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天气瓶真的能预报天气吗?

2020-05-13一川

课堂内外(初中版) 2020年3期
关键词:樟脑硝酸钾氯化铵

一川

不知你是否和我一样,作为一个礼物挑选无能者,每到朋友生日,总是被挑选礼物折磨到掉发三百根:到底怎样才能选到一件精致而且性价比高,既能传达心意又不失趣味的礼物呢?直到某天,我看到了这样一个神奇的小玩具——天气瓶。

它完全符合我对礼物的要求:各式各样的玻璃瓶外观,精致;大多数天气瓶售价不到一百元,性价比高;甚至可以DIY,有心意;瓶中液体能结晶成各种漂亮的形状,有趣。

天气瓶的名字源自它的“特异功能”,瓶中液体结晶形态的不同,能反映不同的天气变化,甚至预测未来的天气——如此贴心的小可爱,当然是买下它啦!

天气瓶的诞生史

天气瓶有个粗犷的曾用名,叫“风暴瓶”。人类进入大航海时代,对海洋的探索欲望不断上升,然而受制于有限的造船技术,人们出海时总是寄希望于大海本身,祈祷着不要遇上风暴。后来人们开始积极研究能预测天气的设备,在18世纪末期,初代风暴瓶诞生了,可惜由于历史资料丢失,我们已经无从得知它的发明者和配方。

到了19世纪,一个名叫罗伯特·菲茨罗伊的船长兼气象学家带领达尔文等人进行环球考察,这次航行中,负责预测天气的正是船长改造后的风暴瓶。据说这个版本的风暴瓶能较为灵敏地感应大气变化,一旦有了变天的先兆,瓶中的化学溶液就会呈现出不同的形态。

当人们看到瓶中溶液保持清澈,那说明接下来大概率是晴天;如果溶液呈现出片云状,意味着会是多云天气;而当云状液体中夹杂着星星点点的结晶沉淀时,说明有可能遇上风暴,自然就不宜出海了。

天气瓶如何将天气“装进”瓶里

一个小小的玻璃瓶,真的能将变幻莫测的天气“装”起来吗?既然判断天气的依据是瓶里的结晶,那么我们就从晶体生长的角度来研究研究。

分析晶体的生长,一般主要考虑溶质自身的特质、溶液体系、溶质浓度、温度以及温变速率等参数。那具体到我们的天气瓶,到底是什么影响了结晶呢?

已知天气瓶中溶液为蒸馏水、乙醇、樟脑、硝酸钾与氯化铵,从×射线衍射的结果看,天气瓶中变化多端的结晶就是樟脑晶体,硝酸钾与氯化铵在这个溶液体系中不发生结晶,但它们的存在为樟脑晶体提供了晶核。降维一下说就是:一群小樟脑分子围绕着硝酸钾和氯化铵生长,它们随着溶液温度的变化,长成了不同的形状。看到这里,相信你已经知道了答案,没错,影响天气瓶晶体形状的,是环境温度和温度变化的速率。

所以这个溶液体系其实相当于——一个外表精致的温度计。不信你也可以试试,当温度从30℃开始下降时,瓶内就可能出现结晶,因为樟脑会在20℃-30℃这个区间内发生结晶。如果降温得突然,降温速率很快,你很可能看到有更多更长分支的结晶体,像雪花一样;而降温很慢时,你看到的则更可能是针状晶体,长有一些簇状分支,有些像鸡毛掸子。这是因为,降温的速率能很大程度地影响结晶的形状。

所以现在是不是清楚多了呢?天气瓶中的晶体变化确实多样,但它反应的其实只是温度的变化,若要预报天气,还得能体现气压、湿度等关键指标才行。可见,这个小小的玻璃瓶,实在是难以容得下天气这尊“大佛”呀!

来DIY一个颜值至上的天气瓶吧

雖然天气瓶在预报天气上实力不够,但是考虑到天气本身的多变和多年来天气预报的无奈,我们当然是选择原谅它啦!而且,作为一个精美的备选小礼品,自制天气瓶其实也很简单哦,是不是有点心动了呢?那就一起来试试吧!

我们需要准备的材料:2.5g硝酸钾、2.5g氯化铵、33ml蒸馏水、40ml乙醇、109天然樟脑(樟脑纯度越高,结晶越漂亮)、一个漂亮的玻璃瓶、两个烧杯(编号分别为1和2)。

注意了,由于硝酸钾和氯化铵都有一定化学腐蚀性,自制时,一定要全程戴上手套和护目镜,未成年的小伙伴最好在家长的指导下参与制作,安全第一。

接下来,选择一个风和日丽的晴天,开始制作吧!为什么要晴天?因为自制天气瓶有一定失败率,在晴天制作成功率会更高。

首先,把玻璃瓶、烧杯清洗并擦拭干净,注意,不要留下纸巾或抹布的绒毛,因为杂质会影响结晶的过程和美观程度;

接着,在烧杯1中将硝酸钾和氯化铵溶解于蒸馏水,得到溶液A;

然后,在烧杯2中将樟脑溶解于酒精,得到溶液B;

最后,将溶液A与B均匀混合在一起,最好是把溶液B倒入溶液A中,这时,杯中将出现大量白色晶体,使用水浴法加热(将装有溶液的杯子放入装有水的容器,加热盛水的容器),使混合溶液中的晶体消失。再把清澈无晶体的混合溶液封存在漂亮的玻璃瓶中,制作便完成了。

等待一到两周后,就可以看到天气瓶随着温度变化析出不同形状的晶体啦。

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