Gondolkodott már azon, hogy honnan származnak az élelmiszerek címkéin szereplő kalóriákkal kapcsolatos információk? Hogyan lehet tudni, hogy mennyi energiát ad az étel anélkül, hogy valóban tanulmányoznák annak útját a szájtól a sejtek széléig az elfogyasztott ételek (nem víz) részét alkotó szénhidrátokból, zsírokból és fehérjékből származó glükózmolekulákat eszik?
A kalóriatartalom, vagy a fűtőértékAz anyag mennyisége az az energiamennyiség, amely felszabadul, ha az anyag teljesen "megég vagy" teljes ég. Az égés a kémiai reakciók öt alaptípusának egyike, és mindig oxigéngáz (O2), a másik reagens valamilyen (általában szénalapú) üzemanyag.
- Az anyag fűtőértékét általában mennyiségi alapon, azaz égetett anyag moljára (m) adják meg.
Hogyan mérik a fűtőenergia-energiát?
Először néhány terminológia. A kalória (cal) az a hőmennyiség (energia), amely szükséges 1 g (gramm) víz hőmérsékletének 1 Celsius-fok (° C) megemeléséhez. A táplálkozási címkéken szereplő "kalóriák" valójában kilokalóriák vagy kcal (1000 kal). A kémia területén a standard energiaegység a joule (J), amely megegyezik 4,18 cal-mal. Így 1 étel "kalória" megegyezik (1.000) (4.18) J = 4.18 kJ-val.
Az élelmiszerek energiatartalmát egy meghatározott anyag (pl. Etanol, aminosav, glükóz) ismert tömegének a bomba kaloriméter és mérjük a felszabadult hő mennyiségét, amikor a reakció befejeződik. Ezt úgy érjük el, hogy megmérjük egy ismert víztömeg hőmérséklet-változását a lezárt kaloriméterben.
Ez az altudomány, az ún kalorimetria, lehetővé teszi a fűtőérték elméleti kiszámítását. Attól függ, hogy tudjuk, hogyan változtatja meg az adott energiabevitel az ismert víztömeget. Valójában ez a mennyiség, az úgynevezett fajlagos vízhő, egy ideje ismert, és az alábbiakban ismertetjük. (Más anyagoknak saját kémhatásuk van a különböző kémiai helyzetekben történő felhasználáshoz.)
Az üzemanyag fűtőértékének kiszámítása
Az égési hő (vagy az égési entalpia) képlete egy egyenlet:
H = m_C_ΔT
Itt H az égés során felszabaduló hő, m a hőgyűjtőként használt víz tömege grammokban, C az a fajlagos vízhő (4,184 J / g⋅ ° C), és ΔT a hőmérséklet-változás ° C-ban.
A fűtőérték képlete ettől gyakran másképp néz ki, mert a H-t és a C-t gyakran más szimbólumok képviselik. Mindaddig, amíg az egységek mindegyike igazodik egymáshoz úgy, hogy maradjon energiaegysége (lehetőleg J), az Ön által használt pontos fűtőérték-képlet nem számít.
Fűtőérték-számítási példa
15,5 g etanolminta, C2H6O-t (a "felnőtt italokban" lévő alkoholt) 2000 g hidrogénben elégetik2O (2 liter szobahőmérsékleten). Ez 55 ° C hőmérséklet-változást eredményez. Mennyi az etanol moláris égési hője (égési hő / mol)? Az elemek molekulatömege a periódusos táblázatban található (lásd a forrásokat).
Először egy periódusos táblázat segítségével számítsa ki a jelenlévő etanol móljainak számát. 1 mol két C atomot tartalmaz (molekulatömeg vagy MW 12,0 g; hat H-atom (MW = 1,07 g); és egy oxigénatom (MW = 16,0 g). Így 1 mol = (2) (12) + (6) (1) + 16 = 46,0 g. Van 15,5 g, tehát 15,5 / 46,0 = 0,336 mol.
Nézze meg a fenti egyenletet az m tömegből felszabadult energia, az ismert érték kiszámításához C, és a víz hőmérséklet-változása ΔT:
H = (2 000 g) (4,184 J / g⋅ ° C) (55 ° C) = 460 240 J = 460,24 kJ
Most osszuk el a jelenlévő molok számával, hogy megkapjuk az etanol moláris égési hőjét:
(460,24 kJ) / (0,336 mol) = 1,369 kJ / mol.
Ez jelentős szám, amit elvárhatna valamitől, amelyet gépjárművek meghajtására lehet használni.