Времето в малка бутилка
„Какво ще бъде времето?“ - всеки ден този въпрос си задават милиарди хора на всички континенти. Отговорът на него не е толкова прост. Дори днес, в 21 век, въпреки всички постижения на науката, получаването на надеждна прогноза за времето е много трудна задача. За решаването му са ангажирани най-мощните суперкомпютри, в космоса са изстреляни десетки спътници и сонди, изградена е мрежа от наземни метеорологични станции по цялата планета. А преди 100-200 години уредите за определяне на времето са били много по-прости. Вярно е, че дори съвременната наука не може да обясни принципа на действие на някои от тях. Едно от тези устройства е stormglass. Можете да станете истински метеоролог, ако направите инструмент със собствените си ръце и започнете да наблюдавате. Тази дейност е много вълнуваща.
Стормглас или барометър на Фицрой
Стормглас(от английскиstorm- буря иglass- стъкло) е химически метеорологичен уред, който представлява херметически затворена стъклена колба или ампула. Прозрачен съд се пълни със спиртен разтвор, в който са разтворени камфор, амоняк и калиев нитрат в определени пропорции. При различни метеорологични условия течността в съда може да бъде мътна или прозрачна в различна степен, в нея се образува кристална утайка и се появяват шарки с различни форми и размери. Въз основа на състоянието на течността е възможно да се предвиди времето въз основа на дългосрочни наблюдения.
Три години по-късно книгата е преведена на български и излиза под заглавието „Практическата метеорология на контраадмирал Фицрой“. Ето какво пише за stormglass: „Преди повече от сто години в Англия вече се правеха колби за буря, чийто изобретател остава неизвестен. От 1825 г. насам имаме няколко от тези бутилки на нашите кораби, но по-скоро като рядкост, отколкото в действителностизползване. И всичко това, защото химическата смес реагира повече на промените в посоката, но не и на силата на вятъра. Въпреки че може би се промени от друга причина, а именно електрическо напрежение. Когато атмосферното течение се насочи на север, тази химическа смес се разширява в обем, като листа от тис или папрат, или като скреж върху стъкло. Когато вятърът се движи от противоположната посока, тогава линиите или като цяло очертанията на кристалите постепенно омекват и намаляват, докато напълно изчезнат, като разтопена захар. Когато основните въздушни течения се срещнат, създавайки източни ветрове, кристалните звезди в колбата стават повече или по-малко многобройни и течността става мътна. И ако теченията произвеждат западни ветрове, тогава течността става напълно чиста и кристалите са ясно посочени. Смесен вид на непрозрачна течност с движещи се тънки петна или звезди означава югоизточен вятър, вероятно силен, преди буря. Бутилката трябва да се избърсва от време на време, а течността да се разклаща два-три пъти годишно. Сместа се състои от камфор, калиев нитрат и амоняк, частично разтворени в алкохол с вода и малко количество въздух, в херметически затворена бутилка.
Може да се приеме, че единственият фактор, който може да повлияе на кристализацията на камфора в буреното стъкло, е температурата. Но моряците едва ли биха се доверили на инструмент, който предсказва времето само от един фактор. Фицрой например пише за ефектите на атмосферното електричество, но изглежда не са правени подобни експерименти. Но ефектът на интензивното светлинно лъчение върху кристализацията на някои вещества е потвърден експериментално. Най-вероятно камфорът също принадлежи към такива вещества. Освен това много атмосферни процеси са тясно свързани сслънчевата активност и геомагнитните смущения, които тя причинява. Кой от тези фактори до голяма степен определя механизма на работа на stormglass, все още не е известен.
Промените в състоянието на течността в устройството, забелязани и описани от Фицрой, до голяма степен съвпадат с наблюденията на А. Делениус, които той очерта в книгата „30 000 нови открития, рецепти, общо полезна практическа информация и съвременни изследвания върху всички знания, разработени от съвременните науки и изкуства“, публикувана през 1885 г. (ще ги дадем по-долу).
През 20-ти век, с развитието на други, по-разбираеми и предсказуеми технологии за изучаване на времето и правене на прогнози, stormglass беше практически забравен и едва преди 20-30 години интересът възникна отново. Експериментаторите търсят различни течни формулировки, опитвайки се да въведат нещо свое в технологията на производство на устройството и най-важното е, че те все още се стремят да разберат принципа на неговото действие.
Избор на реактиви
Днес в интернет можете да намерите дузина рецепти за работна течност за stormglass. Тъй като направих няколко от тези устройства, искам да споделя собствения си опит. Много е лесно да пресъздадете стар метеорологичен уред. Не съдържа опасни или токсични вещества. Може да се направи дори от ученици от началното училище, разбира се, под наблюдението на възрастни. На първо място, ще ви трябват химикали. Избрах следната рецепта, която, съдейки по рецензиите, се счита за една от най-ефективните:
вода - 33,0 ml; камфор - 10,0 g; етилов алкохол - 40,0 ml; калиев нитрат - 2,5 g; амониев хлорид - 2,5 g.
Нека разгледаме по-подробно всеки от реагентите.
Вода (H2O). Най-добре е да използвате дестилирана вода. Можете да го закупите или в аптека, или в автомагазин (необходим е за доливане в колаакумулатори).
Камфор (C10H16O). Има три вида камфор - два изомера и тяхната смес. Естественият d-изомер или японският камфор (получен от смолата и дървесината на камфоров лавр) и полусинтетичният l-изомер (произведен от масло от ела) са малко по-различни по физични свойства. Чрез обработка на терпентин се получава синтетична смес от d- и l-изомери. Всеки от трите вида камфор може да се използва за направата на stormglass, въпреки че d-изомерът се смята за предпочитан.
Трудно е да се намери кристален камфор в продажба, но е лесно да го получите сами. Вземете малко количество обикновен медицински 10% камфоров алкохол, който се продава във всяка аптека. Смесете го с дестилирана вода и ще видите, че камфорът, който е много слабо разтворим във вода, ще се открои под формата на рохкава бяла утайка (трябва да излеете повече вода, отколкото алкохол). След това отделете камфора от течността. Аз го направих по следния начин: в голяма тава сложих пакет хартиени салфетки, отгоре покрих салфетките с чиста дебела кърпа и върху нея внимателно изсипах получената смес. Течността се просмука надолу и върху тъканта остана бучка камфор. Увих твърдата утайка в нея и я притиснах силно към опаковката с други салфетки. След няколко смени на мокри кърпички със сухи, камфорът стана леко влажен и ронлив. По принцип това е достатъчно. Съвет: вместо салфетки е по-добре да използвате филтърна хартия; по-плътен е и не се разтича във водата.
Калиев нитрат (KNO3). Това е обикновен калиев нитрат. Можете да го купите в магазините за химикали (включително и в интернет) и не е никак скъпо. Калиевият нитрат се продава и в градинарските магазини като тор. Но е по-добре да не използвате този вид селитра, тъй като съдържа много примеси и замърсители, поради коетоstormglass вероятно ще работи по-зле.
Амониев хлорид (NH4Cl). Този реагент е известен на всички като амоняк. Продава се и в магазините за химикали.
Какво още е необходимо? Везни за претегляне на реактиви. Купих евтини електронни везни. За да измерите правилното количество алкохол и вода, най-добре е да използвате стъклена мерителна пипета. Между другото, много по-удобно е да работите с пипета, като използвате спринцовка с гумена тръба. Вместо пипета е подходяща малка инсулинова спринцовка с градуировки във фракции от милилитър. Вярно е, че поради малкия обем те ще трябва да измерват течността няколко пъти. За да почистите разтворите от замърсяване, ще ви трябва малка стъклена фуния и филтърна хартия. Те могат да бъдат заменени с обикновена пластмасова фуния и памучни тампони (след филтриране дисковете трябва да се изцедят малко, в противен случай загубата на разтвора ще бъде много голяма). Пипета, фуния и филтърна хартия също могат да бъдат закупени от магазин за химикали.
Нуждаем се също от бутилка или флакон с достатъчен обем, където ще излеем готовата смес. Този съд трябва да е от прозрачно стъкло и с херметичен капак. Можете също да използвате обикновена стъклена тръба. Избрах празна бутилка от парфюм от 50 мл.
Събрани са всички компоненти и реактиви за производството на stormglass. Можете да започнете работа
Химическа лаборатория в действие
И така, трудният етап на подготовка приключи - всички необходими компоненти са закупени. Сега трябва да изчислим броя им. За да не се задълбочавам в тънкостите на химическите изчисления, използвах специален онлайн калкулатор, публикуван на сайта. След като посочих в таблицата обема на съда, който ще се пълни - 50 мл - получих изчисление на всички компоненти за избраната рецепта (означена е с № 3):
вода - 14,14 ml; камфор- 5,97 g; етилов алкохол (70%) - 32,43 ml; калиев нитрат - 1,49 g; амониев хлорид - 1,49 g.
Според етикета закупеният в аптеката камфоров спирт е направен от 70% етилов алкохол (концентрацията е дадена в обемни проценти). За по-лесно изчисление приех, че 100 ml камфоров алкохол съдържат приблизително 100 ml 70% етилов алкохол. Всъщност, поради наличието на камфор, ще има малко по-малко етилов алкохол. Но за производството на устройството това не е толкова важно, тъй като камфорът се разтваря в алкохол без значително увеличаване на обема на сместа. В 100 ml камфоров спирт освен етанол се съдържат 10 g камфор. Съответно в 32,43 ml алкохол ще има 3,24 g камфор. Така към сместа трябва да се добавят още 2,73 g камфор. Но като се има предвид, че както пипетата, така и везните имат определена грешка, а самата рецепта ви позволява да закръглите необходимите стойности на компонентите до десети, ще ни трябва:
вода - 14,1 ml, камфор - 2,7 g, камфоров алкохол (10%) - 32,4 ml, калиев нитрат - 1,5 g, амониев хлорид - 1,5 g.
След като всички изчисления са завършени, можете да продължите директно към производството на устройството. На първо място, трябва да излеете необходимото количество алкохол в отделна бутилка и да разтворите в нея липсващия камфор. Сместа трябва да се филтрира и да се изсипе в подготвен флакон. След това калиевият нитрат и амониевият хлорид трябва да се разтворят в дестилирана вода и след филтриране също да се излеят в бутилка. За да накарате солите да се разтворят по-бързо, по-добре е предварително малко да загреете водата. В бутилката веднага се образуват бели люспи камфор. Не се притеснявай, така трябва да бъде.
Друг начин за запечатване е използването на пластмасова тапа. Трябва да го поставите върху бутилката и да намажете тапата и гърлото на бутилката с епоксидно лепило. Можете да използвате другиимпровизирани материали, но не и гумени и силиконови уплътнители: разтворът става жълт от гумената тапа, а уплътнителят преминава алкохолни пари. Имах толкова тъжно преживяване - използвах силиконов уплътнител, за да запечатам няколко стъкла за буря и след няколко години нивото на течността в устройствата спадна с почти една трета. Естествено, устройствата не работят.
Трансформациите започват
Stormglass няма да започне да работи веднага, а след няколко седмици. През това време сместа ще достигне равновесно състояние, камфорът ще се утаи на дъното на бутилката и постепенно, с промяната на времето, дендритите (сложни кристални образувания с дървовидна разклонена структура) ще започнат да растат в устройството, ще се появят и изчезнат малки снежинки и кристали камфор.