식품 라벨의 칼로리 정보가 어디에서 오는지 궁금한 적이 있습니까? 실제로 입에서 세포가 바람을 불어 넣는 경로를 연구하지 않고 얼마나 많은 에너지를 공급할 것인지 알 수있는 방법 음식의 (물이 아닌) 부분을 구성하는 탄수화물, 지방 및 단백질에서 생성 된 포도당 분자를 먹다?
칼로리 함량 또는 발열량물질의는 물질이 완전히 "소각"되거나 완전 연소 될 때 방출되는 에너지의 양입니다. 연소는 5 가지 기본 화학 반응 유형 중 하나이며 항상 산소 가스 (O2), 다른 반응물은 일종의 (일반적으로 탄소 기반) 연료입니다.
- 물질의 발열량은 일반적으로 양당, 즉 연소 된 물질의 몰 (m) 당으로 제공됩니다.
발열량 연료 에너지는 어떻게 측정됩니까?
첫째, 몇 가지 용어입니다. ㅏ 칼로리 (cal)은 물 1g (그램)의 온도를 섭씨 1도 (° C)로 올리는 데 필요한 열 (에너지)의 양입니다. 영양 라벨의 "칼로리"는 실제로 킬로 칼로리 또는 kcal (1,000 칼로리)입니다. 화학에서 에너지의 표준 단위는 4.18 칼로리와 같은 줄 (J)입니다. 따라서 1 음식 "칼로리"는 (1.000) (4.18) J = 4.18 kJ와 같습니다.
식품의 에너지 함량은 특정 물질 (예: 에탄올, 아미노산, 포도당)의 알려진 질량을 a라는 장치에 넣어 측정합니다. 폭탄 열량계 및 반응이 완료 될 때 방출되는 열의 양을 측정하는 단계를 포함한다. 이것은 밀봉 된 열량계에서 알려진 질량의 물의 온도 변화를 측정하여 수행됩니다.
이 하위 과학은 열량 측정, 발열량을 이론적으로 계산할 수 있습니다. 그것은 주어진 에너지 입력이 알려진 물의 질량을 어떻게 변화시키는 지 아는 것에 달려 있습니다. 사실, 이 수량은 물의 비열는 한동안 알려져 왔으며 아래에 설명되어 있습니다. (다른 물질은 다른 화학 상황에서 사용하기위한 자체 비열을 가지고 있습니다.)
연료의 발열량을 계산하는 방법
연소열 (또는 연소 엔탈피)의 공식은 다음과 같은 방정식입니다.
H = m_C_ΔT
여기서 H는 연소에 의해 방출되는 열이고, m은 열 수집기로 사용되는 물의 질량 (g)입니다. 씨 이다 물의 비열 (4.184 J / g⋅ ° C), ΔT는 ° C 단위의 온도 변화입니다.
발열량 공식은 H와 C가 종종 다른 기호로 표시되기 때문에 종종 이것과 다르게 보입니다. 단위가 모두 정렬되어 에너지 단위 (바람직하게는 J)가 남는 한, 사용하는 정확한 발열량 공식은 중요하지 않습니다.
발열량 계산 예
에탄올, C의 15.5g 샘플2H6O ( "성인 음료"의 알코올)는 H 2,000g에 태워집니다.2O (실온에서 2 리터). 이로 인해 55 ° C의 온도 변화가 발생합니다. 에탄올의 몰 연소열 (몰당 연소열)은 얼마입니까? 원소의 분자량은 주기율표 (참고 자료 참조)를 참조하십시오.
먼저 주기율표를 사용하여 존재하는 에탄올의 몰 수를 계산합니다. 1 mol은 2 개의 C 원자 (분자량 또는 MW, 12.0g); 6 개의 H 원자 (MW = 1.07g); 및 하나의 산소 원자 (MW = 16.0g). 따라서 1 mol = (2) (12) + (6) (1) + 16 = 46.0g. 15.5g이므로 15.5 / 46.0 = 0.336mol입니다.
이제 위의 방정식을 참조하여 질량 m에서 해방 된 에너지를 알아 내십시오. 씨, 물의 온도 변화 ΔT :
H = (2,000g) (4.184 J / g⋅ ° C) (55 ° C) = 460,240 J = 460.24 kJ
이제 에탄올의 연소 몰열을 얻기 위해 존재하는 몰 수로 나눕니다.
(460.24 kJ) / (0.336 mol) = 1,369 kJ / mol.
이것은 자동차에 동력을 공급하는 데 사용될 수있는 무언가에 대해 기대할 수있는 상당한 숫자입니다.