Cele mai frecvente reactii chimice folosite pentru a produce căldură, sunt reacția de ardere. Energia eliberată prin arderea combustibilului sau a alimentelor, numită valoarea lor calorică (calorii) .Poskolku toate reacția de ardere exotermă, luată pentru a indica valoarea de încălzire fără semnul negativ. Mai mult decât atât, din moment ce combustibilul și alimentele sunt de obicei amestecuri, valoarea lor calorică este specificată bazată pe un gram, nu per mol. De exemplu, valoarea calorică a H18 octane C8. una dintre componentele de benzină, este căldura generată prin arderea 1 g din această substanță:
De notat că, în această reacție este apa, care este unul dintre produsele este considerată o substanță gazoasă. Faptul este că apa octanică ar trebui să se evapore în condițiile de combustie. Schimbarea entalpie a reacției = - 10920 kJ. Deoarece fiecare mol de C8 H18 are o masă de 114 g, valoarea calorică a octanului este 47,9 kJ / g:
Conform primei legi a termodinamicii, valoarea calorică a oricărei substanțe care nu ar trebui să depindă de locul sau modul în care reacționează cu condiția ca produsele de reacție rămân neschimbate. Prin urmare, bomba calorimetru este adesea folosit pentru a măsura valorii calorice (calorii) alimente. Fără îndoială, această metodă este mult mai simplă decât măsurarea cantității de căldură degajată de motorul vehiculului, sau în organism.
caloricitatea FOOD
Cea mai mare parte din energia necesară de corpul nostru provine din carbohidrati si grasimi. In procesul de digestie glucide sunt degradate la glucoza C6 H12 O6. Glucoza este solubil în sânge, și este adesea numit de zahăr din sânge. Acesta este transportat de sânge la celulele organismului, unde reacționează cu O2 în mai multe etape, transformarea în cele din urmă în CO2 (g) și H2O (g.) Cu eliberarea de energie:
Descompunerea carbohidraților are loc rapid, astfel încât energia lor este disponibil imediat în organism. Cu toate acestea, acesta este stocat cantitate foarte mică de carbohidrați. carbohidrat calorică mare este de 17 kJ / g (4 kcal / g).
Ca și carbohidrați, grăsimi, ca rezultat al metabolismului, de asemenea, transformat în CO 2 și H 2 O (aceleași produse pe care le oferă și atunci când este ars într-un calorimetru cu bombă). De exemplu, combustia unui stearină tipic gras C57 H110 O6 are loc conform ecuației:
produse alimentare chimică energie consumată pentru a menține temperatura corpului sau a activitatii musculare sau, în final, pentru rearanjarea atomilor în celulele organismului de alimente este stocată în acesta sub formă de grăsime.
Conținutul de calorii si compozitia unor alimente comune
* In bere conține în general etanol 3,5%, care are o valoare calorică.
Există cel puțin două motive pentru care grăsimile sunt convenabile pentru stocarea excesului de energie în organism: 1) acestea sunt insolubile în apă, permițându-le să se acumuleze în organism; 2) grăsime emit mai multă energie pe gram decat proteine sau carbohidrati, care le sursa cea mai eficientă a energiei face. grăsimi medii calorii este de 38 kJ / g (9 kcal / g).
metabolismul proteinelor în organism duce la izolarea unei cantități mai mici de energie decât arderea într-un calorimetru cu bombă, deoarece acestea dau diferite produse de reacție. Proteinele conțin azot, care într-un calorimetru cu bombă este eliberat N2. Deoarece acest organism este derivat de azot, în principal sub formă de uree CH4 N2 O. Proteinele utilizate de către organism în principal ca material de construcție pentru pereții celulelor diferitelor organe, pielii, părului, mușchi, și așa mai departe. standuri media 17 kJ / g (4 kcal / g) la metabolismul proteinelor.
conținutul caloric al unor alimente comune este listat în tabel. 1.3.
Se estimează că greutatea medie a unei persoane de rulare consuma energie 100 cal la 1 km. Care este numărul de cârnați are calorii, permițând să curgă 3 km?
Soluție: Să ne amintim că calorie alimentar este echivalent cu 1 kcal. Rulați pe 3 km necesită cheltuieli de energie de 300 de calorii, adică 300 kcal. Cantitatea necesară = 300 kcal carnati (crenvurști 1 g / 3,6 Kcal) = 83 g cârnați. Astfel, pentru a rula 3 km, mai mult decât suficient pentru a mânca cârnați 100g.
Nevoia organismului pentru energie într-o mare măsură, depinde de factori cum ar fi greutatea corporală, vârsta și activitatea musculară. Medie adult are nevoie de aproximativ 6300 kJ (1500 kcal) pe zi, în cazul în care acesta este în repaus într-un loc cald. În timpul funcționării intensitatea medie crește necesarul de energie la aproximativ 10000 la 13000 kJ (2500-3000 kcal) pe zi. Aceasta corespunde aproximativ energia consumată de un bec de 100 W timp de 24 ore.
COMBUSTIBILI valoarea calorifică
Cărbune, petrol și gaze naturale, care în prezent sunt principalele noastre surse de energie sunt numite combustibili fosili. Se presupune că au fost format cu milioane de ani în urmă, ca urmare a descompunerii plantelor și animalelor. Toate acestea sunt acum mult mai rapid decât este acumularea lor ulterioară. Gazul natural este format din hidrocarburi gazoase (hidrogen și carbon, compuși). Compoziția gazelor naturale variază, dar, în general conține CH4 metan, cu mici adaosuri etanului C2 H6. propan C3 și C4 H8 H10 butan. Uleiul este un amestec lichid de sute de compuși diferiți. Cele mai multe dintre ele este o hidrocarbură, iar restul de compuși organici care conțin cea mai mare parte de sulf, azot sau oxigen. Cărbune - un solid conținând hidrocarburi cu compuși cu greutate moleculară mare precum sulf, oxigen și azot. Prezența sulfului în cărbune și petrol este important atunci când se discută problemele de poluare a aerului.
Valoarea calorifică și compoziția unor combustibili comuni
O compoziție aproximativă elementară,%
Calorica kJ / g
Hidrogen H2 este un combustibil foarte promițător, deoarece are o valoare calorică foarte ridicată, iar când arderea sa produce doar apa, prin urmare, acesta este un „curat“ de combustibil, fără a provoca poluarea aerului. Cu toate acestea, utilizarea sa largă ca sursă de energie împiedică faptul că, în natură conțin prea puțin H2 în formă liberă. Cea mai mare parte a hidrogenului obținut prin descompunerea apei sau a hidrocarburilor. O astfel de extindere necesită un consum de energie, care, în practică, datorită pierderii de căldură pentru hidrogen trebuie să consume mai multă energie decât poate fi accesată prin utilizarea în continuare a hidrogenului drept combustibil. Cu toate acestea, dacă vă gestionați pentru a crea un surse mari și ieftine de energie, ca urmare a dezvoltării tehnologiei de obținere a energiei nucleare sau solare, o parte din acesta poate fi utilizat pentru producerea hidrogenului. Acest hidrogen poate fi apoi utilizat ca mediu de stocare a energiei convenabil. Punct de vedere economic profitabil pentru a transporta hidrogen, conform conductelor existente decât a transmite energie electrică; hidrogen este potrivit pentru transport și depozitare. Deoarece tehnologia industrială modernă se bazează pe utilizarea combustibililor, hidrogenul poate înlocui petrol și gaze naturale, în cazul în care acești combustibili sunt epuizate și devin mai scumpe.
Consumul de energie 1.8: Tendințe și perspective
Cel mai mare consum mediu zilnic de energie pe cap de locuitor din lume și Statele Unite ale Americii au reprezentat aproximativ 1,3 # 8729; 10 iunie kJ. Această cantitate de energie este de aproximativ 100 de ori mai mare decât nevoile noastre de energie în produsele alimentare. Consumul de energie este în creștere în fiecare an, așa cum este prezentat în Fig. 1.6. În prezent, aproape 30% anual proiz-
Fig. 1.6. Consumul anual de energie în Statele Unite ale Americii (1 BTU = kJ 1,05).
condusă de energia din lume este consumată în Statele Unite. Rolul relativ al diferitelor surse de energie se schimbă în timp. Până la mijlocul secolului al XIX-lea, aproximativ 90% din energia obținută din lemn. a crescut treptat rolul de cărbune, care în 1910 a dat deja 75% din consumul de energie. În prezent, ponderea contului de gaze naturale de 31%, iar restul de 46% din petrol, fracțiunea de cărbune 19% din consumul de energie; aproximativ 2% din randamentul energetic
centrale hidroelectrice de putere și câteva mai mult de 2% - centralele nucleare. Cea mai mare problemă asociată cu utilizarea combustibililor fosili este faptul că, în cele din urmă, suntem complet epuizate le. În același timp, trebuie să folosim surse mai scumpe ale acestor combustibili.
SURSE DE ENERGIE VIITORULUI
Conform unor estimări, până la sfârșitul secolului XX rezervele existente de petrol și gaze naturale ar trebui să fie complet epuizate, în cazul în care nu vor exista alte surse de energie sau de a reduce consumul pe cap de locuitor. Acest lucru determină interesul semnificativ în dezvoltarea de noi surse de energie. În prezent, mult efort este axat pe studiul nucleare oportunități și energia solară și dezvoltarea proceselor pentru o utilizare mai eficientă a cărbunelui. De asemenea, interesul pentru utilizarea energiei geotermale (energia termică provenind din măruntaiele pământului), vânt și mareele manifestat. Experții prezic că fiecare dintre aceste trei surse de energie pot avea o contribuție mică, dar importantă pentru echilibrul general de energie, dar, în general, ei nu vor avea o influență decisivă pentru viitorul previzibil, și, prin urmare, nu le discuta în detaliu. Aici vom discuta doar pe scurt problemele utilizării cărbunelui și a energiei solare.
rezervele de cărbune depășesc rezervele tuturor celorlalți combustibili fosili; ea reprezintă 80% din rezervele de combustibili fosili în SUA și 90% la nivel mondial. Cu toate acestea, utilizarea cărbunelui se confruntă cu mai multe provocări. Dintre toate combustibilii de cărbune cauzează poluare maximă. Producția sa este adesea costisitoare și nesigure. depozitele de cărbune sunt situate departe de zonele de consum; atât de mult din cele mai bogate depozite neexploatate de cărbune în Statele Unite se află în partea de vest a țării, și consumatorii de energie sunt concentrate în mare parte de-a lungul coastei de est; transportul cărbunelui pe distanțe lungi, crește și mai mult costul său. Unii experți susțin că cărbunele ar putea fi utilizate mai eficient dacă se transforma într-un gaz, care se numește gaz sintetic ( „gazul de sinteză“). Procesul de conversie poate elimina sulf din cărbune, care este de a reduce poluarea aerului în arderea ulterioară a gazului de sinteză. Gazul de sinteză este ușor de transportat prin conducte, iar el poate face pentru livrările noastre tot mai reduse de gaze naturale. Gazeificarea cărbunelui necesită adăugarea de hidrogen la acesta. Pentru a face acest lucru, cărbunele este măcinat la praf, care este tratat cu abur supraîncălzit. Produsul cuprinde un amestec de CO, H2 și CH4. și toate aceste substanțe pot fi utilizate drept combustibili. Cu toate acestea, condițiile de proces sunt selectate în așa fel încât să se obțină randamentul maxim de CH4. Diagrama simplificată a majore reacțiile care apar în procesul este prezentat în Fig. 1.7.
Energia solară este cea mai mare sursă de energie din lume. Energia solară care se încadrează doar 0,1% din terenul din Statele Unite, echivalent cu energia totală consumată în SUA astăzi. Dificultatea de a folosi energia solară este că este foarte împrăștiate, nu este constantă în timp și depinde de condițiile meteorologice. Dispozitivele care transformă energia solară în energie electrică, în prezent nu este încă suficient de eficace. Una dintre modalitățile posibile de utilizare a energiei solare este acela de a crea „plantații energetice“. Pe aceste plantații se pot dezvolta rapid culturi mari de diferite plante, apoi arderea plantelor pentru a genera energie. Energia solară este acum capabil de a servi ca un ajutor pentru încălzirea locuințelor, împreună cu tradiționale; utilizarea de dispozitive de încălzire a apei solare și pereți amplasate strategic și ferestrele clădirilor ajută la crearea și menținerea temperaturii dorite în locuințe.
Fig. 1.7. Cel mai important proces de gazeificare a cărbunelui etapă pentru producerea gazului de sinteză. Un catalizator este o substanță care poate mări viteza de reacție, dar care nu sunt consumate în acesta.
La încheierea discuției, observăm că obiectivul nostru principal a fost pe prevenirea crizei energetice prin crearea de noi surse de energie.
Cu toate acestea, pentru a rezolva această problemă poate fi abordată de altă parte - reducerea nivelului de pe cap de locuitor consumul de energie și energie irosite. Acest mod de economisire a energiei, eventual, este calea cea mai rezonabila.
MATERIAL PENTRU REPEAT