Oletko koskaan miettinyt, mistä elintarvikemerkintöjen kaloreita koskevat tiedot ovat peräisin? Kuinka on mahdollista tietää, kuinka paljon energiaa ruoka tuottaa, ilman että tutkitaan sen polkua suusta mihin tahansa soluun kuluttaa glukoosimolekyylit, jotka syntyvät hiilihydraateista, rasvoista ja proteiineista, jotka muodostavat ruoan (muun kuin veden) annokset syödä?
Kaloripitoisuus tai lämpöarvoAineen määrä on energiamäärä, joka vapautuu, kun aine on täysin "palanut" tai palanut kokonaan. Palaminen on yksi viidestä kemiallisten reaktioiden perustyypistä, ja se tapahtuu aina happikaasun (O2), jolloin toinen reagenssi on jonkinlainen (yleensä hiilipohjainen) polttoaine.
- Aineen lämpöarvo ilmoitetaan yleensä määräkohtaisesti, toisin sanoen poltetun aineen moolia (m) kohti.
Kuinka lämpöpolttoaineen energia mitataan?
Ensinnäkin joitain terminologioita. A kalori (cal) on lämmön (energian) määrä, joka tarvitaan nostamaan 1 g (gramma) veden lämpötilaa 1 celsiusaste (° C). Ravintotarrojen "kalorit" ovat itse asiassa kilokaloreita tai kcal (1000 kaloria). Kemiassa energian standardiyksikkö on joule (J), joka on 4,18 cal. Siten yksi ruoka "kalori" on yhtä suuri kuin (1.000) (4.18) J = 4.18 kJ.
Ruoan energiasisältö mitataan asettamalla tietty massa tiettyä ainetta (esim. Etanoli, aminohappo, glukoosi) laitteeseen, jota kutsutaan pommi kalorimetri ja mitataan vapautuneen lämmön määrä, kun reaktio menee loppuun. Tämä saavutetaan mittaamalla tunnetun vesimassan lämpötilanmuutos suljetussa kalorimetrissä.
Tämä ala-tiede, nimeltään kalorimetria, mahdollistaa lämpöarvon teoreettisen laskemisen. Se riippuu siitä, kuinka tiedetään, kuinka tietty energian syöttö muuttaa tunnettua vesimassaa. Itse asiassa tätä määrää kutsutaan veden ominaislämpö, on ollut tiedossa jo jonkin aikaa, ja se selitetään alla. (Muilla aineilla on omat erityiset lämpötilansa käytettäväksi erilaisissa kemiatilanteissa.)
Kuinka lasketaan polttoaineen lämpöarvo
Palamislämmön (tai palamisentalpian) kaava on yhtälö:
H = m_C_ΔT
Tässä H on palamisesta vapautuva lämpö, m on lämmönkerääjänä käytetyn veden massa grammoina, C on veden ominaislämpö (4,184 J / g⋅ ° C) ja ΔT on lämpötilan muutos ° C: ssa.
Lämpöarvokaava näyttää usein erilaiselta kuin tämä, koska H: ta ja C: tä edustavat usein erilaiset symbolit. Niin kauan kuin yksiköt kaikki kohdistuvat niin, että jäljelle jää energian yksiköt (mieluiten J), käyttämäsi tarkka lämpöarvokaava ei ole väliä.
Esimerkki lämpöarvon laskemisesta
15,5 gramman näyte etanolia, C2H6O (alkoholi "aikuisten juomissa") poltetaan 2 000 g: ssa H: ta2O (2 litraa huoneenlämmössä). Tämän seurauksena lämpötilan muutos on 55 ° C. Mikä on etanolin molaarinen palamislämpö (palamislämpö moolia kohden)? Katso jaksollisesta taulukosta (katso Resurssit) elementtien molekyylipainot.
Käytä ensin jaksollista taulukkoa laskeaksesi läsnä olevan etanolin moolien määrän. 1 mol sisältää kaksi C-atomia (molekyylipaino eli MW 12,0 g; kuusi H-atomia (MW = 1,07 g); ja yhden happiatomin (MW = 16,0 g). Täten 1 mol = (2) (12) + (6) (1) + 16 = 46,0 g. Sinulla on 15,5 g, joten sinulla on 15,5 / 46,0 = 0,336 mol.
Katso nyt yllä olevaa yhtälöä saadaksesi selville massasta m vapautuneen energian, tunnetun arvon Cja veden lämpötilan muutos ΔT:
H = (2000 g) (4,184 J / g⋅ ° C) (55 ° C) = 460240 J = 460,24 kJ
Jaa nyt läsnä olevien moolien lukumäärällä saadaksesi etanolin molaarisen palamislämmön:
(460,24 kJ) / (0,336 mol) = 1369 kJ / mol.
Tämä on huomattava määrä, mitä voit odottaa sellaiselta, jota voidaan käyttää autojen moottorina.