V-ați întrebat vreodată de unde provin informațiile despre caloriile de pe etichetele alimentelor? Cum este posibil să știm cât de multă energie va furniza alimentele fără a studia de fapt calea sa de la gură către celulele care se învârt consumând moleculele de glucoză generate din carbohidrați, grăsimi și proteine care alcătuiesc porțiunile (care nu sunt de apă) de alimente mânca?
Conținutul de calorii sau valoare calorica, a unei substanțe este cantitatea de energie care este eliberată atunci când substanța este complet „arsă” sau suferă o ardere completă. Arderea este unul dintre cele cinci tipuri de bază ale reacțiilor chimice și apare întotdeauna în prezența oxigenului gazos (O2), celălalt reactant fiind un fel de combustibil (de obicei pe bază de carbon).
- Valoarea calorică a unei substanțe este de obicei dată pe cantitate, adică pe mol (m) de substanță arsă.
Cum se măsoară energia calorică a combustibilului?
În primul rând, o anumită terminologie. A calorie (cal) este cantitatea de căldură (energie) necesară pentru a crește temperatura de 1 g (gram) de apă cu 1 grad Celsius (° C). „Caloriile” de pe etichetele nutriționale sunt de fapt kilocalorii sau kcal (1.000 cal). În chimie, unitatea standard de energie este joul (J), egal cu 4,18 cal. Astfel, 1 „calorie” alimentară este egală cu (1.000) (4.18) J = 4.18 kJ.
Conținutul energetic al alimentelor este măsurat prin introducerea unei mase cunoscute a unei substanțe specifice (de exemplu, etanol, un aminoacid, glucoză) într-un dispozitiv numit calorimetru bombă și măsurarea cantității de căldură eliberată atunci când reacția se finalizează. Acest lucru se realizează prin măsurarea schimbării de temperatură a unei mase cunoscute de apă din calorimetrul sigilat.
Această sub-știință, numită calorimetrie, permite un calcul teoretic al puterii calorice. Depinde de cunoașterea modului în care o anumită intrare de energie schimbă o masă de apă cunoscută. De fapt, această cantitate, numită căldura specifică a apei, este cunoscut de ceva timp și este explicat mai jos. (Alte substanțe au propriile călduri specifice pentru utilizare în diferite situații chimice.)
Cum se calculează valoarea calorică a combustibilului
Formula pentru căldura de ardere (sau entalpia de ardere) este o ecuație:
H = m_C_ΔT
Aici, H este căldura eliberată prin ardere, m este masa în grame a apei utilizate ca colector de căldură, C este căldura specifică a apei (4,184 J / g⋅ ° C), iar ΔT este schimbarea temperaturii în ° C.
Formula puterii calorice arată adesea diferită de aceasta, deoarece H și C sunt adesea reprezentate de simboluri diferite. Atâta timp cât unitățile se aliniază astfel încât să rămâneți cu unități de energie (de preferință J), formula exactă a puterii calorice pe care o utilizați nu contează.
Exemplu de calcul al valorii calorice
O probă de 15,5 grame de etanol, C2H6O (alcoolul din „băuturile pentru adulți”) este ars în 2.000 g de H2O (2 litri la temperatura camerei). Aceasta are ca rezultat o modificare a temperaturii de 55 ° C. Care este căldura molară de ardere (căldura de ardere per mol) a etanolului? Consultați un tabel periodic (consultați Resursele) pentru greutățile moleculare ale elementelor.
În primul rând, utilizați un tabel periodic pentru a calcula numărul de moli de etanol prezenți. 1 mol conține doi atomi de C (greutate moleculară sau MW, de 12,0 g; șase atomi H (MW = 1,07 g); și un atom de oxigen (MW = 16,0 g). Astfel 1 mol = (2) (12) + (6) (1) + 16 = 46,0 g. Ai 15,5 g, deci ai 15,5 / 46,0 = 0,336 mol.
Acum, consultați ecuația de mai sus pentru a afla energia eliberată din masa m, valoarea cunoscută a C, și schimbarea temperaturii ΔT a apei:
H = (2.000 g) (4.184 J / g⋅ ° C) (55 ° C) = 460.240 J = 460.24 kJ
Acum, împărțiți la numărul de aluni prezenți pentru a obține căldura molară de ardere a etanolului:
(460,24 kJ) / (0,336 mol) = 1,369 kJ / mol.
Acesta este un număr substanțial, ceea ce v-ați aștepta de la ceva ce poate fi folosit pentru alimentarea automobilelor.