食品ラベルのカロリーに関する情報がどこから来ているのか疑問に思ったことはありますか? 口から細胞が巻くものまでの経路を実際に研究することなく、食品がどれだけのエネルギーを提供するかを知ることはどのように可能ですか 食物の(非水)部分を構成する炭水化物、脂肪、タンパク質から生成されたブドウ糖分子を消費します 食べる?
カロリー量、または 発熱量物質の、は、物質が完全に「燃焼」したとき、または完全に燃焼したときに放出されるエネルギーの量です。 燃焼は化学反応の5つの基本的なタイプの1つであり、常に酸素ガス(O2)、他の反応物はある種の(通常は炭素ベースの)燃料です。
- 物質の発熱量は通常、量ごと、つまり燃焼した物質のモル(m)あたりで示されます。
発熱量の燃料エネルギーはどのように測定されますか?
まず、いくつかの用語。 A カロリー (cal)は、1 g(グラム)の水を摂氏1度(°C)上昇させるのに必要な熱(エネルギー)の量です。 栄養表示の「カロリー」は、実際にはキロカロリー、つまりkcal(1,000カロリー)です。 化学では、エネルギーの標準単位はジュール(J)で、4.18カロリーに相当します。 したがって、1つの食品の「カロリー」は(1.000)(4.18)J = 4.18kJに等しくなります。
食品のエネルギー量は、特定の物質(エタノール、アミノ酸、ブドウ糖など)の既知の質量を 爆弾熱量計 反応が完了するときに放出される熱量を測定します。 これは、密閉された熱量計で既知の水の質量の温度変化を測定することによって実現されます。
このサブサイエンスは、 熱量測定、発熱量の理論計算が可能です。 それは、与えられたエネルギー入力が既知の水の質量をどのように変化させるかを知ることに依存します。 実際、この量は、 水の比熱、は以前から知られており、以下で説明します。 (他の物質には、さまざまな化学状況で使用するための比熱があります。)
燃料の発熱量を計算する方法
燃焼熱(または燃焼エンタルピー)の式は次の式です。
H =m_C_ΔT
ここで、Hは燃焼によって放出される熱、mは集熱器として使用される水のグラム単位の質量です。 C それは 水の比熱 (4.184J / g・°C)、ΔTは°C単位の温度変化です。
HとCは異なる記号で表されることが多いため、発熱量の式はこれとは異なって見えることがよくあります。 エネルギーの単位(できればJ)が残るようにすべての単位が揃っている限り、使用する正確な発熱量の式は重要ではありません。
発熱量の計算例
エタノールの15.5グラムのサンプル、C2H6O(「成人向け飲料」のアルコール)は2,000gのHで燃焼します2O(室温で2リットル)。 これにより、55°Cの温度変化が発生します。 エタノールのモル燃焼熱(1モルあたりの燃焼熱)とは何ですか? 元素の分子量については、周期表(「参考文献」を参照)を参照してください。
まず、周期表を使用して、存在するエタノールのモル数を計算します。 1 molには、2つのC原子(12.0 gの分子量(MW))が含まれています。 6つのH原子(MW = 1.07 g); および1つの酸素原子(MW = 16.0g)。 したがって、1 mol =(2)(12)+(6)(1)+ 16 = 46.0gです。 15.5 gなので、15.5 / 46.0 = 0.336molになります。
ここで、上記の式を参照して、質量mから解放されるエネルギーを計算します。 C、および水の温度変化ΔT:
H =(2,000 g)(4.184J /g⋅°C)(55°C)= 460,240 J = 460.24 kJ
ここで、存在するモル数で割って、エタノールのモル燃焼熱を求めます。
(460.24 kJ)/(0.336 mol)= 1,369 kJ / mol.
これはかなりの数であり、自動車に動力を供給するために使用できるものに期待するものです。