Vai esat kādreiz domājuši, no kurienes nāk informācija par kalorijām uz pārtikas etiķetēm? Kā ir iespējams zināt, cik daudz enerģijas nodrošinās ēdiens, faktiski neizpētot tā ceļu no mutes uz jebkuru šūnu vēju patērē glikozes molekulas, kas rodas no ogļhidrātiem, taukiem un olbaltumvielām, kas veido pārtikas daļas, kas nav ūdens ēst?
Kaloriju saturs vai siltumspēja, vielas daudzums ir enerģijas daudzums, kas izdalās, kad viela ir pilnībā "sadedzināta" vai pilnībā sadedzināta. Sadegšana ir viens no pieciem ķīmisko reakciju pamatveidiem, un tas vienmēr notiek skābekļa (O2), otrs reaģents ir sava veida (parasti uz oglekļa bāzes) degviela.
- Vielas kaloritāti parasti norāda uz daudzumu, tas ir, uz sadedzinātās vielas molu (m).
Kā tiek mērīta siltumspējas degviela?
Pirmkārt, dažas terminoloģijas. A kaloriju (cal) ir siltuma (enerģijas) daudzums, kas nepieciešams, lai paaugstinātu 1 g (grama) ūdens temperatūru par 1 grādu pēc Celsija (° C). Uztura etiķetēs norādītās "kalorijas" faktiski ir kilokalorijas jeb kcal (1 000 kal). Ķīmijā enerģijas standarta mērvienība ir džoule (J), kas vienāda ar 4,18 cal. Tādējādi 1 pārtikas "kalorija" ir vienāda ar (1.000) (4.18) J = 4.18 kJ.
Pārtikas enerģijas saturu mēra, ievietojot zināmu konkrētas vielas (piemēram, etanola, aminoskābes, glikozes) masu ierīcē, ko sauc par bumbas kalorimetrs un izmērīt atbrīvotā siltuma daudzumu, kad reakcija ir pabeigta. To panāk, mērot zināmas ūdens masas temperatūras izmaiņas noslēgtajā kalorimetrā.
Šī apakšzinātne, ko sauc kalorimetrija, ļauj teorētiski aprēķināt siltumspēju. Tas ir atkarīgs no tā, kā zināt, kā dotā enerģijas ievade maina zināmo ūdens masu. Patiesībā šis daudzums, ko sauc par īpatnējais ūdens siltums, ir zināms kādu laiku un ir izskaidrots zemāk. (Citām vielām ir savi specifiskie karstumi izmantošanai dažādās ķīmijas situācijās.)
Kā aprēķināt degvielas siltumspēju
Degšanas siltuma (vai degšanas entalpijas) formula ir vienādojums:
H = m_C_ΔT
Šeit H ir sadegšanas laikā izdalītā siltums, m ir ūdens masa gramos, ko izmanto kā siltuma savācēju, C ir īpatnējais ūdens siltums (4,184 J / g⋅ ° C), un ΔT ir temperatūras izmaiņas ° C.
Kaloritātes vērtības formula bieži vien atšķiras no šīs, jo H un C bieži attēlo dažādi simboli. Kamēr vienības visas izlīdzinās tā, ka jums paliek enerģijas vienības (vēlams J), precīzai jūsu izmantotajai siltumspējas formulai nav nozīmes.
Kaloritātes vērtības aprēķināšanas piemērs
15,5 gramu etanola paraugs, C.2H6O (alkohols "pieaugušo dzērienos") tiek sadedzināts 2000 g H2O (2 litri istabas temperatūrā). Tā rezultātā temperatūra mainās 55 ° C. Kāds ir etanola molārais degšanas siltums (sadegšanas siltums uz vienu molu)? Elementu molekulmasu skatiet periodiskajā tabulā (skatīt resursus).
Pirmkārt, izmantojiet periodisko tabulu, lai aprēķinātu esošā etanola molu skaitu. 1 mol satur divus C atomus (molekulmasa vai MW 12,0 g; seši H atomi (MW = 1,07 g); un vienu skābekļa atomu (MW = 16,0 g). Tādējādi 1 mol = (2) (12) + (6) (1) + 16 = 46,0 g. Jums ir 15,5 g, tātad 15,5 / 46,0 = 0,336 mol.
Tagad, atsaucoties uz iepriekšējo vienādojumu, noskaidrojiet enerģiju, kas atbrīvota no masas m, zināmo vērtību Cun ūdens temperatūras izmaiņas ΔT:
H = (2 000 g) (4,184 J / g⋅ ° C) (55 ° C) = 460 240 J = 460,24 kJ
Tagad daliet ar esošo molu skaitu, lai iegūtu etanola degšanas molāro siltumu:
(460,24 kJ) / (0,336 mol) = 1,369 kJ / mol.
Tas ir ievērojams skaits, ko jūs varētu sagaidīt no kaut kā, ko var izmantot automašīnu darbināšanai.