Ar kada susimąstėte, iš kur gaunama informacija apie kalorijas maisto produktų etiketėse? Kaip įmanoma žinoti, kiek energijos duos maistas, netyrinėjant jo kelio nuo burnos iki bet kokios vėjo vėjo vartojate gliukozės molekules, gautas iš angliavandenių, riebalų ir baltymų, sudarančių maisto (ne vandens) dalis valgyti?
Kalorijų kiekis arba kaloringumas, medžiagos kiekis yra energijos kiekis, kuris išsiskiria visiškai „sudegus“ arba visiškai degant. Degimas yra vienas iš penkių pagrindinių cheminių reakcijų tipų ir jis visada vyksta esant deguonies dujoms (O2), o kitas reagentas yra tam tikras (dažniausiai anglies pagrindu pagamintas) kuras.
- Medžiagos kaloringumas paprastai nurodomas vienam kiekiui, tai yra vienam sudegintos medžiagos moliui (m).
Kaip matuojama kaloringoji kuro energija?
Pirma, tam tikra terminologija. A kalorijų (cal) - šilumos (energijos) kiekis, reikalingas 1 g (gramo) vandens temperatūrai pakelti 1 laipsniu Celsijaus (° C). Mitybos etikečių „kalorijos“ iš tikrųjų yra kilokalorijos arba kcal (1 000 kal.). Chemijoje standartinis energijos vienetas yra džaulis (J), lygus 4,18 cal. Taigi, 1 maisto „kalorija“ lygi (1.000) (4.18) J = 4.18 kJ.
Maisto energijos kiekis matuojamas įdėjus žinomą konkrečios medžiagos (pvz., Etanolio, aminorūgšties, gliukozės) masę į prietaisą, vadinamą bomba kalorimetras ir matuoti išsiskyrusios šilumos kiekį, kai reakcija baigiasi. Tai pasiekiama išmatuojant žinomos vandens masės temperatūros pokytį uždarame kalorimetre.
Šis submokslas, vadinamas kalorimetrija, leidžia teoriškai apskaičiuoti kaloringumą. Tai priklauso nuo žinojimo, kaip duota energijos sąnaudos keičia žinomą vandens masę. Tiesą sakant, šis kiekis, vadinamas specifinė vandens šiluma, buvo žinomas kurį laiką ir yra paaiškintas toliau. (Kitos medžiagos turi savo specifinius karščius, skirtus naudoti skirtingose chemijos situacijose.)
Kaip apskaičiuoti degalų kaloringumą
Degimo šilumos (arba degimo entalpijos) formulė yra lygtis:
H = m_C_ΔT
Čia H yra degimo metu išsiskirianti šiluma, m yra vandens, naudojamo kaip šilumos rinktuvas, masė gramais, C yra specifinė vandens šiluma (4,184 J / g⋅ ° C), o ΔT yra temperatūros pokytis ° C.
Kaloringumo formulė dažnai atrodo kitaip, nes H ir C dažnai žymimi skirtingais simboliais. Kol visi vienetai sutampa taip, kad jums liktų energijos vienetai (pageidautina J), tiksli jūsų naudojama kaloringumo formulė neturi reikšmės.
Kaloringumo skaičiavimo pavyzdys
15,5 gramų etanolio mėginys, C.2H6O (alkoholis „suaugusių gėrimų“ sudėtyje) sudeginamas 2000 g H2O (2 litrai kambario temperatūroje). Dėl to temperatūra pasikeičia 55 ° C. Kokia yra molinė degimo šiluma (degimo šiluma vienam moliui) etanolio? Peržiūrėkite periodinę lentelę (žr. Ištekliai), kur rasite elementų molekulinį svorį.
Pirmiausia naudokite periodinę lentelę, kad apskaičiuotumėte esamo etanolio molių skaičių. 1 mol yra du C atomai (molekulinė masė arba MW - 12,0 g; šeši H atomai (MW = 1,07 g); ir vienas deguonies atomas (MW = 16,0 g). Taigi 1 mol = (2) (12) + (6) (1) + 16 = 46,0 g. Jūs turite 15,5 g, taigi turite 15,5 / 46,0 = 0,336 mol.
Dabar remkitės aukščiau pateikta lygtimi, kad išsiaiškintumėte iš masės m išsiskiriančią energiją, žinomą vertės Cir vandens temperatūros pokytis ΔT:
H = (2 000 g) (4,184 J / g⋅ ° C) (55 ° C) = 460 240 J = 460,24 kJ
Dabar padalykite iš esančių apgamų skaičiaus, kad gautumėte molinę degimo etanolio šilumą:
(460,24 kJ) / (0,336 mol) = 1,369 kJ / mol.
Tai yra didelis skaičius, ko tikėtumėtės iš daikto, kurį galima naudoti automobiliams varyti.