Verbrandingswarmte Calculator - Vrijgegeven Energie | Gratis

Rekenmachine voor verbrandingswarmte

Een rekenmachine voor verbrandingswarmte bepaalt de energie die vrijkomt wanneer een brandstof volledig in zuurstof verbrandt. De rekenmachine zet een hoeveelheid stof, uitgedrukt in mol, gram of kilogram, om in een energiewaarde in kilojoule, megajoule of kilocalorie.

Wat is verbrandingswarmte?

Verbrandingswarmte, ook enthalpie van verbranding genoemd, is de energie die vrijkomt wanneer één mol van een stof onder standaardomstandigheden volledig in zuurstof verbrandt (25 °C en 1 atmosfeer druk). Verbranding is een exotherme reactie, wat betekent dat er energie vrijkomt in plaats van wordt opgenomen. De waarde wordt meestal uitgedrukt in kilojoule per mol (kJ/mol).

Elke stof heeft een eigen vaste verbrandingswarmte, die experimenteel wordt bepaald. Een rekenmachine meet deze waarde niet. De rekenmachine zoekt een bekende waarde op en schaalt die naar de ingevoerde hoeveelheid brandstof.

De verbrandingsreactie

De meeste brandstoffen die in deze rekenmachine worden gebruikt, zijn koolwaterstoffen of verwante organische verbindingen. Wanneer ze volledig verbranden, reageren ze met zuurstof en vormen ze koolstofdioxide en water, waarbij warmte vrijkomt:

Brandstof + O₂ → CO₂ + H₂O + warmte

Methaan verbrandt bijvoorbeeld als CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O + warmte.

Twee stoffen in de rekenmachine reageren anders. Waterstof bevat geen koolstof en vormt dus alleen water: 2H₂ + O₂ → 2H₂O + warmte. Koolstofmonoxide bevat geen waterstof en vormt dus alleen koolstofdioxide: 2CO + O₂ → 2CO₂ + warmte.

Hoe bereken je de verbrandingswarmte?

De totale vrijgekomen energie is gelijk aan de hoeveelheid stof in mol, vermenigvuldigd met de verbrandingswarmte per mol:

$Q = n \times H$

waarbij Q de totale vrijgekomen warmte is, n de hoeveelheid stof in mol en H de verbrandingswarmte in kilojoule per mol.

Als de hoeveelheid in gram of kilogram in plaats van mol wordt gegeven, moet deze eerst worden omgerekend met de molaire massa van de stof, de massa van één mol in gram:

• Massa in gram: $n = \frac{m}{M}$
• Massa in kilogram: $n = \frac{m \times 1000}{M}$

waarbij m de massa is en M de molaire massa in gram per mol.

Zodra de energie in kilojoule is berekend, kan deze worden omgerekend naar andere eenheden:

• 1 MJ = 1.000 kJ
• 1 kcal = exact 4,184 kJ
• 1 kJ = 0,23901 kcal, afgerond op vijf cijfers

Uitgewerkt voorbeeld

Hoeveel warmte komt vrij bij het verbranden van 10 gram methaan (CH₄)?

1. Molaire massa van CH₄: 16,04 g/mol
2. Omrekenen naar mol: 10 g ÷ 16,04 g/mol ≈ 0,623 mol
3. Verbrandingswarmte van methaan: 890 kJ/mol
4. Totale warmte: 0,623 mol × 890 kJ/mol ≈ 555 kJ

Die hoeveelheid warmte is ook ongeveer gelijk aan 0,555 MJ of 133 kcal.

Verbrandingswarmtewaarden voor veelvoorkomende stoffen

De tabel vermeldt de standaardverbrandingswarmte en molaire massa voor elke stof in de rekenmachine, samen met de energie die per gram vrijkomt.

Per mol geeft butaan de meeste energie af van de genoemde stoffen, gevolgd door glucose. Per gram geeft waterstof veel meer energie af dan de andere stoffen, omdat de molaire massa zo laag is.

Waarom de energiedichtheid varieert

Moleculen die voornamelijk uit koolstof en waterstof bestaan, geven energie af door het verbreken van C–H- en C–C-bindingen en het vormen van nieuwe bindingen in CO₂ en H₂O. Grotere koolwaterstoffen geven doorgaans meer energie per mol af, omdat ze meer bindingen hebben. De energie per gram hangt echter ook af van de molaire massa. Daardoor kan een licht molecuul zoals waterstof meer energie per gram afgeven, ook al geeft het per mol minder energie af.

Stoffen die al zuurstof bevatten, zoals ethanol en glucose, geven per gram minder energie af dan zuivere koolwaterstoffen van vergelijkbare grootte. Sommige bindingen zijn al gedeeltelijk geoxideerd voordat de verbranding begint, waardoor er minder energie beschikbaar is om vrij te komen.

Hoe wordt verbrandingswarmte gemeten?

De standaardmethode is bomcalorimetrie. Een gewogen monster verbrandt in een afgesloten, met zuurstof gevulde stalen houder die is ondergedompeld in een bekende hoeveelheid water. De vrijgekomen warmte verwarmt het water. De temperatuurstijging, gecombineerd met de bekende warmtecapaciteit van de calorimeter, geeft de vrijgekomen energie.

Bovenste en onderste verbrandingswaarde

Verbrandingswarmte kan op twee manieren worden gerapporteerd, afhankelijk van de vraag of het gevormde water als vloeistof of als damp eindigt. De bovenste verbrandingswaarde (HHV) omvat de extra warmte die vrijkomt wanneer waterdamp condenseert tot vloeibaar water. De onderste verbrandingswaarde (LHV) doet dat niet. De waarden in deze rekenmachine zijn HHV-waarden, gemeten waarbij het gevormde water vloeibaar is.

Veelgestelde vragen

Wat is het verschil tussen de bovenste en de onderste verbrandingswaarde? De bovenste verbrandingswaarde (HHV) omvat de warmte die vrijkomt wanneer waterdamp in de verbrandingsproducten condenseert tot vloeibaar water. Bij de onderste verbrandingswaarde (LHV) blijft dat water damp, waardoor een kleinere waarde wordt gerapporteerd. Deze rekenmachine gebruikt HHV-waarden.

Welke brandstof heeft de hoogste verbrandingswarmte? Van de stoffen in deze rekenmachine geeft butaan per mol de meeste energie af (2.877 kJ/mol). Per gram geeft waterstof de meeste energie af, ongeveer 141,6 kJ/g, omdat de molaire massa zeer laag is.

Kan ik de verbrandingswarmte berekenen voor een stof die niet in de lijst staat? Deze rekenmachine omvat alleen de tien opgenomen stoffen. Voor elke andere verbinding moet de verbrandingswarmte afkomstig zijn uit een chemische naslagbron of een laboratoriummeting. Daarna kan de waarde handmatig in dezelfde formule worden ingevoerd.

Waarom geven koolhydraten zoals glucose per gram minder energie af dan koolwaterstoffen? Glucose bevat al zuurstofatomen in zijn structuur, waardoor de koolstofatomen al gedeeltelijk geoxideerd zijn voordat de verbranding begint. Vergeleken met een zuivere koolwaterstof van vergelijkbare grootte blijft er minder energie over om vrij te komen.

Is verbrandingswarmte hetzelfde als calorieën in voedsel? Ze meten hetzelfde soort grootheid: de energie die vrijkomt door een stof te oxideren. De voedselcalorieën (kilocalorieën) op etiketten zijn echter afkomstig van een mengsel van voedingsstoffen en houden rekening met wat het lichaam daadwerkelijk opneemt en metaboliseert, niet alleen met de maximale chemische energie bij volledige verbranding.

Zijn verbrandingsreacties gevaarlijk om thuis te testen? Verbranding is exotherm en kan omringend materiaal ontsteken of in afgesloten ruimten druk opbouwen. Brandstoffen testen of calorimeters bouwen mag alleen gebeuren met de juiste training, ventilatie en veiligheidsuitrusting.