Jeste li se ikad zapitali odakle informacije o kalorijama na etiketama namirnica? Kako je moguće znati koliko će energije pružiti hrana, a da se zapravo ne prouči njezin put od usta do bilo kojih stanica koje vjetruju konzumirajući molekule glukoze generirane iz ugljikohidrata, masti i proteina koji čine (ne-vodene) dijelove hrane koju jesti?
Sadržaj kalorija ili kalorijska vrijednost, tvar je količina energije koja se oslobađa kad se tvar potpuno "izgori" ili podvrgne potpunom izgaranju. Izgaranje je jedna od pet osnovnih vrsta kemijskih reakcija, a ono se uvijek događa u prisutnosti plina kisika (O2), s tim da je drugi reaktant neka vrsta goriva (obično na bazi ugljika).
- Kalorijska vrijednost tvari obično se daje prema količini, odnosno po molu (m) izgarane tvari.
Kako se mjeri kalorična energija goriva?
Prvo, neka terminologija. A kalorija (cal) je količina topline (energije) potrebna za povišenje temperature od 1 g (grama) vode za 1 stupanj Celzija (° C). "Kalorije" na naljepnicama s prehranom zapravo su kilokalorije ili kcal (1.000 kal). U kemiji je standardna jedinica energije džul (J), jednak 4,18 kal. Dakle, 1 "kalorija" hrane jednaka je (1.000) (4.18) J = 4.18 kJ.
Sadržaj energije u hrani mjeri se stavljanjem poznate mase određene tvari (npr. Etanola, aminokiseline, glukoze) u uređaj koji se naziva kalorimetar bombe i mjerenje količine oslobođene topline kad reakcija završi. To se postiže mjerenjem promjene temperature poznate mase vode u zatvorenom kalorimetru.
Ova podznanost, tzv kalorimetrija, omogućuje teoretski izračun toplinske vrijednosti. Ovisi o tome kako se zna kako zadani unos energije mijenja poznatu masu vode. Zapravo, ta količina, koja se naziva specifična toplina vode, poznat je već neko vrijeme i objašnjen je u nastavku. (Ostale tvari imaju svoje specifične topline za upotrebu u različitim kemijskim situacijama.)
Kako izračunati toplinsku vrijednost goriva
Formula za toplinu izgaranja (ili entalpiju izgaranja) jednadžba je:
H = m_C_ΔT
Ovdje je H toplina koja se oslobađa izgaranjem, m masa grama vode koja se koristi kao kolektor topline, C je specifična toplina vode (4,184 J / g⋅ ° C), a ΔT je promjena temperature u ° C.
Formula ogrjevne vrijednosti često se razlikuje od ove, jer su H i C često predstavljeni različitim simbolima. Sve dok se sve jedinice poravnaju tako da vam ostanu jedinice energije (po mogućnosti J), precizna formula ogrjevne vrijednosti koju koristite nije bitna.
Primjer izračuna kalorijske vrijednosti
Uzorak etanola od 15,5 grama, C2H6O (alkohol u "napitcima za odrasle") sagorijeva se u 2000 g H2O (2 litre na sobnoj temperaturi). To rezultira promjenom temperature od 55 ° C. Kolika je molarna toplina izgaranja (toplina izgaranja po molu) etanola? Pogledajte molekularnu težinu elemenata u periodičnoj tablici (vidi Resurse).
Prvo upotrijebite periodni sustav za izračun broja prisutnih molova etanola. 1 mol sadrži dva C atoma (molekulska masa ili MW, od 12,0 g; šest atoma H (MW = 1,07 g); i jedan atom kisika (MW = 16,0 g). Tako je 1 mol = (2) (12) + (6) (1) + 16 = 46,0 g. Imate 15,5 g, dakle imate 15,5 / 46,0 = 0,336 mol.
Sada, pogledajte gornju jednadžbu da biste shvatili energiju oslobođenu od mase m, poznate vrijednosti C, i promjena temperature ΔT vode:
H = (2.000 g) (4.184 J / g⋅ ° C) (55 ° C) = 460.240 J = 460.24 kJ
Sada podijelite s brojem prisutnih molova da biste dobili molarnu toplinu izgaranja etanola:
(460,24 kJ) / (0,336 mol) = 1.369 kJ / mol.
Ovo je znatan broj, ono što biste očekivali od nečega što se može koristiti za pogon automobila.