2 Експериментальна частина

2.1 Вивчення процесу гідратації глауберової солі

∆H_утв.(Na₂SO₄*10H₂O) = -4324 кДж/моль

∆H_утв.(Na₂SO₄) = -1387 кДж/моль

∆H_утв.(H₂O) = -286 кДж/моль

∆H_р-ї = ∆H_утв.(Na₂SO₄*10H₂O) – (∆H_утв.(Na₂SO₄) + 10*∆H_утв.(H₂O))

∆H_р-ї = -4324 кДж/моль – ((-1387 кДж/моль) + 10*(-286 кДж/моль)) = -77 кДж/моль

Рекція плавлення кристалогідрату відбувається при 32˚C, розрахуємо для нього енергію Гібса(∆G):

∆G = ∆H_р-ї - T∆S_р-ї

∆S_утв.(Na₂SO₄*10H₂O) = -4324 кДж/моль

∆S_утв.(Na₂SO₄) = -1387 кДж/моль

∆S_утв.(H₂O) = -286 кДж/моль

∆S_р-ї = ∆H_утв.(Na₂SO₄*10H₂O) – (∆H_утв.(Na₂SO₄) + 10*∆H_утв.(H₂O))

∆S_р-ї = -4324 кДж/моль – ((-1387 кДж/моль) + 10*(-286 кДж/моль)) = -77 кДж/моль

∆G = (-77 кДж/моль) – 305 * () =

Глауберова сіль продається в збезводненому виді. Я взяв 2 літра гарячої води й почав розчиняти в ній сульфат натрію до стану насиченого розчину ( тобто доти, поки сіль не перестане розчинятися). В 2-х літрах розчинилося приблизно 600-650 мол солі. Щільність сульфату - приблизно 1,5 Кг/літр, тобто в літрі розчинилося приблизно 450-480 грам (що близько до довідкових показників - максимальна його розчинність у воді при 32,4° С, яка становить 49,8 г в 100 г води ( розраховуючи на безводну сіль). Після ретельного подвійного проціджування розчину через фільтрувальний папір, я приступив до досвідів.

Важливо було максимальне точно відтворити умови, у яких буде «працювати» розчин сульфату натрію в умовах теплового акумулятора. Як то: абсолютна нерухомість ( у підвалі каністри з розчином ніхто турбувати не буде); досить повільні процеси нагрівання й охолодження, тому охолодження здійснюється природно, а нагрівання - дуже малопотужною електричною грілкою, якої я обертав пляшку з розчином.

Контроль температури проводився за допомогою лабораторного ртутного термометра. Що б вимірювати температуру розчину, і при цьому не втручатися в розчин, довелося збоку пляшки прилаштувати спеціальну П-Образну «капсулу» з пінополістиролу, у яку вставлявся термометр так, що б своєю колбою із ртуттю стосуватися стінки пляшки. Для поліпшення теплопередачі від пляшки до термометра я туди наштовхав алюмінієвої фольги. Втім, важливо було відстежити динаміку температур у різних умовах, а не її абсолютні значення.

Проведення експериментів.

Нагрівання за допомогою електричної грілки розчин до 45 градусів (приблизно до такої температури я розраховую заряджати свій теплоаккумулятор в эко-будинку) я встановив її місце, де вона на зазнала вібраціям, додатковому нагріванню або охолодженню й досить прохолодне місце. Т.е. у льосі (фактично - підвал будинку й буде льохом, так що умови схожі). Температура навколишнього повітря +10 градусів.

Результати проведених випробувань ви бачите на графіку:

Синій графік – графік остигання води. Вода остигає по зворотній експоненті, прагнучи до температури навколишнього її повітря. І чим менше різниця температури між водою й повітрям, тем повільніше йде остигання.

Графік остигання розчину солі БЕЗ ініціалізації кристалізації зовсім повторює графік остигання води.

Червоний графік - графік остигання насиченого розчину із внесеним затравки. Справа в тому, що для того, що б почалася природня кристалізація в розчині, необхідна наявність якої-небудь неоднорідності. Звичайно нею слугує деяка кількість нерозчиненої солі на дні посудини. Т.е. розчин небагато пересичений. У міру остигання розчину, у крапці «А» почалася кристалізація солі в пляшці й процес остигання різко сповільнився. Тепло, що виділяється при кристалізації нагрівало сам розчин і компенсувало тепловтрати. Так тривало до крапки «В».

Слід ураховувати, що я фактично вимірював не температуру розчину, а температуру поверхні пляшки. Але саме це й важливо, оскільки повітря в теплоакккумуляторе буде контактувати не з розчином, а саме з поверхнею каністр, у яких буде перебуває теплоаккумулирующее речовина, вода або розчин сульфату натрію.

У крапці «В» кристали зайняли приблизно 4/5 об'єму пляшки й виділення тепла сповільнилося, хоча її верхня частина усе ще була на дотик відчутне тепліше тієї зони, у якій перебував термометр. Очевидно, що просто передача тепла усередині самої пляшки сповільнилася й термометр перестав фіксувати її.

Зелений графік - графік поведінки переохолодженого розчину. Розчин без затравки був просто охолоджений до +15, а на наступну добу в ньому була викликана кристалізація (фактично – дотиком до пляшки). Відразу почали рости кристали по всьому об'єму пляшки, а пляшка фактично миттєво розігрілася до 27 градусів (зовнішня температура поверхні). Після розігріву частина кристалів знову «розплавилася» і розчин перейшов у рівноважний стан. Т.е. кристалізувалася тільки та частина розчину, необхідна на підтримку температури рівноваги.