כיצד לחשב ערך קלורי

האם תהיתם פעם מאיפה המידע על קלוריות בתוויות מזון? כיצד ניתן לדעת כמה אנרגיה מזון יספק מבלי לחקור את דרכו מהפה לכל התאים המתפתלים עד צריכת מולקולות הגלוקוז הנוצרות מהפחמימות, השומנים והחלבונים המרכיבים את חלקי המזון (שאינם מים) לאכול?

תכולת הקלוריות, או ערך קלורי, של חומר הוא כמות האנרגיה שמשתחררת כאשר החומר "נשרף" לחלוטין, או עובר בעירה מוחלטת. הבעירה היא אחד מחמשת הסוגים הבסיסיים של תגובות כימיות, והיא מתרחשת תמיד בנוכחות גז חמצן (O₂), כאשר המגיב האחר הוא סוג של דלק (בדרך כלל על בסיס פחמן).

• הערך הקלורי של חומר ניתן בדרך כלל על בסיס כמות, כלומר לשומה (מ ') חומר שנשרף.

ראשית, קצת טרמינולוגיה. א קָלוֹרִיָה (קל) הוא כמות החום (אנרגיה) הדרושה כדי להעלות את הטמפרטורה של 1 גרם (גרם) של מים מעלה אחת צלזיוס (° C). ה"קלוריות "בתוויות התזונה הן למעשה קילוקלוריות, או קק"ל (1,000 קלוריות). בכימיה, יחידת האנרגיה הסטנדרטית היא הג'אול (J), השווה 4.18 קלוריות. לפיכך, מזון אחד "קלוריות" שווה ל- (1.000) (4.18) J = 4.18 kJ.

תכולת האנרגיה של מזון נמדדת על ידי הכנסת מסה ידועה של חומר ספציפי (למשל, אתנול, חומצת אמינו, גלוקוז) למכשיר הנקרא

תת-מדע זה, הנקרא קלורימטריה, מאפשר חישוב תיאורטי של ערך הקלוריות. זה תלוי בידיעה כיצד קלט אנרגיה נתון משנה מסה ידועה של מים. למעשה, כמות זו, הנקראת חום ספציפי של מים, ידוע מזה זמן מה ומוסבר להלן. (לחומרים אחרים יש חימום ספציפי משלהם לשימוש במצבים כימיים שונים.)

הנוסחה לחום הבעירה (או אנטלפיה של הבעירה) היא משוואה:

H = m_C_ΔT

כאן, H הוא החום שמשחרר בעירה, m הוא המסה בגרמים של המים המשמשים כקולט חום, ג האם ה חום ספציפי של מים (4.184 J / g⋅ ° C), ו- ΔT הוא שינוי הטמפרטורה ב- ° C.

נוסחת הערך הקלורי נראית לעיתים שונה מכך מכיוון ש- H ו- C מיוצגים לרוב על ידי סמלים שונים. כל עוד היחידות מתיישרות כך שתישאר עם יחידות אנרגיה (רצוי J), הנוסחה המדויקת של ערך הקלוריות בה אתה משתמש לא משנה.

מדגם של 15.5 גרם אתנול, C₂ה₆O (האלכוהול ב"משקאות למבוגרים ") נשרף ב -2,000 גרם ח '₂O (2 ליטר בטמפרטורת החדר). התוצאה היא שינוי טמפרטורה של 55 מעלות צלזיוס. מהו החום הטוחני של הבעירה (חום הבעירה לשומה) של אתנול? עיין בטבלה המחזורית (ראה משאבים) לגבי משקל מולקולרי של יסודות.

ראשית, השתמש בטבלה מחזורית כדי לחשב את מספר השומות של אתנול הנוכחי. מולקולציה אחת מכילה שני אטומי C (משקל מולקולרי, או MW, של 12.0 גרם; שישה אטומי H (MW = 1.07 גרם); ואטום חמצן אחד (MW = 16.0 גרם). כך 1 mol = (2) (12) + (6) (1) + 16 = 46.0 גרם. יש לך 15.5 גרם, אז יש לך 15.5 / 46.0 = 0.336 מול.

כעת, עיין במשוואה לעיל בכדי להבין את האנרגיה המשוחררת מהמסה m, הערך הידוע של ג, ושינוי הטמפרטורה ΔT של המים:

H = (2,000 גרם) (4.184 J / g⋅ ° C) (55 ° C) = 460,240 J = 460.24 kJ

עכשיו, חלקו במספר השומות הקיימות כדי לקבל את החום הטוחני של הבעירה של אתנול:

(460.24 kJ) / (0.336 mol) = 1,369 kJ / mol.

זהו מספר משמעותי, מה שהיית מצפה ממשהו שיכול לשמש להפעלת מכוניות.