Élelmiszer elégetésének hője (az élelmiszer elégetésének entalpiája) kémiai oktatóanyag

Kulcsfogalmak

A táplálék oxidációja a testben energiát szabadít fel.

Az oxidáció exoterm reakció.

A laboratóriumban meg lehet mérni annak az energiamennyiségnek a mennyiségét, amelyet egy ismert élelmiszer-tömeg szabadít fel az égés során (oxidációs reakció).

élelmiszer = az étel tömege grammban

qreleased = ennek az élelmiszer-tömegnek az égése által joule-ban felszabaduló hőenergia

Az élelmiszerek elégetésével felszabaduló hő egy ismert víztömeg felmelegítésére szolgál.

mwater = a víz tömege grammban

qabszorbeált = e víztömeg joule-ban elnyelt hőenergia

Amint a víz elnyeli az energiát, a víz hőmérséklete növekszik.

ΔT = végső vízhőmérséklet - kezdeti vízhőmérséklet (° C)

A víz által elnyelt hő (qabosrbed) kiszámítható a víz fajlagos hőteljesítményének (Cg) felhasználásával:

Cg = a víz fajlagos hőteljesítménye = 4,184 J ° C -1 g -1 (25 ° C-on)

Ezután az elégetett élelmiszer grammjára felszabaduló hő kiszámítható azzal a feltételezéssel, hogy az élelmiszer elégetése során felszabaduló hőt a víz melegítésére fordítják:

q víz által felszívódó = q élelmiszer-égetéssel szabadul fel

táplálék által felszabaduló hő = q az élelmiszer-égés során szabadul fel m ételek

Az élelmiszerek égési hőjét (az élelmiszer elégetésének entalpiáját) joule/étel grammban (J g -1) vagy kilojoule-ban adják meg gramm ételben (kJ g -1) 1

Az élelmiszer égési hőjét (az élelmiszer égési entalpiáját) az élelmiszer energiatartalmának nevezik, és a csomagolt élelmiszer címkéjén feltüntetik.

Kérjük, ne blokkolja a hirdetéseket ezen a weboldalon.
Nincs hirdetés = nincs pénz számunkra = nincs ingyen dolog neked!

Az élelmiszerek energiatartalma 2

Az emberi testnek energiára van szüksége ahhoz, hogy olyan folyamatokat hajtson végre, mint az emésztés, a légzés és a mozgás.
Ezt az energiát az elfogyasztott étel biztosítja.
A fő táplálékcsoportok, amelyek energiát szolgáltatnak, a szénhidrátok, fehérjék és lipidek (zsírok és olajok).
Az élelmiszerekben található szénhidrátok, fehérjék és lipidek (zsírok és olajok) oxidálódnak a testünkben, hogy energiát szabadítsanak fel.
A lipidek (zsírok és olajok) oxidációja grammonként több energiát szolgáltat, mint fehérjék vagy szénhidrátok, amint az az alábbi táblázat mutatja:

A főbb élelmiszercsoportok energiatartalma Tápanyag energia
(kJ g-1) 3

szénhidrátok	17.
fehérje	17.
lipidek (zsírok és olajok)	37

Minél nagyobb a zsír (vagy olaj) aránya egy élelmiszerben, annál nagyobb lesz az energiatartalma.

A csomagolt élelmiszerek címkéi tartalmazzák az élelmiszerek energiatartalmát.
Az élelmiszerek energiatartalmát gyakran "ételenként" és/vagy "100 gramm ételre" adják meg.
A konyhában esetlegesen előforduló ételek címkéinek energiatartalmát az alábbi táblázat mutatja:

Élelmiszer-energiatartalom
(kJ/100 g)

reggeli műzli	1630
szultanák	1380
sajt	1250
kenyér	1040
sült bab	383

Ön is hozzáadhatja ezt a táblázatot. Csak olvassa el a kedvenc ételek címkéit, és keresse meg az energiatartalom értékeit.

Ez a táblázat azt mondja, hogy ennek a reggeli gabonának 100 g energiatartalma 1630 kJ (vagy 1630 kJ/100 g).
Ennek a reggeli gabonának 1 g energiatartalma 1630 kJ ÷ 100 g = 16,30 kJ (vagy 16,30 kJ g -1 vagy 16,30 kJ/g)
Ha 150 g ilyen gabonafélét fogyasztok reggelire, 150 g × 16,30 kJ g -1 = 2445 kJ energiát biztosítana nekem.

A kis szultanacsomagom egy adagra eső energiatartalmat is felsorol, 552 kJ, és egy adag mérete 40 g.
Ez azt jelenti, hogy ha megeszek 40 g szultanát, akkor 552 kJ energiát biztosítanak számomra.
Ha megeszek 1 g szultanát, 552 kJ ÷ 40 g = 13,8 kJ (13,8 kJ g -1) energiát biztosítanak.
Ha megeszek 100 g szultanát, 100 × 13,8 = 1380 kJ (13,8 kJ/100 g) energiát biztosítanak nekem.

Mivel az élelmiszer különböző anyagok keveréke, energiatartalmát kilojoule egységekben mérik az élelmiszer grammjában (kJ g -1).
Nem lehet kilojoule egységet használni egy mól élelmiszerre (kJ mol -1), mert az elfogyasztott étel szinte kizárólag különböző anyagok keveréke.

Meg tudjuk mérni a hőenergia mennyiségét, amikor az élelmiszerek oxidálódnak az iskolai laboratórium égési reakciója során.

Ismered ezt?

Játsszon most!

Kísérlet: Élelmiszerégés hőjének mérése

Ez a kísérlet felhasználható olyan szilárd élelmiszerek energiatartalmának mérésére, amelyek könnyen feldarabolhatók, körülbelül 0,5–1 cm 3 -es apró darabokra. .
Az ételt használat előtt meg kell szárítani, pl. Egy lezárt exszikkátorba kell helyezni egy megfelelő szárítószerrel néhány napig.
Ha eltávolítja a nedvességet az ételből, megkönnyíti az égést.
Javasolt élelmiszerek a következők:

snack ételek (chips/chips, pillecukor, pattogatott kukorica stb.)

Eljárás: 4
1. lépés: Tegyen 20,0 ml vizet egy kémcsőbe pipetta segítségével. 5. Rögzítse a kémcsövet egy retortáló állványhoz.

2. lépés: Hőmérővel mérje meg a víz hőmérsékletét, és rögzítse ezt kezdeti hőmérsékletként (Ti).

3. lépés: Elektronikus mérleg segítségével mérje meg egy kis élelmiszer-minta tömegét, és jegyezze fel ezt a tömeget (m).

4. lépés: Az ételdarabot szigetelt fogantyúval ellátott szerelt tűre kell beégetni.

5. lépés: Gyújtson meg egy bunsen égőt jó távolságban a retortartótól, hogy megakadályozza a kémcsőben lévő víz felmelegedését, és tartsa az ételt a lángban, amíg meg nem gyullad.

6. lépés: Amint az étel megég, helyezze gyorsan a kémcső alá a vízzel, a jobb oldali ábra szerint.

7. lépés: Amikor az étel teljesen kiégett, és a lángja kialudt, gyorsan keverje fel a vizet, hogy az egész víztestben állandó hőmérséklet legyen, majd mérje meg a kémcsőben lévő víz hőmérsékletét és rögzítse a legmagasabb elért hőmérsékletet végső hőmérsékletként (Tf).

A fenti eljárást használtuk egy szárított keksz energiatartalmának meghatározására.
A kísérlet eredményeit az alábbi táblázat mutatja:

keksz tömege	2,21 g
térfogatú víz	20,00 ml
kezdeti vízhőmérséklet	19,76 ° C
a végső vízhőmérséklet	23,39 ° C

Az étel energiatartalmának kiszámítása a kísérlet eredményeiből egy 3 lépésből áll:

Számítsa ki a víz által elnyelt hőenergia mennyiségét.

Számítsa ki az élelmiszer elégetésével felszabaduló hőenergia mennyiségét.

Számítsa ki az égetett élelmiszer grammjára felszabaduló hőenergia mennyiségét.

Ezeket a számításokat az alábbiakban mutatjuk be kísérletünk fent megadott eredményeivel.

Határozza meg a víz által abszorbeált hőenergia mennyiségét:

víz = 20,00 g (feltételezzük, hogy a víz sűrűsége 1,00 g ml -1, majd 20,00 ml = 20,00 g)
Cg = a víz fajlagos hőteljesítménye = 4,184 J ° C -1 g -1 (az adatlapból)
ΔT = végső hőmérséklet - kezdeti hőmérséklet = 23,39 - 19,76 = 3,63 ° C

qabszorbeált = 20,00 × 4,184 × 3,63 = 303,8 J

Határozza meg a kekszminta égetésével felszabaduló hőenergia mennyiségét, q

Tegyük fel, hogy nincs hőveszteség, vagyis a keksz égésével felszabaduló energia a víz melegítésére irányul, majd:

qreleased = qabsorbed = 303,8 J

Számítsa ki a keksz égési hőjét (a keksz égési entalpiája vagy a keksz energiatartalma):

égési hő = qkibocsátott (J) ÷ keksz tömege (g)

égési hő = 303,8 J ÷ 2,21 g = 137,5 J g -1

Ennek a kísérletnek az eredményei mindig alacsonyabbak lesznek a vártnál, mert némi hőt veszít a környezet.
Ne feledje, hogy javíthatja ezt a kísérleti tervet, ha megpróbálja szigetelni a kísérletet, hogy megakadályozza a környezeti hőveszteséget.
Alternatív megoldásként használhat egy bombakalorimétert, amely a hőveszteség miatti hibák minimalizálására szolgál.

Ezt érted?

Tegye meg most a tesztet!

Problémamegoldás: Dolgozott példa az élelmiszer elégetésének entalpiájára

Kérdés:
A kenyércsomagolás címkéjén a kenyér energiatartalma 1040 kJ/100 g.
Krisztust, a vegyészt megkérték, hogy végezzen kísérletet a kenyér energiatartalmának ezen értékének igazolására.
25,00 g vizet teszünk egy kémcsőbe, és a helyükre rögzítjük egy retortállványon.
Chris gondosan lemér egy 0,50 g-os mintát a szárított kenyérből.
Chris meggyújtja a kenyérmintát és a víz alá teszi.
Számítsa ki a víz hőmérsékletének várható növekedését ° C-ban, ha a kenyér energiatartalmának értéke pontos és a kísérlet során nincs hőveszteség.
Tegyük fel, hogy a víz fajlagos hőteljesítménye 4,184 J ° C -1 g -1

(A problémamegoldás StoPGoPS megközelítése alapján.)

Mi az a kérdés, amelyre kéred?

Számítsa ki a víz hőmérsékletének növekedését ° C-ban
ΔT =? ° C

Milyen adatokat (információkat) adott meg a kérdésben?

Bontsa ki az adatokat a kérdésből:

qreleased = a kenyér energiatartalma = 1040 kJ/100 g

mbread = kenyér tömege = 0,50 g

Cg = a víz fajlagos hőteljesítménye = 4,184 J ° C -1 g -1

Mi a kapcsolat annak, amit tudsz, és amire szükséged van, hogy megtudd?

(i) Vegye figyelembe az egységek következetlenségét. A víz hőkapacitását J ° C -1 g -1-ben adják meg, de a kenyér energiatartalmát kJ/100 g-ban adják meg.

Konvertálja az energiatartalmat kJ/100 g-ról J g -1-re

(ii) Használja a kenyér energiatartalmát J g -1 -ben annak kiszámításához, hogy mekkora energiát szabadít fel joule-ban (J) 0,50 g kenyér elégetése esetén.

qreleased = mbread (g) × energiatartalom (J g -1)

(iii) Tegyük fel, hogy a kenyér égetésével felszabaduló összes hőenergia a kémcsőben lévő víz melegítésére szolgál (vagyis nincs hőveszteség a környezetbe).

Számítsa ki a víz által elnyelt energia mennyiségét

(iv) Számítsa ki a víz várható hőmérséklet-növekedését:

Végezze el a számításokat

(i) Vegye figyelembe az egységek következetlenségét. A víz hőkapacitását J ° C -1 g -1-ben adják meg, de a kenyér energiatartalmát kJ/100 g-ban adják meg.

Konvertálja az energiatartalmat kJ/100 g-ról J g -1-re

100 g kenyér energiatartalma = 1040 kJ

ossza el az energiatartalmat 100-mal, hogy az energiatartalmat kJ g -1-ben találja meg

energiatartalom = 1040 kJ ÷ 100 g = 10,40 kJ g -1

szorozd meg ezt az energiatartalmat 1000-vel, hogy megtaláld a J g -1 energiatartalmát

energiatartalom = 10,40 kJ g -1 × 1000 J kJ -1 = 10 400 J g -1

(ii) Használja a kenyér energiatartalmát a J g -1 értékben annak kiszámításához, hogy joule-ban (J) mennyi energia szabadul fel 0,50 g kenyér elégetésével.

Számítsa ki az 0,50 g kenyér égetésével felszabaduló energiát:

qreleased = mbread (g) × energiatartalom (J g -1)

q felszabadult = 0,50 g × 10 400 J g -1 = 5 200 J

(iii) Tegyük fel, hogy a kenyér égetésével felszabaduló összes hőenergia a kémcsőben lévő víz melegítésére szolgál (vagyis nincs hőveszteség a környezetbe).
Számítsa ki a víz által elnyelt energia mennyiségét

qabszorbeált = qkibocsátott = 5 200 J

(iv) Számítsa ki a víz várható hőmérséklet-növekedését:

5 200 J = 25,00 g × 4,184 J ° C -1 g -1 × ΔT ° C

5 200 = 104,6 × AT

ΔT = 5 200 ÷ 104,6 = 49,7 ° C

A válaszod elfogadható-e?

A kenyér energiatartalmának kiszámításához a víz hőmérséklet-emelkedésének kiszámított értékét használva mozogjon visszafelé.
Számítsa ki a víz által elnyelt hőt:
qabszorbeált = mvíz × Cg × ΔT = 25 × 4,184 × 49,7 = 5 200 J = 5 200 J ÷ 1000 J/kJ = 5,20 kJ

A víz által elnyelt hő = 0,50 g kenyér égetésével felszabaduló hő = 5,20 kJ

felszabaduló hő/gramm kenyér = 5,20 kJ ÷ 0,5 g = 10,4 kJ
100 g kenyér által kibocsátott hő = 10,4 kJ × 100 = 1040 kJ

a kenyér energiatartalma 1040 kJ/100 g

Mivel ez az energiatartalom értéke megegyezik a kérdésben megadott értékkel (1040 kJ/100 g), akkor eléggé biztosak vagyunk abban, hogy a hőmérséklet-emelkedésre adott válaszunk elfogadható.

Mondja el a "víz várható hőmérséklet-emelkedése ° C-ban" problémamegoldását:

Tudja ezt alkalmazni?

Most végezze el a fúrást!

1. A joule nevét James Prescott Joule angol fizikus kapta.
A kilencedik nemzetközi súly- és mértékkonferencia (1948) a joule (volt coulomb) használatát javasolta hőegységként.
A joule egy származtatott SI egység az energia mérésére.
Az energia mérésére szolgáló SI alapegység kg.m 2 s -2
1 J = 1 kg. M 2 s -2

Sok energiafelhasználási egység van a közös használatban. Itt talál egy oktatóanyagot a joule (kilojoule stb.) És a kalória közötti konverzióról.
1 kalória (kalória) = 4,1840 J
1 kilokalória (kcal) = 4184 kJ

2. A hő vagy a hőenergia az az egyik objektumból a másikba közvetlenül átvitt energia.
A hő átmenő energia, egy olyan anyagnak, mint az élelmiszer vagy a víz állandó hőmérsékleten, nincs "hőtartalma", de van "energiatartalma".
Az anyag energiatartalma részecskéinek kinetikus energiájából (mozgása) és potenciális energiájából, például kémiai kötéseiben tárolt kémiai potenciális energiából áll.
A hőmérséklet a részecskék átlagos mozgási energiájának mértéke.

3. Az alábbi táblázat a fő élelmiszercsoportok energiatartalmát adja meg kilokalóriában/gramm:

tápanyag energiatartalma
(kcal g -1)

szénhidrát	4
fehérje	4
lipid (zsír vagy olaj)	9.

4. Kísérlete kissé eltérhet ettől, például:
(a) Elakaszthatja ételeit egy tűre, amely a víz alatt elhelyezett parafára van felszerelve.
(b) Az egész kísérletet fóliával bélelt dobozba csatolhatja, hogy megakadályozza a hőveszteséget
Bár ezek az intézkedések befolyásolhatják a kísérlet eredményeit (vagyis befolyásolhatják a víz hőmérsékletének növekedését), nem befolyásolják, hogy hogyan számolják ki az étel energiatartalmát.

5. Alternatív megoldásként megmérheti a vizet és közvetlenül megszerezheti annak tömegét.