Kako izračunati kurilno vrednost

Ste se kdaj vprašali, od kod informacije o kalorijah na etiketah živil? Kako je mogoče vedeti, koliko energije bo zagotovila hrana, ne da bi dejansko preučevali njeno pot od ust do celic, ki se vijejo porabijo molekule glukoze, ustvarjene iz ogljikovih hidratov, maščob in beljakovin, ki tvorijo (nevodne) dele hrane, ki jo jesti?

Vsebnost kalorij ali kurilna vrednost, snov je količina energije, ki se sprosti, ko je snov popolnoma "zgorela" ali popolnoma izgorela. Zgorevanje je ena od petih osnovnih vrst kemijskih reakcij in se vedno zgodi v prisotnosti kisikovega plina (O₂), pri čemer je drugi reaktant nekakšno gorivo (običajno na osnovi ogljika).

• Kalorična vrednost snovi je običajno podana na količino, to je na mol (m) zgorele snovi.

Najprej nekaj terminologije. A kalorija (cal) je količina toplote (energije), potrebna za dvig temperature 1 g (grama) vode za 1 stopinjo Celzija (° C). "Kalorije" na oznakah s hranilnimi vrednostmi so dejansko kilokalorije ali kcal (1.000 kal). V kemiji je standardna enota energije džul (J), enak 4,18 kal. Tako je 1 "kalorija" hrane enaka (1.000) (4.18) J = 4.18 kJ.

Vsebnost energije v hrani se meri tako, da se v napravo, imenovano etanol, aminokislina, glukoza, vnese znana masa določene snovi (npr. Etanol, aminokislina, glukoza). bombni kalorimeter in merjenje količine sproščene toplote, ko se reakcija zaključi. To dosežemo z merjenjem temperaturne spremembe znane mase vode v zaprtem kalorimetru.

Ta podznanost, imenovana kalorimetrija, omogoča teoretični izračun kurilne vrednosti. Odvisno od tega, kako vemo, kako dani vložek energije spremeni znano maso vode. Pravzaprav je ta količina, imenovana specifična toplota vode, je znano že nekaj časa in je razloženo v nadaljevanju. (Druge snovi imajo svoje posebne toplote za uporabo v različnih kemijskih situacijah.)

Formula za toploto zgorevanja (ali entalpijo zgorevanja) je enačba:

H = m_C_ΔT

Tu je H toplota, ki se sprosti pri zgorevanju, m masa grame vode, ki se uporablja kot zbiralnik toplote, C ali je specifična toplota vode (4,184 J / g⋅ ° C), ΔT pa temperaturna sprememba v ° C.

Formula kurilne vrednosti se pogosto zdi drugačna od tega, ker sta H in C pogosto predstavljena z različnimi simboli. Dokler se vse enote poravnajo tako, da vam ostanejo enote energije (po možnosti J), natančna formula kurilne vrednosti, ki jo uporabljate, ni pomembna.

15,5-gramski vzorec etanola, C₂H₆O (alkohol v "pijačah za odrasle") sežge v 2.000 g H₂O (2 litra pri sobni temperaturi). Posledica tega je temperaturna sprememba 55 ° C. Kolikšna je molska toplota zgorevanja (toplota zgorevanja na mol) etanola? Za molekularne teže elementov glejte periodni sistem (glejte Vire).

Najprej s periodično tabelo izračunamo število molov etanola. 1 mol vsebuje dva atoma C (molekulska masa ali MW, 12,0 g; šest atomov H (MW = 1,07 g); in en atom kisika (MW = 16,0 g). Tako je 1 mol = (2) (12) + (6) (1) + 16 = 46,0 g. Imate 15,5 g, torej imate 15,5 / 46,0 = 0,336 mol.

Zdaj se sklicujemo na zgornjo enačbo, da ugotovimo energijo, ki se sprosti iz mase m, znane vrednosti C, in temperaturna sprememba ΔT vode:

H = (2.000 g) (4.184 J / g⋅ ° C) (55 ° C) = 460.240 J = 460,24 kJ

Zdaj delite s številom prisotnih molov, da dobite molsko toploto zgorevanja etanola:

(460,24 kJ) / (0,336 mol) = 1.369 kJ / mol.

To je precejšnje število, kaj bi pričakovali od nečesa, kar se lahko uporablja za pogon avtomobilov.