Kas olete kunagi mõelnud, kust pärineb teave toidumärgil olevate kalorite kohta? Kuidas on võimalik teada, kui palju toitu annab toit, ilma et oleks uuritud selle teed suust ükskõik millise raku tuuleni tarbida glükoosimolekule, mis on loodud süsivesikutest, rasvadest ja valkudest, mis moodustavad teie (mitte vee) toiduportsjonid sööma?
Kalorite sisaldus või kütteväärtus, aine on energia hulk, mis vabaneb aine täielikul "põlemisel" või täielikul põlemisel. Põlemine on üks viiest keemiliste reaktsioonide põhitüübist ja see toimub alati hapniku (O2), kusjuures teine reagent on mingisugune (tavaliselt süsinikupõhine) kütus.
- Aine kütteväärtus antakse tavaliselt koguse kohta, see tähendab põletatud aine mooli (m) kohta.
Kuidas mõõdetakse küttekütte kütteväärtust?
Esiteks mõned terminoloogiad. A kalorsusega (cal) on soojushulk (energia), mis on vajalik 1 g (grammi) vee temperatuuri tõstmiseks 1 kraadi Celsiuse järgi (° C). Toitumisalaste siltide "kalorid" on tegelikult kilokalorid ehk kcal (1 000 kal). Keemias on energia standardühik džaul (J), mis on võrdne 4,18 cal. Seega võrdub 1 toidu "kalor" (1.000) (4.18) J = 4.18 kJ.
Toidu energiasisaldust mõõdetakse konkreetse aine (nt etanool, aminohape, glükoos) teadaoleva massi sisestamisega seadmesse, mida nimetatakse pomm kalorimeeter ja reaktsiooni lõpuleviimisel eraldunud soojuse hulga mõõtmine. See saavutatakse teadaoleva veemassi temperatuuri muutuse mõõtmisega suletud kalorimeetris.
See alateadus, nn kalorimeetria, võimaldab teoreetiliselt arvutada kütteväärtust. See sõltub teadmisest, kuidas antud energia sisend muudab teadaolevat veemassi. Tegelikult on see kogus, mida nimetatakse vee erisoojus, on teada juba mõnda aega ja seda selgitatakse allpool. (Muudel ainetel on erinevates keemiaolukordades kasutamiseks oma spetsiifiline soojus.)
Kuidas arvutada kütuse kütteväärtus
Põlemissoojuse (või põlemisentalpia) valem on võrrand:
H = m_C_ΔT
H on põlemisel eralduv soojus, m on soojuskollektorina kasutatava vee mass grammides, C on vee erisoojus (4,184 J / g⋅ ° C) ja ΔT on temperatuuri muutus ° C.
Kütteväärtuse valem näeb sageli sellest erinev välja, sest H ja C on sageli tähistatud erinevate sümbolitega. Kuni kõik ühikud joonduvad nii, et teile jäävad energiaühikud (eelistatult J), pole teie kasutatav täpne kütteväärtuse valem oluline.
Kütteväärtuse arvutamise näide
15,5-grammine etanooli proov, C2H6O (alkohol "täiskasvanute jookides") põletatakse 2000 g H-s2O (2 liitrit toatemperatuuril). Selle tulemuseks on temperatuuri muutus 55 ° C. Kui suur on etanooli põlemissoojus (põlemissoojus mooli kohta)? Elementide molekulmassi leiate perioodilisustabelist (vt Resursid).
Esiteks kasutage perioodilise tabeli abil etanooli moolide arvu arvutamiseks. 1 mol sisaldab kahte C-aatomit (molekulmass või MW 12,0 g; kuus H aatomit (MW = 1,07 g); ja üks hapniku aatom (MW = 16,0 g). Seega 1 mol = (2) (12) + (6) (1) + 16 = 46,0 g. Teil on 15,5 g, seega on teil 15,5 / 46,0 = 0,336 mol.
Nüüd vaadake ülaltoodud võrrandit, et selgitada välja massist m vabanev energia, teadaolev väärtus Cja vee temperatuuri muutus ΔT:
H = (2 000 g) (4,184 J / g⋅ ° C) (55 ° C) = 460 240 J = 460,24 kJ
Nüüd jagage etanooli molaarse põlemissoojuse saamiseks olemasolevate moolide arvuga:
(460,24 kJ) / (0,336 mol) = 1,369 kJ / mol.
See on märkimisväärne arv, mida võiksite oodata milleltki, mida saab kasutada autode toitmiseks.