Você já se perguntou de onde vêm as informações sobre calorias nos rótulos dos alimentos? Como é possível saber quanta energia o alimento fornecerá sem realmente estudar seu caminho da boca para quaisquer células de vento consumir as moléculas de glicose geradas a partir dos carboidratos, gorduras e proteínas que constituem as porções (não-água) dos alimentos que você comer?
O conteúdo calórico, ou o valor calórico, de uma substância é a quantidade de energia que é liberada quando a substância é completamente "queimada" ou sofre combustão completa. A combustão é um dos cinco tipos básicos de reações químicas e sempre ocorre na presença de gás oxigênio (O2), com o outro reagente sendo algum tipo de combustível (geralmente à base de carbono).
- O valor calorífico de uma substância é geralmente dado por quantidade, ou seja, por mole (m) de substância queimada.
Como a energia do combustível calórico é medida?
Primeiro, alguma terminologia. UMA caloria (cal) é a quantidade de calor (energia) necessária para elevar a temperatura de 1 g (grama) de água em 1 grau Celsius (° C). As "calorias" nos rótulos nutricionais são, na verdade, quilocalorias ou kcal (1.000 cal). Em química, a unidade padrão de energia é o joule (J), igual a 4,18 cal. Assim, 1 "caloria" do alimento é igual a (1,000) (4,18) J = 4,18 kJ.
O conteúdo de energia dos alimentos é medido colocando uma massa conhecida de uma substância específica (por exemplo, etanol, um aminoácido, glicose) em um dispositivo chamado de calorímetro de bomba e medir a quantidade de calor liberada quando a reação vai para o fim. Isso é realizado medindo a mudança de temperatura de uma massa conhecida de água no calorímetro selado.
Esta subciência, chamada calorimetria, permite um cálculo teórico do valor calorífico. Depende de saber como uma dada entrada de energia altera uma massa conhecida de água. Na verdade, essa quantidade, chamada de calor específico da água, já é conhecido há algum tempo e é explicado a seguir. (Outras substâncias têm seus próprios calores específicos para uso em diferentes situações químicas.)
Como calcular o valor calórico do combustível
A fórmula para o calor de combustão (ou entalpia de combustão) é uma equação:
H = m_C_ΔT
Aqui, H é o calor liberado pela combustão, m é a massa em gramas da água usada como coletor de calor, C é o calor específico da água (4.184 J / g⋅ ° C), e ΔT é a mudança de temperatura em ° C.
A fórmula do valor calorífico frequentemente parece diferente desta, porque H e C são frequentemente representados por símbolos diferentes. Contanto que todas as unidades estejam alinhadas de forma que você fique com unidades de energia (de preferência J), a fórmula de valor calorífico precisa que você usa não importa.
Exemplo de cálculo do valor calórico
Uma amostra de 15,5 gramas de etanol, C2H6O (o álcool em "bebidas para adultos") é queimado em 2.000 g de H2O (2 litros à temperatura ambiente). Isso resulta em uma mudança de temperatura de 55 ° C. Qual é o calor molar de combustão (calor de combustão por mol) do etanol? Consulte uma tabela periódica (consulte os Recursos) para obter os pesos moleculares dos elementos.
Primeiro, use uma tabela periódica para calcular o número de moles de etanol presente. 1 mol contém dois átomos de C (peso molecular, ou MW, de 12,0 g; seis átomos de H (MW = 1,07 g); e um átomo de oxigênio (MW = 16,0 g). Assim, 1 mol = (2) (12) + (6) (1) + 16 = 46,0 g. Você tem 15,5 g, então você tem 15,5 / 46,0 = 0,336 mol.
Agora, consulte a equação acima para descobrir a energia liberada da massa m, o valor conhecido de C, e a mudança de temperatura ΔT da água:
H = (2.000 g) (4.184 J / g⋅ ° C) (55 ° C) = 460.240 J = 460,24 kJ
Agora, divida pelo número de moles presentes para obter o calor molar de combustão do etanol:
(460,24 kJ) / (0,336 mol) = 1.369 kJ / mol.
Este é um número substancial, o que você esperaria de algo que pode ser usado para mover automóveis.