XV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Введение.

Актуальность.

В современном мире требуется огромное количество электроэнергии в различных сферах жизни человека, затрачиваемой на выделение тепла. Производство электричества вредит экологии нашей планеты, а значит нужно потреблять меньшее количество электроэнергии и находить альтернативные способы получения тепла.

Я хочу предложить альтернативный источник тепла, который не потребляет электричество – тепловой аккумулятор. Данный источник тепла может быть использован в различных сферах жизни человека. В зависимости от используемых составных частей такой источник не наносит существенного вреда экологии. Я выбрала в качестве теплоаккумулирующего материала тригидрат ацетата натрия, который из-за своих уникальных свойств имеет небольшое количество доступных аналогов.

Создание идентичного вещества с использованием знаний в области нанотехнологий на основе свойств тригидрата видится перспективным, как и их усовершенствование, например, пролонгирование теплоотдачи.

Эффективность работы теплового аккумулятора зависит от скорости теплоотдачи. Передо мной встал вопрос: от чего зависит скорость теплоотдачи. Для его решения было проведено исследование.

Цель работы:

Исследовать скорость теплоотдачи изготовленного теплового аккумулятора.

Задачи работы:

Изготовить вещество, обладающее экзотермическими свойствами (ацетат натрия);

Рассчитать плотность вещества с экзотермическими свойствами;

Увидеть при помощи микроскопа кристаллы ацетата натрия;

Рассчитать скорость кристаллизации раствора;

Рассчитать количество теплоты, выделяющееся при экзотермической реакции в данной массе;

Рассчитать скорость теплоотдачи;

Рассчитать энергию Гиббса, выделяющуюся при экзотермической реакции тригидрата ацетата натрия;

Рассчитать коэффициент поверхностного натяжения кристаллогидрата, используемого в качестве рабочего тела в теплоаккумуляторах;

Определить свойства лучшей оболочки;

Предложить варианты использования;

Предложить варианты модификации трёхводного ацетата натрия;

Найти и изготовить альтернативное вещество-кристаллогидрат;

Выяснить, от чего зависит скорость кристаллизации.

Практическая и научая значимость работы заключается в способности использования законов естественнонаучных дисциплин в практической деятельности. Результаты исследований могут быть использованы в различных отраслях промышленности.

Объект исследования – экзотермический эффект теплоаккумулирующего устройства.

Предметы исследования: процесс кристаллизации, происходящий с выделением теплоты, перенасыщенного раствора ацетата натрия, определение физических характеристик вещества, обладающего экзотермическими свойствами, и его реакции.

Методы исследований:

Метод зрительного восприятия информации (работа с познавательной литературой, информационными сайтами);

Метод передачи информации с помощью практической деятельности;

Метод сопоставления фактов и сравнения;

Экспериментальный метод исследования.

ГЛАВА 1. ТЕОРИТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Никольский Б.П. Физическая химия. Теоретическое и практическое руководство. 1987

Закон Гесса (с. 18)

Скорость кристаллизации (с. 184-188)

Экзотермические реакции (с. 17)

Энергия Гиббса (с. 35)

Данное учебное пособие по курсу физической химии даёт четкое теоретическое обоснование рассматриваемых вопросов, способствующее углубленному пониманию тем. Данные теоретические сведения легли в основу большинства проводимых в исследовании опытов и расчётов.

Хамский Е.В. Кристаллизация в химической промышленности. М: Химия. 1979.

Кристаллизация (с. 7)

Теоретические основы процесса кристаллизации, представления о массовой кристаллизации, пересыщенные растворы, зародышеобразование – все эти теоретические сведения в последствии легли в основу научно-исследовательской работы.

Трофимова Т.И. Курс физики. М. Высшая школа. 2000

Коэффициент поверхностного натяжения жидкости (с. 126)

ГЛАВА 2. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ВЕЩЕСТВА, ОБЛАДАЮЩЕГО ЭКЗОТЕРМИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ.

2.1. Изготовление вещества, обладающего экзотермическими свойствами.

Тепловой аккумулятор — устройство для накопления тепла с целью его дальнейшего использования. Существует довольно большое количество видов теплоаккумуляторов, мы же рассматриваем тот, который работает за счёт изменения фазового состояния вещества.

Д. И. Менделеев указывал, что важнейшим признаком всех химических реакций является изменение энергии в процессе их протекания.

Выделение или поглощение теплоты в процессе химических реакций, как правило, обусловлено следующим:

на разрушение одних веществ, то есть связей между атомами и молекулами, энергия затрачивается;

при образовании других веществ, то есть связей между атомами и молекулами, энергия выделяется.¹

Эти энергетические изменения проявляются либо в выделении теплоты в окружающую среду, либо в поглощении теплоты из окружающей среды. Химическая реакция, сопровождаемая выделением теплоты, называется экзотермической.

Мы рассматриваем перенасыщенный раствор ацетата натрия в качестве теплоаккумулирующего материала, называемый тригидратом ацетата натрия (C). Он очень доступный по способу получения и недорогой, его можно изготовить дома, что мы и сделали. Ингредиенты, требуемые для этого, используются человеком в приготовлении еды. Ими являются пищевая сода (гидрокарбонат натрия - ) и уксусная кислота 70% ( ).

Первоначально нужно провести реакцию пищевой соды (100 грамм) и уксусной кислоты (90 мл). Когда реакция завершится, получившуюся смесь необходимо нагреть до состояния прозрачной жидкости. Это и будет тригидрат ацетата натрия – вещество, обладающее экзотермическими свойствами.

Перенасыщенный раствор ацетата натрия при выводе из состояния равновесия кристаллизуется, вследствие чего выделяется тепло (происходит экзотермическая реакция).

2.2. Кристаллы, образовавшиеся в ходе экзотермической реакции.

Перенасыщенный раствор ацетата натрия при выводе из состояния равновесия переходит в другое агрегатное состояние (кристаллизуется).

Кристаллизация - это процесс выделения твёрдой фазы в виде кристаллов из растворов или расплавов. Кристаллизация начинается при достижении некоторого предельного условия, например, переохлаждения жидкости или пересыщения пара, когда практически мгновенно возникает множество мелких кристалликов - центров кристаллизации. Кристаллики растут, присоединяя атомы или молекулы из жидкости или пара. Рост граней кристалла происходит послойно, края незавершённых атомных слоев (ступени) при росте движутся вдоль грани. Зависимость скорости роста от условий кристаллизации приводит к разнообразию форм роста и структуры кристаллов (многогранные, пластинчатые, игольчатые, скелетные, дендритные и другие формы, карандашные структуры и т. д.). В процессе кристаллизации неизбежно возникают различные дефекты.²

При помощи электронного школьного микроскопа мы пронаблюдали кристаллы при различных увеличениях (рисунки №1, №2, №3).

Рисунок №1 Рисунок №2

Р
исунок №3

Кристаллическая решётка тригидратата ацетата натрия представлена на рисунке №4.

Рисунок №4.

2.3. Скорость кристаллизации ацетата натрия.

Процесс кристаллизации тригидрата ацетата натрия был снят на видео, чтобы впоследствии рассчитать его скорость. Скорость кристаллизации - скорость, с которой перемещается граница между раствором и закристаллизовавшимся веществом в направлении, перпендикулярном границе. Так как в реальных условиях она непостоянна, то нагляднее представить данную физическую величину в виде графика зависимости S (t), а её изменение в графике зависимости V (t).

Видео было разбито на кадры, которые были загружены в программу Paint и увеличены до появления пикселей, после чего было посчитано количество пикселей в 1 мм и рассчитан рост кристаллов в пикселях. Затем пиксели были переведены в миллиметры, а по полученным данным была составлена таблица, по результатам которой были построены графики.

 

Таблица №1. Зависимость S(м) от t (с) и расчёт V кристаллизации.

t, (с)	S, (мм)	V, (мм/с)
0	0	0
0,18	1	5,56
0,44	2	3,85
1,04	3	1,67
1,19	4	6,67
1,32	5	7,69
1,54	6	4,55
2,14	7	1,67
2,28	8	7,14
2,48	9	5,00
3,02	10	1,85
3,12	11	10,00
3,36	12	4,17

График №1. Скорость кристаллизации тригидрата ацетата натрия.

Так как участки времени, за которое кристаллизуется 1 мм перенасыщенного раствора, очень малы, то на этих участках движение можно считать равномерным, а скорость кристаллизации можно рассчитать по формуле:

,

где t – время, за которое кристаллизуется S=1 мм тригидрата ацетата натрия.

Полученные точки были пронумерованы и сопоставлены со снимками из видео кристаллизации раствора. Для измерения перемещения фронта роста, вдоль отдельной линии роста расположена миллиметровая линейка (рисунки №5, №6, №7).

График №2. Изменение скорости со временем.

Рисунок №5.

Рисунок №6.

Рисунок №7.

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЯ, ОПЫТЫ И РАСЧЁТЫ

3.1. Расчёт плотности вещества, обладающего экзотермическими свойствами.

Плотность – масса единицы объёма. Её можно рассчитать по формуле:

Плотность вещества равна 1381,8, результаты измерений представлены в таблице №2.

M (кг)	V ( )	()
0,0152	0,000011	1381,8

Таблица №2. Расчёт плотности перенасыщенного раствора ацетата натрия.

3.2. Расчёт количества теплоты, выделяющейся при экзотермической реакции в данной массе.

В ходе кристаллизации перенасыщенного раствора ацетата натрия выделяется тепло. Для расчёта количества теплоты переместим вещество в три пакета одинаковых размеров, изготовленных из разных материалов (пакет из пищевой фольги; пакет из упаковки, содержащей капсулы воздуха; zip-пакет). Протекание реакции пронаблюдаем при помощи тепловизора. В работе представлены снимки с тепловизора в начальный и конечный момент наблюдения экзотермической реакции теплоаккумуляторов (рисунки №8, №9, №10).

Р исунок №8.

Рисунок №9.

Р исунок №10.

По закону Гесса:

Система получает тепло от экзотермической реакции и отдаёт часть в окружающую среду.

Тогда

В данной формуле – удельная теплоёмкость материалов пакета, – масса теплоаккумулятора,– изменение температуры теплоаккумулятора, – коэффициент теплоотдачи вещества, – разность температуры теплового аккумулятора и окружающей среды, – время, в течение которого рассматривается реакция.

Для определения удельной теплоёмкости материалов, из которых изготовлены пакеты, мы воспользовались калориметром и горячей водой.

Калориметр – прибор для измерения количества теплоты. Простейший калориметр состоит из двух стаканов: внутреннего алюминиевого и внешнего пластмассового, которые разделены воздушным промежутком. В нашем случае калориметр состоял из двух алюминиевых стаканов, которые разделены пенопластовой прослойкой.

Так как потери при использовании такой установки минимальны, то воспользуемся уравнением теплового баланса:

Тогда

По результатам опыта, мы получили результаты, представленные в таблице №3.

№ пакета	, (кг)	, ( )	( )	( )	, (кг)	, ( )	, ( )
1	0,1	4200	73	72	0,00033	26	27668,0
2	0,1	4200	80	77	0,00064	26	38602,9
3	0,1	4200	71	70	0,00019	26	50239,2

Таблица №3. Расчёт удельной теплоёмкости материалов, используемых в качестве оболочек тепловых аккумуляторов.

Для расчёта коэффициента теплоотдачи вещества воспользуемся следующей формулой:

В данной формуле – коэффициент теплоотдачи вещества,c – удельная теплоёмкость тригидрата ацетата натрия (было взято из справочных материалов). По результатам расчётов k= 0,15 (таблица №4)

c ( )	m (кг)	(с)	k ( )
3220	0,00159	38	0,15

Таблица №4. Расчёт коэффициента теплоотдачи ацетата натрия.

Подставим все полученные данные в формулу:

По результатам вычислений за равный промежуток времени наибольшее количество теплоты было выделено теплоаккумулятором, оболочкой которого являлся zip-пакет, а наименьшее – тепловым аккумулятором, оболочкой которого является упаковка, содержащая капсулы воздуха. (Таблица №5)

№	, ( )	m, (кг)	, ( )	( )	k,( )	T, ( )	, ( )		(Дж)
1	27668,0	0,00293	37,6	26,8	0,15	37,6	22	38	964,45
2	38602,9	0,00231	43,1	22,2	0,15	43,1	22	38	1983,98
3	38602,9	0,00178	44,4	20,8	0,15	44,4	22	38	2238,13

Таблица №5. Расчёт количества теплоты, выделяемой при экзотермической реакции при данной массе.

1 – пакет из пищевой фольги

2 – пакет из упаковки, содержащей капсулы воздуха

3 – zip-пакет

3.3. Расчёт скорости теплоотдачи.

Скорость теплоотдачи – это быстрота изменения количества теплоты. Так как скорость теплоотдачи при экзотермической реакции изменяется, то нагляднее представить данную физическую величину в виде графика зависимости Q (t). При протекании реакции отслеживалось изменение температуры теплоаккумулирующего устройства со временем. Все измерения и результаты расчётов представлены в таблицах №6 и №7.

 

Таблица №6. Изменение температуры теплоаккумулирующих устройств со временем

Таблица №7. Изменение количества теплоты, выделяющейся при кристаллизации, со временем.

 

Таблица №7. Изменение количества теплоты, выделяющейся при экзотермической реакции, со временем

По данным таблицы №7 был построен график №3.

График №3. Зависимость Q (t).

Если посмотреть на графики зависимости количества теплоты трёх пакетов от времени, можно увидеть, что первоначально идёт резкий скачок, а после – почти горизонтальная прямая. Наибольшее количество теплоты за одинаковый промежуток времени выделяется в теплоаккумулирующем устройстве, оболочкой которого является zip-пакет, а наименьшее – в теплоаккумуляторе, оболочкой которого является фольга.

3.4. Расчёт энергии Гиббса, выделяющейся при экзотермической реакции тригидрата ацетата натрия.

Энергия Гиббса рассчитывается по формуле:

,

Где H – энтальпия перенасыщенного раствора, S – энтропия, а – изменение температуры при экзотермической реакции.

, ()	S, ()	T, (К)	, (К)	G, ( )
-604,3	0,298	317,55	293,95	-611,33

Таблица №8. Расчёт энергии Гиббса.

G = -611,33

3.5. Расчёт коэффициента поверхностного натяжения тригидрата ацетата натрия.

Поверхность жидкости, соприкасающейся с другой средой, например, с ее собственным паром, находится в особых условиях по сравнению с остальной массой жидкости. Возникают эти особые условия потому, что молекулы пограничного слоя жидкости, в отличие от молекул в глубине, окружены молекулами жидкости не со всех сторон. Молекулы пограничного слоя жидкости обладают избыточной поверхностной потенциальной энергией U_s по сравнению с молекулами в ее глубине.

Энергия U_s обязана своим происхождением наличию поверхности жидкости, поэтому она пропорциональна площади S этой поверхности. Для того, чтобы увеличить площадь поверхности при постоянной температуре на бесконечно малую величину dS, надо совершить работу:

dA_вн=dU_s=σdS, где σ- коэффициент поверхностного натяжения.

Из формулы следует, что коэффициент поверхностного натяжения жидкости σ численно равен работе, которую нужно совершить, чтобы увеличить площадь поверхности на единицу:

σ= .

Жидкость в равновесии имеет минимальную потенциальную энергию, и, следовательно, должна иметь минимально возможную поверхность. Это означает, что существуют силы, стремящиеся сократить поверхность раздела фаз. Эти силы называются силами поверхностного натяжения Fσ. Они направлены вдоль поверхности, по касательной к ней.

 

Рисунок №11

Перед отрывом капли образуется шейка, радиус которой несколько меньше радиуса трубки. Вдоль окружности этой шейки и действует сила поверхностного натяжения Fσ, направленная вверх, которая в момент отрыва численно равна силе тяжести (из II закона Ньютона). Если радиус шейки r = R, то Fσ =2πRσ = m₁g, где m₁- масса одной капли жидкости. Зная массу одной капли жидкости, можно определить σ:

σ = .

N-число капель, - масса кюветы, m- масса кюветы с кристаллогидратом, -масса капель.

Номер измерения	N	г	m, г	, г	, г	σ,
1	10	11,50	11,68	0,18	0,02	1,6
2	20	11,50	12,02	0,52	0,03	2,3
3	30	11,50	12,36	0,86	0,03	2,3
4	40	11,50	12,74	1,24	0,03	2,3

Таблица №9. Определение коэффициента поверхностного натяжения тригидрата ацетата натрия.

ГЛАВА 4. ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

4.1. «Умная» оболочка.

Так как при расчёте количества теплоты, выделяющей при кристаллизации, было использовано три материала в качестве оболочки, то необходимо отметить, какими свойствами должен обладать наилучший материал для его использования в тепловых аккумуляторах.

Для наибольшей эффективности и большего срока службы теплоаккумулирующих устройств в качестве оболочки должен использоваться материал, который обладает высокой теплопроводностью (от 800). В природе таких материалов не существует, но в направлении разработок и создания подобных материалов заинтересованы специалисты в области микро- и наноэлектроники.

Свойства, которыми на мой взгляд должен обладать такой материал:

высокая теплопроводность (от 800);

возможность производства материала с учётом современных технологий и доступности для потребителя (т. е. - дешевизна);

если материал непластичный, то он должен обладать большой прочностью на изгиб (от 50 МПа);

если материал пластичный, то он должен испытывать незначительные деформации под воздействием на него перенасыщенного раствора ацетата натрия;

не должен вступать в реакцию с тригидратом ацетата натрия.

4.2. Варианты использования

После анализа существующей литературы по применению тригидрата ацетата натрия сегодня мне можно предложить его использование:

Использование тепловых аккумуляторов в контейнерах с подогревом. На сегодняшний день существуют контейнеры, работающие только от электричества, мы же предлагаем заменить тепло электроэнергии на тепло экзотермической реакции. Изменяя оболочку такого аккумулятора и массу тригидрата ацетата натрия, Вы можете изменять температуру нагрева и время поддержания температуры.

Если тригидрат ацетата натрия модифицировать, то его тепловые свойства можно было бы использовать, например, как утеплительный материал для стен балконов и лоджий или для отогрева замерзших труб

В настоящее время в строительстве, как и во всех остальных сферах жизни человека, актуальна тема энергосбережения и энергоэффективности. Уже сегодня данное вещество добавляется в бетон для придания ему морозостойкости, лучшей схватываемости при низких температурах, большей прочности. Теплоаккумулирующие устройства на основе фазового перехода жидкость-твёрдое тело сегодня могут найти применение в различных сферах жизни человека. Разрабатываются новые перспективные материалы, возможность использования тригидрата ацетата натрия за счёт его уникальных свойств видится очень привлекательной.

4.3. Модификация трёхводного ацетата натрия для использования в качестве теплоаккумулирующего материала.

Тепловые аккумуляторы находят широкое применение в системах энергосбережения, особенно в технологических процессах, использующих большое количество тепла. К таким технологиям относится выращивание различной растительной продукции в теплицах. В этом случае тепловые аккумуляторы могут быть использованы в качестве устройств накопления тепловой энергии от солнечных коллекторов, тепловых насосов и вспомогательных отопительных устройств, а также регулирования температурных режимов в теплицах.

Особенностью создания тепловых аккумуляторов для теплиц является необходимость накопления большого количества тепловой энергии с последующей контролируемой отдачей для обеспечения требуемых температурных режимов.

В этом отношении актуальна разработка таких тепловых аккумуляторов, позволяющих накапливать и хранить энергию без существенных потерь в окружающую среду в течение длительного времени.

Долговременное хранение тепловой энергии возможно в водносолевых смесях, к примеру, в ацетате натрия, который при кристаллизации выделяет теплоту и имеет два устойчивых состояния: жидкое и твердое.

При модификации тригидрата ацетата натрия графеном в жидком состоянии обеспечивает возможность долговременного хранения энергии при температуре, соответствующей температуре окружающей среды. Это должно привести к уменьшению процента деградации экзотермических характеристик вещества в ходе проведения циклов фазовых переходов.

При многократных циклах фазового перехода, из-за различной плотности веществ (в жидком состоянии и в твёрдом) происходит частичное расслоение компонентов. Также при нагревании до 80-95 ◦С из-за частичного испарения кристаллизационной воды нарушается стабильность температуры плавления и кристаллизации. Таким образом если в тригидрат ацетата натрия с инициаторами кристаллизации вводить загуститель, то можно исключить (значительно уменьшить) расслоение и испарение кристаллизационной воды. Например, в качестве такого загустителя можно использовать карбоксиметилцеллюлозу.

Соответственно при одновременной модификации тригидрата ацетата натрия графеном и карбоксиметилцеллюлозой можно избежать сразу нескольких проблем, препятствующих увеличению эффективности кристаллогидрата при использовании его в качестве теплоаккуммулирующего материала.

ГЛАВА 5. ПОИСК АЛЬТЕРНАТИВНОГО ВЕЩЕСТВА, ЭКЗОТЕРМИЧЕСКИ КРИСТАЛЛИЗУЮЩЕГОСЯ.

5.1. Получение двухводного дигидрофосфата натрия.

Тригидрат ацетат натрия - вещество, обладающее нестандартными свойствами. Оно является очень перспективным, а способ его применения можно найти во многих сферах жизни человека. Но чтобы более конкретно говорить об этом, необходимо было рассмотреть перенасыщенный раствор ацетата натрия в сравнении с похожим по свойствам веществом. Изучив научную литературу по данной теме, нам удалось найти такое вещество - дигидрофосфат натрия.

Для получения необходимо провести реакцию ортофосфорной кислоты и натриевой щёлочи путём смешивания их водных растворов в мольном соотношении 1:1 по метилоранжу.

5.2. Скорость кристаллизации.

После того, как получили вещество, необходимо было убедиться, что от механического воздействия двухводный дигидрофосфат натрия начнёт экзотермически кристаллизоваться. Но тут мы столкнулись с проблемой: дигидрат дигидрофосфот натрия при воздействии кристаллизовался очень медленно, и проследить выделение тепла за такой промежуток времени оказалось невозможным. В соответствии с этим необходимо было изучить, от чего зависит скорость кристаллизации.

Скорость кристаллизации зависит от:

температуры окружающей среды;

скорости охлаждения;

молярная масса вещества;

температуры начала кристаллизации;

количества центров зародышеобразования;

внешнего давления;

коэффициента поверхностного натяжения раствора кристаллогидрата;

плотности раствора.

Характеристика	Тригидрат ацетата натрия	Дигидрат дигидрофосфат натрия
Молярная масса	136,08 а.е.м.	156,01 а.е.м.
Плотность раствора	1,38 г/	1,8 г/
Температура окружающей среды	22 ◦С	22 ◦С
Внешнее давление	748 мм. рт. ст.	748 мм. рт. ст.

Таблица №10. Сравнительная характеристика тригидрата ацетата натрия и дигидрата дигидрофосфата натрия.

Молярная масса дигидрата дигидрофосфата натрия больше, чем у тригидрата ацетата натрия. Согласно изученной литературе с увеличением молярной массы скорость кристаллизации уменьшается. Зависимость плотности раствора также находится со скоростью кристаллизации в обратно пропорциональной зависимости. Температура окружающей среды, при которой было проведено наблюдение кристаллизации растворов, как и внешнее давление, одинакова для наших веществ, поэтому в качестве сравнительной характеристики её мы не рассматриваем. Оставшиеся характеристики, влияющие на скорость кристаллизации, планируем рассчитать опытном путём и сравнить.

5.3. Рассмотрение кристаллогидратов натрия в качестве рабочего тела теплоаккумулятора

Продолжив изучать научную литературу по данной теме, выяснили, что существуют ещё кристаллогидраты, обладающие подобными свойствами: тиосульфат (Na₂S₂O₃•5H₂O), сульфат ( Na₂SO₄·10H₂O) и карбонат натрия (Na₂СO₃•10H₂O). Вследствие этого возник вопрос: «могут ли кристаллогидраты тиосульфата, сульфата и карбоната натрия служить рабочим телом для грелки?» Тем же методом, который использовался при поиске веществ, выяснили, что все эти кристаллогидраты могут служить рабочим телом тепловых аккумуляторов. но эффективность тем ниже, чем больше молекул кристаллизационной воды в молекуле вещества. Теоретически дигидрофосфат натрия одно- и двухводный должны быть чемпионами, но кристаллизация их переохлажденных растворов в реальности затруднена - переохлажденные растворы данных веществ обладают столь высокой вязкостью, что надолго остаются стеклообразными и не кристаллизуются, из-за чего тригидрат ацетата натрия считается наиболее эффективным.

Так как более эффективного вещества не было найдено, было бы интересно создать метаматериал, экзотермически кристаллизующийся, за счёт изменения строения атома и сил взаимодействия между ними. Полученный материал будет востребован в различных сферах жизни человека за счёт своих уникальных свойств.

Выводы.

В результате выполнения работы:

Изготовили вещество, обладающее экзотермическими свойствами (ацетат натрия);

Изучили причины выделения тепла при экзотермических реакциях;

Рассчитали плотность перенасыщенного раствора ацетата натрия;

Получили картину кристаллов ацетата натрия, образовавшихся в ходе экзотермической реакции и изучили теорию кристаллизации веществ;

Рассчитали скорость кристаллизации раствора;

Рассчитали удельную теплоёмкость материалов, взятых в качестве оболочки теплоаккумуляторов;

Рассчитали коэффициент теплоотдачи тригидрата ацетата натрия;

Рассчитали количество теплоты, выделяющейся при экзотермической реакции;

Рассчитали энергию Гиббса, выделяющуюся при экзотермической реакции;

Рассчитали коэффициент поверхностного натяжения тригидрата ацетата натрия;

Определили свойства лучшей оболочки;

Предложили варианты использования;

Предложили варианты модификации трёхводного ацетата натрия;

Нашли и изготовили альтернативное вещество-кристаллогидрат;

Выяснили, от чего зависит скорость кристаллизации.

Также в результате работы исследовали скорость теплоотдачи изготовленного теплового аккумулятора, что и являлось целью работы.

Используемая литература.

Стромберг А. Г. Физическая химия / А. Г. Стромберг, Д. П. Семченко; под ред. А. Г. Стромберга; 5-е изд., испр. М. : Высш. шк., 2003.

Хамский Е.В. Кристаллизация в химической промышленности. М: Химия.1979.

Дмитриев А.С. Введение в нанотеплофизику. БИНОМ. Лаборатория знаний. Москва. 2015.

Никольский Б.П. Физическая химия. Теоретическое и практическое руководство. 1987.

Трофимова Т.И. Курс физики. М. Высшая школа. 2000

Кикоин И.К., Кикоин А.К. Молекулярная физика.

Г. П. Ковтун, А. А. Верёвкин. Наноматериалы: технологии и материаловедение

«Закон Гесса» http://orgchem.ru/chem3/z27.htm

«Энергия Гиббса» https://chemistry.ru/course/content/chapter4/section/paragraph6/theory.html#.XqXAHlczbIU

«Экзотермические и эндотермические реакции» https://www.yaklass.ru/p/himija/89-klass/klassifikatciia-khimicheskikh-reaktcii-i-zakonomernosti-ikh-protekaniia-212242/klassifikatciia-khimicheskikh-reaktcii-po-teplovomu-effektu-228606/re-b56d0601-c897-4374-8055-be2007e1bab0

«Кристаллизация» https://science.wikia.org/ru/wiki/%D0%9A%D1%80%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%BB%D0%BB%D0%B8%D0%B7%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8F

An Introduction to Phase Change Materials as Heat Storage Mediums, Thomas Hasenöhrl http://www.lth.se/fileadmin/ht/Kurser/MVK160/2009_reports/ThomasHasenohrl_PCMs.pdf

https://www.top-technologies.ru/ru/article/view?id=24666

https://www.chem21.info/info/12713/

1URL: https://www.yaklass.ru/p/himija/89-klass/klassifikatciia-khimicheskikh-reaktcii-i-zakonomernosti-ikh-protekaniia-212242/klassifikatciia-khimicheskikh-reaktcii-po-teplovomu-effektu-228606/re-b56d0601-c897-4374-8055-be2007e1bab0

2Хамский Е.В. Кристаллизация в химической промышленности. М: Химия.1979. с.188