Kalkulator Haba Pembakaran - Tenaga Dilepaskan | Percuma

Kalkulator Haba Pembakaran

Kalkulator haba pembakaran menentukan tenaga yang dibebaskan apabila bahan api terbakar sepenuhnya dalam oksigen. Kalkulator ini menukarkan jumlah bahan, dalam mol, gram atau kilogram, kepada nilai tenaga dalam kilojoule, megajoule atau kilokalori.

Apakah haba pembakaran?

Haba pembakaran, yang juga dipanggil entalpi pembakaran, ialah tenaga yang dibebaskan apabila satu mol bahan terbakar sepenuhnya dalam oksigen pada keadaan piawai (25 °C dan 1 atmosfera tekanan). Pembakaran ialah tindak balas eksotermik, iaitu tindak balas yang membebaskan tenaga dan bukannya menyerapnya. Nilai ini biasanya ditulis dalam kilojoule per mol (kJ/mol).

Setiap bahan mempunyai haba pembakaran tetapnya sendiri, yang ditentukan melalui eksperimen. Kalkulator tidak mengukur nilai ini. Kalkulator mendapatkan nilai yang diketahui dan menskalakannya mengikut jumlah bahan api yang dimasukkan.

Tindak balas pembakaran

Kebanyakan bahan api yang digunakan dalam kalkulator ini ialah hidrokarbon atau sebatian organik yang berkaitan. Apabila terbakar sepenuhnya, bahan-bahan ini bertindak balas dengan oksigen untuk membentuk karbon dioksida dan air, serta membebaskan haba:

Bahan api + O₂ → CO₂ + H₂O + haba

Sebagai contoh, metana terbakar mengikut tindak balas CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O + haba.

Dua bahan dalam kalkulator ini bertindak balas secara berbeza. Hidrogen tidak mengandungi karbon, jadi ia hanya membentuk air: 2H₂ + O₂ → 2H₂O + haba. Karbon monoksida tidak mengandungi hidrogen, jadi ia hanya membentuk karbon dioksida: 2CO + O₂ → 2CO₂ + haba.

Cara mengira haba pembakaran

Jumlah tenaga yang dibebaskan bersamaan dengan jumlah bahan, dalam mol, didarab dengan haba pembakarannya bagi setiap mol:

$Q = n \times H$

Q ialah jumlah haba yang dibebaskan, n ialah jumlah bahan dalam mol dan H ialah haba pembakaran dalam kilojoule per mol.

Jika jumlah itu diberikan dalam gram atau kilogram dan bukannya mol, tukarkannya terlebih dahulu menggunakan jisim molar bahan, iaitu jisim satu mol dalam gram:

• Jisim dalam gram: $n = \frac{m}{M}$
• Jisim dalam kilogram: $n = \frac{m \times 1000}{M}$

m ialah jisim dan M ialah jisim molar dalam gram per mol.

Setelah tenaga dikira dalam kilojoule, tenaga itu boleh ditukarkan kepada unit lain:

• 1 MJ = 1,000 kJ
• 1 kcal = 4.184 kJ tepat
• 1 kJ = 0.23901 kcal, dibundarkan kepada lima digit

Contoh pengiraan

Berapakah haba yang terhasil daripada pembakaran 10 gram metana (CH₄)?

1. Jisim molar CH₄: 16.04 g/mol
2. Tukar kepada mol: 10 g ÷ 16.04 g/mol ≈ 0.623 mol
3. Haba pembakaran metana: 890 kJ/mol
4. Jumlah haba: 0.623 mol × 890 kJ/mol ≈ 555 kJ

Jumlah haba itu juga bersamaan dengan kira-kira 0.555 MJ atau 133 kcal.

Nilai haba pembakaran bagi bahan biasa

Jadual ini menyenaraikan haba pembakaran piawai dan jisim molar bagi setiap bahan dalam kalkulator, bersama-sama tenaga yang dibebaskan bagi setiap gram.

Bagi setiap mol, butana membebaskan tenaga paling banyak antara bahan yang disenaraikan, diikuti glukosa. Bagi setiap gram, hidrogen membebaskan tenaga yang jauh lebih banyak berbanding bahan lain kerana jisim molarnya sangat rendah.

Mengapa ketumpatan tenaga berbeza

Molekul yang kebanyakannya terbina daripada karbon dan hidrogen membebaskan tenaga melalui pemutusan ikatan C–H dan C–C serta pembentukan ikatan baharu dalam CO₂ dan H₂O. Hidrokarbon yang lebih besar biasanya membebaskan lebih banyak tenaga bagi setiap mol kerana mempunyai lebih banyak ikatan. Namun, tenaga bagi setiap gram turut bergantung pada jisim molar, jadi molekul ringan seperti hidrogen boleh membebaskan lebih banyak tenaga bagi setiap gram walaupun membebaskan kurang tenaga bagi setiap mol.

Bahan yang sudah mengandungi oksigen, seperti etanol dan glukosa, membebaskan kurang tenaga bagi setiap gram berbanding hidrokarbon tulen yang bersaiz serupa. Sebahagian ikatannya sudah teroksida sebelum pembakaran bermula, jadi kurang tenaga tersedia untuk dibebaskan.

Cara haba pembakaran diukur

Kaedah piawai ialah kalorimetri bom. Sampel yang telah ditimbang dibakar di dalam bekas keluli tertutup berisi oksigen dan direndam dalam jisim air yang diketahui. Haba yang dibebaskan memanaskan air, dan kenaikan suhu, bersama kapasiti haba kalorimeter yang diketahui, memberikan tenaga yang dibebaskan.

Nilai pemanasan tinggi dan rendah

Haba pembakaran boleh dilaporkan dalam dua cara, bergantung pada sama ada air yang terhasil berada dalam bentuk cecair atau wap. Nilai pemanasan tinggi (HHV) mengambil kira haba tambahan yang dibebaskan apabila wap air memeluwap menjadi cecair. Nilai pemanasan rendah (LHV) tidak mengambil kiranya. Nilai yang digunakan dalam kalkulator ini ialah nilai HHV, yang diukur dengan hasil air dalam bentuk cecair.

Soalan lazim

Apakah perbezaan antara nilai pemanasan tinggi dan rendah? Nilai pemanasan tinggi (HHV) merangkumi haba yang dibebaskan apabila wap air dalam hasil pembakaran memeluwap menjadi air cecair. Nilai pemanasan rendah (LHV) membiarkan air itu kekal sebagai wap, jadi nilainya lebih kecil. Kalkulator ini menggunakan nilai HHV.

Bahan api manakah yang mempunyai haba pembakaran paling tinggi? Antara bahan dalam kalkulator ini, butana membebaskan tenaga paling banyak bagi setiap mol (2,877 kJ/mol). Bagi setiap gram, hidrogen membebaskan tenaga paling banyak, iaitu kira-kira 141.6 kJ/g, kerana jisim molarnya sangat rendah.

Bolehkah saya mengira haba pembakaran bagi bahan yang tidak disenaraikan? Kalkulator ini hanya meliputi sepuluh bahan yang disertakan. Bagi sebatian lain, haba pembakarannya mesti diperoleh daripada rujukan kimia atau pengukuran makmal, kemudian dimasukkan secara manual ke dalam formula yang sama.

Mengapakah karbohidrat seperti glukosa membebaskan kurang tenaga bagi setiap gram berbanding hidrokarbon? Glukosa sudah mengandungi atom oksigen dalam strukturnya, jadi atom karbonnya sebahagiannya sudah teroksida sebelum pembakaran bermula. Berbanding hidrokarbon tulen yang bersaiz serupa, kurang tenaga yang tinggal untuk dibebaskan.

Adakah haba pembakaran sama dengan kalori dalam makanan? Kedua-duanya mengukur jenis kuantiti yang sama, iaitu tenaga yang dibebaskan melalui pengoksidaan bahan, tetapi Kalori makanan (kilokalori) yang dilaporkan pada label berasal daripada campuran nutrien dan mengambil kira perkara yang sebenarnya diserap serta dimetabolismekan oleh badan, bukan sekadar tenaga kimia maksimum daripada pembakaran lengkap.

Adakah tindak balas pembakaran berbahaya untuk diuji di rumah? Pembakaran bersifat eksotermik dan boleh menyalakan bahan di sekeliling atau meningkatkan tekanan dalam ruang tertutup. Pengujian bahan api atau pembinaan kalorimeter hanya boleh dilakukan dengan latihan, pengudaraan dan peralatan keselamatan yang sesuai.