כיצד לנתח את תכולת הקלוריות של סוכר לעומת ספלינדה באמצעות קלורימטריה של פצצה?

האם תהיתם פעם אם Splenda באמת הוא ממתיק ללא קלוריות כמו שמפורסם? מאמר זה נותן הוראות ספציפיות כיצד לבצע ניסוי קלורימטריה בפצצה ולנתח את התוצאות כדי לקבוע את התוכן הקלורי של סוכר קנים טהור (סוכרוז) לעומת Splenda (סוכרלוז).

קלורימטריה של פצצה בנפח קבוע היא תהליך המשמש לקביעת אנרגיית תגובות הבעירה. הנפח הקבוע של התהליך מגביל את האנרגיה המיוצרת בתגובה להיות אך ורק לאנרגיית חום. אנרגיית החום, או האנטלפיה (H), של תגובה ניתנת על ידי

∆H = ∆U (T, V) + ∆ (PV) (משוואה I 0,1)

שבו האנרגיה הפנימית, U, היא פונקציה של טמפרטורה ונפח, Δ (PV) הוא שינוי הלחץ והנפח. מכיוון שאנרגיה נשמרת במערכות מבודדות, סך הכל ΔU = 0, אך U הוא פונקציית מצב, כלומר היא מסתמכת רק על המצבים הראשוניים והסופיים.

∆U = 0 = ∆U_f- 〖∆U〗 _i

מה שרומז

〖∆U〗 _f = - 〖∆U〗 _i (משוואה I 0,2)

איפה

∆U_f = C_P (T_f-T_i) (משוואה I 0,3)

שבו C_P הוא החום הספציפי של המערכת. שימוש במידע זה ובחוק הגז האידיאלי לביטוי Δ (PV) כ- RΔ (nT), האנטלפיה של התגובה עשויה לבוא לידי ביטוי כ

∆H_i = 〖- C〗 _P (T_f-T_i) + RT_i ∆n (משוואה I 0,4)

כאשר Δn הוא השינוי במספר שומות הגז ממוצרים לתגובות.

(ראה איור I 0,1: פצצת קלורימטר פצצה) ¹

(ראה איור I 0,2: מנגנון שלם בפצצת קלורימטריה.) ¹

בניסוי זה, ΔH של שלושה חומרים שונים, סוכרלוז, סוכרוז וחומצה בנזואית, יימדד באמצעות מערך הקלורימטריה של הפצצה לעיל.

(ראה איור I 0,3: מבנים מולקולריים של: סוכרוז, סוכרלוז וחומצה בנזואית)

הניתוח של חומצה בנזואית נועד ככיול של מכשירים. סוכר ו- Splenda ™ הם ממתיקים נפוצים במזון. Splenda ™ מתפרסם כממתיק ללא קלוריות בהשוואה לסוכר, ולכן בניסוי זה ינותחו התפוקה הקלורית של הבעירה של שני החומרים. ההשערה היא כי ה- Splenda ™ מפיק פחות אנרגיה מסוכר, אך לא אפס קלוריות.

דיון

יש שלוש תגובות כימיות המנותחות כדי להשלים את הניסוי הזה. הבעירה של חומצה בנזואית,

2 C7H6O2 (s) + 15 O2 (g) → 14 CO2 (g) + 6 H2O (l);

הבעירה של סוכרוז,

C12H22O11 (s) + 12 O2 (g) → 12 CO2 (g) + 11 H2O (l);

והבערה של סוכרלוז,

C12H19O8Cl3 (s) + 12 O2 (g) → 12 CO2 (g) + 8 H2O (l) + 3 HCl (l).

מטרת ניסוי זה הייתה לקבוע את התפוקה הקלורימטרית של הבעירה של Splenda ™ (או סוכרלוז) לעומת סוכרוז. Splenda ™ מפרסם את עצמו כממתיק ללא קלוריות, אולם תוצאות הניסוי מצביעות על כך שלסוכרלוז יש פי 2,5 יותר מהתפוקה הקלורימטרית של סוכרוז, או סוכר קנים. עם זאת, לאור השגיאה הגדולה בערכים אלה, התוכן הקלורי של סוכרלוז יכול היה להיות לכל היותר חצי מזה של סוכר. ספרות בנושא מציינת כי התוכן הקלורי של סוכרלוז צריך להיות זהה יחסית לסוכר באנרגיית הבעירה וחום הבעירה של התרכובת. קשרים שונים עם שונים אנרגיות קשר נשברות בתגובות הבעירה, ולכן אין זה רחוק לשער כי הערכים ΔH ו- ΔE בין שני החומרים יהיו שונים זה מזה. אנשים רבים טוענים שהם מבחינים בהבדל בטעם הממתיק ™ Splenda לעומת חלופת הסוכר הטהור, בעוד שמספר גדול של אחרים אינם מסכימים ולא מבחינים כלל בהבדל טעם. פירוק החומרים הללו בתהליך הצריכה שונה וככל הנראה מביא להבדל זה בטעם.