Přemýšleli jste někdy, odkud pochází informace o kaloriích na etiketách potravin? Jak je možné zjistit, kolik energie jídlo poskytne, aniž by bylo nutné studovat jeho cestu od úst k jakýmkoli větrným buňkám až spotřebováváte molekuly glukózy generované ze sacharidů, tuků a bílkovin, které tvoří (nevodnou) část jídla jíst?
Obsah kalorií nebo výhřevnost„látky“ je množství energie, které se uvolní, když je látka úplně „spálena“ nebo je zcela spálena. Spalování je jedním z pěti základních typů chemických reakcí a vždy k němu dochází v přítomnosti plynného kyslíku (O2), přičemž druhým reaktantem je nějaký druh paliva (obvykle na bázi uhlíku).
- Výhřevnost látky se obvykle udává na základě množství, tj. Na mol (m) spálené látky.
Jak se měří výhřevná palivová energie?
Nejprve trochu terminologie. A kalorie (cal) je množství tepla (energie) potřebné ke zvýšení teploty 1 g (gramu) vody o 1 stupeň Celsia (° C). „Kalorií“ na nutričních štítcích jsou ve skutečnosti kilokalorie neboli kcal (1 000 kcal). V chemii je standardní jednotkou energie joule (J), který se rovná 4,18 kal. Tedy 1 potravina „kalorie“ se rovná (1 000) (4,18) J = 4,18 kJ.
Energetický obsah potravin se měří vložením známé hmotnosti určité látky (např. Ethanolu, aminokyseliny, glukózy) do zařízení zvaného bombový kalorimetr a měření množství uvolněného tepla, když reakce skončí. Toho je dosaženo měřením změny teploty známé množství vody v uzavřeném kalorimetru.
Tato dílčí věda, tzv kalorimetrie, umožňuje teoretický výpočet výhřevnosti. Záleží na tom, abychom věděli, jak daný energetický vstup mění známou hmotnost vody. Ve skutečnosti se toto množství nazývalo měrné teplo vody, je známo již nějakou dobu a je vysvětleno níže. (Jiné látky mají své specifické teplo pro použití v různých chemických situacích.)
Jak vypočítat výhřevnost paliva
Vzorec pro spalovací teplo (nebo entalpii spalování) je rovnice:
H = m_C_ΔT
Zde H je teplo uvolněné spalováním, m je hmotnost vody v gramech použité jako sběrač tepla, C je měrné teplo vody (4,184 J / g⋅ ° C) a ΔT je změna teploty ve ° C.
Vzorec kalorické hodnoty často vypadá jinak, protože H a C jsou často reprezentovány různými symboly. Pokud se všechny jednotky vyrovnají tak, že vám zůstanou jednotky energie (nejlépe J), nezáleží na přesném vzorci výhřevnosti, který používáte.
Příklad výpočtu výhřevnosti
15,5 gramů ethanolu, C2H6O (alkohol v „nápojích pro dospělé“) se spaluje ve 2 000 g H2O (2 litry při pokojové teplotě). Výsledkem je změna teploty o 55 ° C. Jaké je molární spalovací teplo (spalovací teplo na mol) ethanolu? Molekulové hmotnosti prvků najdete v periodické tabulce (viz zdroje).
Nejprve použijte periodickou tabulku k výpočtu počtu přítomných molů ethanolu. 1 mol obsahuje dva atomy C (molekulová hmotnost nebo MW, 12,0 g; šest atomů H (MW = 1,07 g); a jeden atom kyslíku (MW = 16,0 g). Tedy 1 mol = (2) (12) + (6) (1) + 16 = 46,0 g. Máte 15,5 g, takže máte 15,5 / 46,0 = 0,336 mol.
Nyní se podívejte na výše uvedenou rovnici a zjistěte energii uvolněnou z hmotnosti m, známou hodnotu Ca teplotní změna ΔT vody:
H = (2 000 g) (4,184 J / g⋅ ° C) (55 ° C) = 460 240 J = 460,24 kJ
Nyní vydělte počtem přítomných molů, abyste získali molární teplo spalování ethanolu:
(460,24 kJ) / (0,336 mol) = 1369 kJ / mol.
To je podstatné číslo, co byste očekávali od něčeho, co lze použít k pohonu automobilů.