Да ли сте се икада запитали одакле информације о калоријама на етикетама намирница? Како је могуће знати колико ће енергије пружити храна, а да се заправо не проучи њен пут од уста до било чега што ће ветрови конзумирајући молекуле глукозе генерисане из угљених хидрата, масти и протеина који чине (не-водене) делове хране коју јести?
Садржај калорија или топлотна вредност, супстанца је количина енергије која се ослобађа када је супстанца потпуно „изгорела“ или се потпуно сагорева. Сагоревање је једна од пет основних врста хемијских реакција и увек се јавља у присуству гаса кисеоника (О2), с тим што је други реактант нека врста горива (обично на бази угљеника).
- Калорична вредност супстанце се обично даје на основу количине, односно по молу (м) сагореле супстанце.
Како се мери калорична енергија горива?
Прво, нека терминологија. А. калорија (кал) је количина топлоте (енергије) потребна за подизање температуре од 1 г (грама) воде за 1 степен Целзијуса (° Ц). „Калорије“ на етикетама са хранљивим састојцима заправо су килокалорије или кцал (1.000 кал). У хемији је стандардна јединица енергије џул (Ј), једнак 4,18 кал. Дакле, 1 калорија хране је једнака (1.000) (4.18) Ј = 4.18 кЈ.
Садржај енергије у храни мери се стављањем познате масе одређене супстанце (нпр. Етанола, аминокиселине, глукозе) у уређај који се назива калориметар бомбе и мерење количине топлоте која се ослобађа када реакција заврши. То се постиже мерењем промене температуре познате масе воде у запечаћеном калориметру.
Ова поднаука, тзв калориметрија, омогућава теоретски прорачун топлотне вредности. Зависи од сазнања како дати унос енергије мења познату масу воде. У ствари, ова количина, названа специфична топлота воде, познато је већ неко време и објашњено је у наставку. (Остале супстанце имају своје специфичне топлоте за употребу у различитим хемијским ситуацијама.)
Како израчунати топлотну вредност горива
Формула за топлоту сагоревања (или енталпију сагоревања) је једначина:
Х = м_Ц_ΔТ
Овде је Х топлота која се ослобађа сагоревањем, м маса грама воде која се користи као колектор топлоте, Ц. је специфична топлота воде (4,184 Ј / г⋅ ° Ц), а ΔТ је промена температуре у ° Ц.
Формула калоријске вредности често се разликује од ове, јер су Х и Ц често представљени различитим симболима. Све док се све јединице поравнају тако да вам остану јединице енергије (пожељно Ј), прецизна формула топлотне вредности коју користите није битна.
Пример израчунавања топлотне вредности
Узорак етанола од 15 грама, Ц.2Х.6О (алкохол у „напитцима за одрасле“) сагорева се у 2.000 г Х.2О (2 литра на собној температури). То резултира променом температуре од 55 ° Ц. Колика је моларна топлота сагоревања (топлота сагоревања по молу) етанола? Погледајте периодичну таблицу (погледајте Ресурсе) за молекуларне тежине елемената.
Прво користите периодичну таблицу за израчунавање броја присутних молова етанола. 1 мол садржи два Ц атома (молекулска тежина или МВ, од 12,0 г; шест атома Х (МВ = 1,07 г); и један атом кисеоника (МВ = 16,0 г). Тако је 1 мол = (2) (12) + (6) (1) + 16 = 46,0 г. Имате 15,5 г, дакле имате 15,5 / 46,0 = 0,336 мол.
Сада, погледајте горњу једначину да бисте утврдили енергију ослобођену од масе м, познате вредности Ц., и промена температуре ΔТ воде:
Х = (2.000 г) (4.184 Ј / г⋅ ° Ц) (55 ° Ц) = 460.240 Ј = 460.24 кЈ
Сада поделите са бројем присутних молова да бисте добили моларну топлоту сагоревања етанола:
(460,24 кЈ) / (0,336 мол) = 1.369 кЈ / мол.
Ово је знатан број, оно што бисте очекивали од нечега што се може користити за погон аутомобила.