Zamysleli ste sa niekedy nad tým, odkiaľ pochádzajú informácie o kalóriách na etiketách potravín? Ako je možné zistiť, koľko energie poskytne jedlo, bez toho, aby sme skutočne študovali jeho cestu z úst do ľubovoľných buniek, ktoré sa navíjajú konzumácia molekúl glukózy generovaných zo sacharidov, tukov a bielkovín, ktoré tvoria (bezvodú) časť potravy jesť?
Obsah kalórií alebo kalorická hodnota„látky“ je množstvo energie, ktoré sa uvoľní, keď je látka úplne „spálená“ alebo úplne prebehne. Spaľovanie je jedným z piatich základných typov chemických reakcií a vždy k nemu dochádza v prítomnosti plynného kyslíka (O2), pričom ďalším reaktantom je nejaký druh paliva (zvyčajne na báze uhlíka).
- Kalorická hodnota látky sa zvyčajne udáva na základe množstva, to znamená na mol (m) spálenej látky.
Ako sa meria výhrevná palivová energia?
Najprv niekoľko pojmov. A kalórie (kal) je množstvo tepla (energie) potrebné na zvýšenie teploty 1 g (gramu) vody o 1 stupeň Celzia (° C). „Kalórie“ na výživových štítkoch sú v skutočnosti kilokalórie alebo kcal (1 000 kalórií). V chémii je štandardnou jednotkou energie joule (J), ktorá sa rovná 4,18 kal. 1 potravina „kalória“ sa teda rovná (1 000) (4,18) J = 4,18 kJ.
Energetický obsah potravín sa meria vložením známej hmotnosti konkrétnej látky (napr. Etanolu, aminokyseliny, glukózy) do zariadenia nazývaného bombový kalorimeter a meranie množstva uvoľneného tepla, keď sa reakcia skončí. To sa dosiahne meraním zmeny teploty známej masy vody v zapečatenom kalorimetri.
Táto čiastková veda, tzv kalorimetria, umožňuje teoretický výpočet výhrevnosti. Závisí to od znalosti toho, ako daný vstup energie mení známu masu vody. V skutočnosti sa toto množstvo nazývalo špecifické teplo vody, je známa už nejaký čas a je vysvetlená nižšie. (Ostatné látky majú svoje vlastné špecifické teplo pre použitie v rôznych chemických situáciách.)
Ako vypočítať výhrevnosť paliva
Vzorec pre spaľovacie teplo (alebo entalpiu spaľovania) je rovnica:
H = m_C_ΔT
Tu H je teplo uvoľnené spaľovaním, m je hmotnosť vody použitej ako kolektor tepla v gramoch, C. je špecifické teplo vody (4,184 J / g⋅ ° C) a ΔT je zmena teploty v ° C.
Vzorec výhrevnosti vyzerá často inak, pretože H a C sú často predstavované rôznymi symbolmi. Pokiaľ sú všetky jednotky zarovnané tak, aby vám zostali jednotky energie (najlepšie J), nezáleží na presnom vzorci výhrevnosti, ktorý použijete.
Príklad výpočtu výhrevnosti
15,5-gramová vzorka etanolu, C2H6O (alkohol v „nápojoch pre dospelých“) sa spaľuje v 2 000 g H2O (2 litre pri izbovej teplote). Výsledkom je zmena teploty o 55 ° C. Aké je molárne spaľovacie teplo (spaľovacie teplo na mol) etanolu? Molekulové hmotnosti prvkov nájdete v periodickej tabuľke (pozri Zdroje).
Najskôr pomocou periodickej tabuľky vypočítajte počet molov prítomného etanolu. 1 mol obsahuje dva atómy C (molekulová hmotnosť alebo molekulová hmotnosť, 12,0 g; šesť atómov H (MW = 1,07 g); a jeden atóm kyslíka (MW = 16,0 g). Teda 1 mol = (2) (12) + (6) (1) + 16 = 46,0 g. Máte 15,5 g, takže máte 15,5 / 46,0 = 0,336 mol.
Teraz si pozrite rovnicu vyššie a zistite energiu uvoľnenú z hmotnosti m, známej hodnoty C.a teplotná zmena ΔT vody:
H = (2 000 g) (4,184 J / g⋅ ° C) (55 ° C) = 460 240 J = 460,24 kJ
Teraz vydelíme počtom prítomných mólov, aby sme dostali molárne teplo spaľovania etanolu:
(460,24 kJ) / (0,336 mol) = 1 369 kJ / mol.
Je to značné množstvo, čo by ste čakali od niečoho, čo sa dá použiť na pohon automobilov.