים מדענים בתחום המזון, הוא איך לייצר מזון עשיר יותר, טוב יותר במרכיביו, בכמויות גדולות יותר, ועל פני שטח קטן יותר.
ולכן, מחקרים, לא מעטים, עוסקים בנושא הדשנים, שהם חומרים כימיים שמספקים לצמח את צרכיו, כדי שהוא יגדל באופן הטוב ביותר. לא כל אדמה מכילה את כל המרכיבים שהצמח צריך לגידולו, ולכן, מספקים לו אותם באמצעות הדשנים השונים.
מדינת ישראל, נחשבת ליצרנית גדולה בתחום הזה. גם באיזור חיפה וגם בנגב, ישנם מפעלים העוסקים בתחום הזה.

מן הגידולים השונים, אנו מספקים: פירות, ירקות, חיטה ועוד ועוד…

המזונות השונים, כאמור, מספקים לנו שלוש קבוצות מזון עיקריות, הדרושות לנו, בני האדם, והן:

  1. ויטמינים.
  2. מינרלים.
  3. אבות המזון.

ישנם גם חומרים שונים, כמו אנטיאוקסידנטים ועוד, שבהם לא נדון בפרק זה.

טעם של כימיה מרשם קבוצות מזון

הויטמינים והמינרלים, דרושים לגופנו בכמויות קטנות, באופן יחסי.
מדובר בכמויות שנעות בטווח של מיליגרמים בודדים, ועד למאות מיליגרמים.
נציין שכל מיליגרם שווה אלפית הגרם.
כדי שנקבל קנה מידה, שקית במבה קטנה שוקלת כ- 20 ג'. מכאן, ניתן להבין שמדובר בכמויות קטנות ביותר.

ישנה טבלה המכילה את הכמויות הדרושות לגוף האדם.
כתלות במינו גילו ומשקלו, מצויין בטבלה, מהי הכמות הרצויה מכל אחד מהמינרלים או מהויטמינים, הדרושה לאותו אדם.

לא כל פריט מזון, מכיל את כל הויטמינים והמינרלים שאנו צריכים לאכול בכמות היומית, ולכן נדרשת אכילה מגוונת של מוצרי מזון שונים, כדי לספק את אותם ויטמינים ומינרלים.

מהם הויטמינים ? ומהם מינרלים ?

גם ויטמינים וגם מינרלים, אלה חומרים כימיים הדרושים לגוף האדם, לביצוע תפקודים שונים .
המינרלים הם בדרך כלל, חומרים יוניים בעלי מבנה גבישי שהם לא חומרים אורגניים,( שהבסיס העיקרי שלהם הוא לא פחמן ומימן).
והויטמינים הם בדרך כלל, חומרים מולקולריים אורגניים, (שהבסיס העיקרי שלהם הוא על בסיס היסודות פחמן ומימן), שחלקם חומרים מורכבים, המכילים בהרכבם מטענים חשמליים.

את הויטמינים ניתן למיין באופנים שונים. למשל, על פי התמוססותם במים או בסוגי ממסים שונים.
נראה בהמשך שאלות העוסקות בכך, ונזכר במה שלמדנו כבר בהקשר לכך בפרק מבנה וקישור ( קשרי מימן וקשרי ואן דר ואלס).

אבות המזון

הקבוצה השלישית שהזכרנו היא, אבות המזון.
קבוצה זו מכילה בתוכה, שלושה מרכיבים:

  1. שומנים ושמנים – חומצות שומן עליהם נפרט בשיעור הבא.
  2. פחמימות.
  3. חלבונים.

לחומרים אלו תפקידים רבים בגופינו, אבל הם גם ספקי האנרגיה שלנו.

  • כל 1 ג' של חומצת שומן המתפרקת בגופינו, מספקת לגופינו 9 ק"ק (קילו קלוריות).
  • כל 1 ג' של פחמימה או חלבון המתפרק בגופינו, מספק לגופינו 4 ק"ק (קילו קלוריות).
  • גם אלכוהול מספק לגופינו אנרגיה. פירוק 1 ג' אלכוהול מספק לגופינו 7 ק"ק (קילו קלוריות).

קלוריה היא יחידה מידה לאנרגיה בדומה לג'אול .
בקילו קלוריה יש 1000 קלוריות (כמו שבקילו גרם יש 1000 גרם).

ניתן לחשב למוצרי מזון שונים את הערך הקלורי שלהם, על פי הרכב המזון שלהם .
נציין שויטמינים ומינרלים לא מספקים אנרגיה לגופינו.

נחשב כעת, עבור מספר חומרים, את הערך הקלורי שלהם על פי הנתונים שרשמנו לעיל.

  1. מהו הערך הקלורי של 100 ג' גבינה, שידוע שיש בה 5 ג' שומן, 15 ג' חלבון, ואין בה פחמימות?

    5 × 9 + 15 × 4 = 105 kcal

  2. ספורטאי הכין לעצמו שייק חלבון על ידי שימוש ב- 40 ג' אבקת חלבון והוספת 200 מ"ל מים.ידוע שב- 100 ג' אבקת חלבון, יש 40 ג' חלבון ו- 10 ג' פחמימה ( אין שומנים).
    מהו הערך הקלורי של השייק?
    נוכל בעזרת ערך משולש פשוט לחשב כמה ג' חלבון וכמה ג' פחמימה, יש בכמות שבה השתמש הספורטאי (40 ג'):

    חלבון כמות אבקת חלבון
    40 100 יחס
    16 \xrightarrow { \times \frac { 40 }{ 100 }  } 40 כמות אבקת החלבון
    שהספורטאי צרך

    ב- 40 גרם של אבקה, יש 16 גרם חלבון.

    פחמימה כמות אבקת חלבון
    10 100 יחס
    4 \xrightarrow { \times \frac { 10 }{ 100 }  } 40 כמות אבקת החלבון
    שהספורטאי צרך

    ב- 40 גרם של אבקה, יש 4 גרם פחמימה.

    כעת, נחשב כמה קלוריות יש ב- 40 ג' אבקה. המים שהוספנו לא שינו את מספר הקלוריות בשייק.

    16 × 4 + 4 × 4 = 80 kcal

  3. ב- 100 ג' מוצר יש 76kcal. המוצר מכיל 2 ג' חלבון, 4 ג' שומן וכמות לא ידועה של פחמימה.
    כמה ג' פחמימה יש ב- 100 ג' מוצר ?
    נציין את מסת הפחמימה ב- M ולכן החישוב יהיה:

    2 × 4 + 4 × 9 + M × 4 = 76

    ומכאן נוכל לחשב ש- M = 8.
    ולכן, מסת הפחמימה היא 8 ג' .

  4. 100 ג' גבינה לבנה עם 5% שומן, מכילה גם כ- 8 ג' חלבון ו-2 ג' פחמימה .
    מה הערך הקלורי של 100 ג' גבינה לבנה ?
    המשמעות שבגבינה יש 5% שומן היא, שבכל 100 ג' מהמוצר יש 5 ג' שומן. ולכן :

    5×9 + 8×4 + 2×4 = 85kcal

  5. ב- 25 ג' מוצר יש  56.5kcal.
    ב- 100 ג' מוצר יש 4 ג' חלבון ו – 12 ג' פחמימה .
    מה % השומן במוצר?

    כמות ק"ק מסת מוצר
    56.5 25 היחס
    226 \xrightarrow { \times \frac { 56.5 }{ 25}  } 100

    נציין את מסת השומן ב- 100 ג' מוצר, ב- m. ולכן:

    4 × 4 + 12 × 4 + m × 9 = 226

    ומכאן : m = 18
    אם 100 ג' מהמוצר מכילים 18 ג' שומן, ניתן לקבוע ש -% השומן במוצר הוא 18%.

שאלה בנושא ויטמינים ומינירלים

  1. נתונה הטבלה.
    החומר ויטמין או
    מינרל
    1. KAℓSi3O8
    2. Aℓ2Si2O5(OH)4
    3. טעם של כימיה
    4. טעם של כימיה
    5. NaAℓSi3O8
    6. טעם של כימיה
    7. CaMg(CO3)2
    1. לפי ההגדרות שניתנו לעיל, נסו לקבוע עבור כל אחד מהחומרים בטבלה, מי הוא מינרל ומי ויטמין ?
      החומר ויטמין או
      מינרל
      1. KAℓSi3O8  מינרל
      2. Aℓ2Si2O5(OH)4 מינרל 
      3. טעם של כימיה  ויטמין
      4. טעם של כימיה  ויטמין
      5. NaAℓSi3O8 מינרל 
      6. טעם של כימיה  ויטמין
      7. CaMg(CO3)2  מינרל
    2. הסבירו מדוע לחומר 4 מסיסות במים, ולחומר 3 אין מסיסות במים ?
      חומר 4 הוא חומר מולקולרי, בעל קשרי מימן ואינטראקציות ואן דר ואלס בין המולקולות. בין מולקולות המים ישנם קשרי מימן ולכן נוצרים קשרי מימן בין מולקולות המים לבין מולקולות חומר 4 ולכן לחומר 4  מסיסות במים.
      חומר 3 הוא חומר מולקולרי, שבין המולקולות שלו ישנם אינטראקציות ואן דר ואלס וקשרי מימן, אבל יש לו מעט  מוקדים ליצירת קשרי מימן. לחומר יש חלק הידרופובי גדול מאוד,  אינטראקציות הואן דר ואלס בין המולקולות של חומר 3 חזקות באופן יחסי לא מתאפשרת יצירת קשרי מימן בין מולקולות חומר 3 לבין מולקולות המים. ניתן להסביר זאת כך מולקולות המים לא מצליחות לחדור בין מולקולות חומר זה בגלל קשרי הואן דר ולאס החזקים יחסית שקיימים בין מולקולות חומר 3 ולכן לא לא מתאפשרת יצירת  קשרי מימן בין מולקולות חומר 3 לבין מולקולות המים, ולכן לחומר זה אין מסיסות במים.
    3. זהו את הקבוצות הפונקציונאליות הנמצאות בחומר 3. וציינו מי הן ?
      בחומר 3 יש:
      אלקן : שזה קשר כפול בין 2 אטומי פחמן C═C
      וכן קבוצה כהלית OH–.
    4. לחומר 6 טמפרטורת רתיחה גבוהה מזו של חומר 3 הסבירו מדוע ?
      חומר 6 וחומר 3 הם חומרים מולקולריים, שבין המולקולות שלהם ישנם קשרי מימן ואינטראקציות ואן דר ואלס. לחומר 6 יש יותר מוקדים (יותר אפשרויות), ליצירת קשרי מימן בין המולקולות. בנוסף לכך, ענן האלקטרונים שלו גדול יותר, ולכן גם אינטראקציות הואן דר ואלס בין המולקולות שלו חזקות יותר. בסך הכל לחומר 6 קשרים בין מולקולריים חזקים יותר, ולכן נדרשת אנרגיה רבה יותר לניתוק הקשרים והאינטרקאקציות בין המולקולות שלו ולכן טמפרטורת הרתיחה שלו גבוהה יותר.
    5. רשמו לחומר 4 את הייצוג המלא של נוסחת המבנה.
      טעם של כימיה - נוסחת מבנה מלאה
    6. מהי הנוסחה המולקולרית של חומר 4?
      C6H8O6

שאלות נוספות בחישוב ערך קלורי

  1. מהו הערך הקלורי של 100 ג' גבינה, שידוע שיש בה 24 ג' שומן, 10 ג' חלבון, ואין פחמימות.

    24 × 9 + 10 × 4 = 256 kcal

  2. ספורטאי הכין לעצמו שייק חלבון על ידי שימוש ב- 25 ג' אבקת חלבון והוספת 200 מ"ל מים. ידוע שב- 100 ג' אבקת חלבון, יש 44 ג' חלבון ו- 16 ג' פחמימה ( אין שומנים).
    מהו הערך הקלורי של השייק?
    נוכל בעזרת ערך משולש פשוט לחשב כמה ג' חלבון וכמה ג' פחמימה, יש בכמות שבה השתמש הספורטאי (25 ג'):

    חלבון כמות אבקת חלבון
    44 100 יחס
    16 \xrightarrow { \times \frac { 44 }{ 100 }  } 25 כמות אבקת החלבון
    שהספורטאי צרך

    ב-25 גרם של אבקה, יש 11 גרם חלבון.

    פחמימה כמות אבקת חלבון
    16 100 יחס
    4 \xrightarrow { \times \frac { 16 }{ 100 }  } 25 כמות אבקת החלבון
    שהספורטאי צרך

    ב- 25 גרם של אבקה, יש 4 גרם פחמימה.

    כעת, נחשב כמה קלוריות יש ב- 25 ג' אבקה. המים שהוספנו לא שינו את מספר הקלוריות בשייק.

    11 × 4 + 4 × 4 = 60 kcal

  3. ב- 100 ג' מוצר יש 95kcal. המוצר מכיל 5 ג' חלבון, 3 ג' שומן וכמות לא ידועה של פחמימה.
    כמה ג' פחמימה יש ב- 100 ג' מוצר ?
    נציין את מסת הפחמימה ב- M ולכן החישוב יהיה:

    5 × 4 + 3 × 9 + M × 4 = 76

    ומכאן נוכל לחשב ש- M = 12.
    ולכן, מסת הפחמימה היא 12 ג' .

  4. 100 ג' גבינה לבנה עם 12% שומן, מכילה גם כ- 12 ג' חלבון ו-4 ג' פחמימה .
    מה הערך הקלורי של 100 ג' גבינה לבנה ?
    המשמעות שבגבינה יש 12% שומן היא, שבכל 100 ג' מהמוצר יש 12 ג' שומן. ולכן :

    12×9 + 12×4 + 4×4 = 172kcal

  5. ב- 40 ג' מוצר יש  72kcal.
    ב- 100 ג' מוצר יש 22 ג' חלבון ו – 14 ג' פחמימה .
    מה % השומן במוצר?

    כמות ק"ק מסת מוצר
    72 40 היחס
    180 \xrightarrow { \times \frac { 72 }{ 40 }  } 100

    נציין את מסת השומן ב- 100 ג' מוצר, ב- m. ולכן:

    14 × 4 + 22 × 4 + m × 9 = 180

    ומכאן : m = 4 
    אם 100 ג' מהמוצר מכילים 4 ג' שומן, ניתן לקבוע ש -% השומן במוצר הוא 4%.