Штормгласс. Кристаллический барометр своими руками
Штормгласс (Storm Glass) — это химический или кристаллический барометр, состоящий из стеклянной колбы или ампулы, заполненных спиртовым раствором, в котором в определённых пропорциях растворены камфара, нашатырь и калийная селитра. Камфара представляет собой эфирное масло экстракта из камфарного дерева. Из курса химии вам хорошо знакомы соли: хлорид аммония (нашатырь) и нитрат калия (калийная селитра). Вы хорошо знаете их химические свойства, но они могут проявлять и необычные свойства в смеси с камфарой и этанолом. Этим химическим барометром активно пользовался во время своих морских путешествий английский гидрограф и метеоролог, вице-адмирал Роберт Фицрой, который очень подробно описал поведение барометра; это описание используется до сих пор.
Барометр работает следующим образом. Колба герметически запаяна, но, тем не менее, в ней постоянно происходит рождение и исчезновение кристаллов. В зависимости от грядущих изменений погоды в жидкости образуются кристаллы различной формы. Штормгласс настолько чувствителен, что может предсказывать резкое изменение погоды за 10 минут до такового.
Методика наблюдения
Жидкость в колбе прозрачна— солнечно
Жидкость мутная— облачно, возможны осадки
Маленькие точки в жидкости— влажно, туман
Мутная жидкость с маленькими звёздочками— гроза
Маленькие звёздочки в жидкости солнечным зимним днём предвещают снег
Крупные хлопья— облачность в умеренные сезоны, снегопад зимой
Иглистые кристаллы— заморозки
Нити у поверхности— ветрено
Быстрое появление крупного кристалла в чистой колбе при ясной погоде — гроза
Рецепт изготовления штормгласса
Эта рецептура наиболее популярна благодаря замечательным журналам «Химия и жизнь» и «ЮТ для умелых рук»:
2 драхмы камфары, 1,5 драхмы нитрата калия, 1 драхма хлорида аммония, 2,25 жидкой унции спирта «пруф». Смесь заливают в трубку длиной 12 дюймов и диаметром 3/4 дюйма.
В пересчёте в метрические единицы измерения, если принять аптечную драхму:
- 7,78 г камфары
- 5,83 г нитрата калия
- 3,89 г хлорида аммония
- 28,35 мл воды
- 37,54 мл 96% этилового спирта ректификата.
Длина штормгласса 30,5 см, диаметр 1,9 см, но можно использовать и другие емкости: колбы, цилиндры и т.д.
Выделение камфары из аптечного 10% спиртового раствора
Камфара очень плохо растворяется в воде (
0,12 г в 100 г воды), следовательно, если прибавить достаточное количество воды к камфарному спирту, то камфара почти полностью выделится в твёрдом виде.
Для этого в большой стакан с плотной крышкой выльем несколько баночек аптечного камфарного спирта и будем тонкой струйкой несколькими порциями прибавлять воду до того момента, когда камфара всплывёт на поверхность, т. е. раствор станет тяжелее камфары, после этого добавим ещё немного воды. Далее нужно дать камфаре уплотниться и отстояться в течение часа, затем её можно отфильтровать или декантировать (слить), и хорошо отжать. В полученной массе ещё очень много воды, и последующая сушка сильно затянется. Поэтому камфару следует перенести в небольшую ёмкость с плотной крышкой и периодически перемешивать массу, сливая выделившуюся воду. Когда вода перестанет выделяться, можно приступать к сушке. Камфара очень летуча и сушить её, а затем хранить можно только в герметичной таре. Сушить нужно над прокалённым хлоридом кальция, прокалённым силикагелем или любым другим осушителем. Для этого маленький стаканчик с влажной камфарой помещаем в больший стакан с насыпанным или налитым на дно осушителем. Периодически (пару раз в сутки) большой стакан нужно открывать для перемешивания и оценки влажности камфары. Делаем некое подобие эксикатора. Сушим до тех пор, пока камфара перестанет быть влажной на ощупь.
Барометр лучше работает, если он находится у окна, особенно в железобетонных домах, вероятно в этом случае барометр не так сильно экранируется. Принцип работы так и не получил полного научного объяснения. Поэтому вы можете поэкспериментировать с рецептурой штормгласса и, возможно, в дальнейшем все-таки найдете научное объяснение необычного поведения компонентов смеси. Желаем вам увлекательного исследования.
1. Новошинский И.И., Новошинская Н.С.. Химия: учебник для 9 класса общеобразовательных учреждений / И.И. Новошинский, Н.С. Новошинская. — М.: ООО «Русское слово — учебник», 2013. — 296 с.: ил. — (ФГОС. Инновационная школа).
2. Журнал «Химия и жизнь», 1979, № 6
3. Журнал «Юный техник — для умелых рук», 1989-01
Источник
—>К ЗЕМЛЕ С ЛЮБОВЬЮ И ЗНАНИЕМ —>
Штормгласс (Storm Glass) — это химический или кристаллический барометр, состоящий из стеклянной колбы или ампулы, заполненных спиртовым раствором, в котором в определённых пропорциях растворены камфора, нашатырь и калийная селитра. Этим химическим барометром активно пользовался во время своих морских путешествий английский гидрограф и метеоролог, вице-адмирал Роберт Фицрой, который тщательно описал поведение барометра, это описание используется до сих пор. Поэтому, штормглас также называют «Барометром Фицроя». В 1831–36 Фицрой возглавлял океанографическую экспедицию на корабле «Бигл», в которой участвовал Чарльз Дарвин. До конца своей жизни Фицрой заведовал метеорологическим департаментом Великобритании и руководил британской метеорологической службой.
Барометр работает следующим образом. Колба герметически запаяна, но, тем не менее, в ней постоянно происходит рождение и исчезновение кристаллов. В зависимости от грядущих изменений погоды, в жидкости образуются кристаллы различной формы. Штормгласс настолько чувствителен, что может предсказывать резкое изменение погоды за 10 минут до такового. Принцип работы так и не получил полного научного объяснения. Барометр лучше работает находясь у окна, особенно в железобетонных домах, вероятно в этом случае барометр не так сильно экранируется.
К числу нетрадиционных барометров можно отнести предсказатель бурь или пиявочный барометр английского доктора Джорджа Мэриуэзера.
Методика наблюдения
- Жидкость в колбе прозрачна — солнечно
- Жидкость мутная — облачно, возможны осадки
- Маленькие точки в жидкости — влажно, туман
- Мутная жидкость с маленькими звёздочками — гроза
- Маленькие звёздочки в жидкости солнечным зимним днём предвещают снег
- Крупные хлопья — облачность в умеренные сезоны, снегопад зимой
- Иглистые кристаллы — заморозки
- Нити у поверхности — ветрено
- Быстрое появление крупного кристалла в чистой колбе при ясной погоде — гроза
Рецепты изготовления штормгласса
7,78 г камфоры
5,83 г нитрата калия
3,89 г хлорида аммония
28,35 мл воды
37,54 мл 96% этилового спирта ректификата. Длина штормгласса 30,5 см, диаметр 1,9 см.
2. 4,4 г камфоры
2,3 г нитрата калия
2,3 г хлорида аммония
16,0 мл воды
19,5 мл спирта.
Просто относительно малораспространенный рецепт из рунета.
3. — Рекомендованная рецептура.
10,0 г камфоры
2,5 г нитрата калия
2,5 г хлорида аммония
33,0 мл воды
40,0 мл спирта.
Этот рецепт я нашел на иностранном сайте, он был опубликован в июне 1997 года в «School Science Review», это самый распространенный рецепт в иностранном сегменте интернета. Вообще-то штормглассы изготавливают и продают, например здесь .
4. Ещё один рецепт, из книги «The Druggist’s General Receipt Book», by Henry Beasley, 1886:
2,5 drs. камфоры
38 grs. нитрата калия
38 grs. хлорида аммония
9 drs. воды
6 drs. спирт ректификат.
Если drs. — аптечная драхма, а grs. — английский гран, тогда получим такой рецепт:
9,72 г камфоры
2,46 г нитрата калия
2,46 г хлорида аммония
35,00 мл воды
29,07 мл спирта ректификата.
5. Несколько интересных рецептов найденных мной здесь .
1. Первый рецепт из книги Pharmaceutical Formulas by Peter MacEwan, 1908.
1/2 ounce камфоры, 1/2 ounce хлорид аммония, 1/2 ounce нитрат калия, 1 ounce спирта ректификата, 2 ounces дист. воды.
В пересчёте в метрические единицы измерения, если везде использовать массовую унцию:
14,17 г камфоры
14.17 г хлорида аммония
14,17 г нитрата калия
56,70 мл воды
35,32 мл спирта ректификата.
2. Второй рецепт из книги Pharmaceutical Formulas by Peter MacEwan, 1908.
2 drachm камфоры, 1/2 drachm нитрата калия, 1/2 drachm хлорида аммония, 2 ounces абсолютного спирта, 2 ounces воды. Смесь заливается в стеклянную трубку длинной 10 in., и диаметром 3/4 in.
В пересчёте в метрические единицы измерения:
7,78 г камфоры
1,94 г хлорида аммония
1,94 г нитрата калия
53,85 мл воды
73,93 мл спирта ректификата.
Длина штормгласса 25,4 см, диаметр 1,9 см.
3. Рецепт, как утверждает автор специально разработанный для климата Западной Австралии.
4.2 г камфоры
1,2 г нитрата калия
0,8 г хлорида аммония
23,5 мл дист. воды
23,5 мл метилированного этилового спирта (видимо денатурата).
2 г хлористого аммония, столько же калийной селитры, 9 мл камфорного спирта и 2-2,5 мл дистиллированной воды.
7. Гораздо менее точный рецепт из книги А. Делениуса «30 000 новейших открытий, рецептов и общеполезных практических сведений», Москва, 1885 г.: 1/2 лота камфоры, 1/8 лота нитрата калия, 1/8 лота хлорида аммония, всё это растворяется в «хлебном вине» (водке).
Вот некоторые справочные данные, которые могут вам пригодиться:
— унция (ounce, oz) — 28,3495231 г
— жидкая унция — 28,349 мл (при 16,6°C)
— английский дюйм — 25,4 мм
— аптечная английская драхма (drachm) — 3,88794 г
— торговая английская драхма — 1,772 г
— лот — 12,797 г
— английский гран (grs.) — 64,79891 мг
— спирт «пруф» — 49,237 мас. % спирта (100 г чистого спирта + 103,1 г воды) — по данным журнала «Химия и жизнь»
— плотность абсолютного спирта — 0,7893 г/см3
— плотность спирта ректификата (95,57 мас. %) — 0,8026 г/см3
— при смешивании 52 объемов спирта и 48 объёмов воды получается 96,3 объёма смеси
Полную таблицу с возможностью расчёта рецептуры под заданный объём и алгоритмами вычисления, в формате xls, вы можете скачать здесь (версия от 16.03.10).
В большинстве рецептов рекомендуется отдельно растворить соли в воде, а камфору в спирте, а затем вылить водный раствор солей в спиртовой раствор камфоры.
0,12 г в 100 г воды), следовательно если прибавить достаточное количество воды к камфорному спирту, то камфора почти полностью выделится в твёрдом виде.
Исследование рецептур.
Самым первым мной был изготовлен штормгласс по рецептуре №1, и в нём, поначалу только летом (видимо под действием повышенной температуры), а сейчас круглый год наблюдается странное расслоение жидкости, которое есть в приборах и у других людей делавших штормгласс по этому рецепту. Камфора использовавшаяся для этого первого прибора была старой и это видимо обуславливает желтую окраску раствора, возможно ещё и со временем усиливающееся расслоение.
В дальнейшем было изготовлено несколько маленьких экспериментальных штормглассов для сравнения рецептур (№№ 1,3,4, цифры на склянках с номерами рецептур в статье не совпадают):
Во всех трёх объём раствора одинаков. Видны явные различия в характере роста и форме кристаллов. В штормглассах по рецептам №1 и №3 оба крупных кристалла выросли со стороны находящегося рядом окна в комнате, что наводит на мысль о том что стены помещения, и возможно рядом стоящие штормглассы могут экранировать прибор. Что необходимо учесть при постановке эксперимента.
После того, как удалось достать камфору, были изготовлены большие (по 42 мл) штормглассы по рецептурам с 1 по 4 и 5.1, в 5.1 выпало в осадок очень много камфоры, которая плавала на поверхности раствора, и он был исключён из наблюдения. Штормглассы изготавливались одновременно, на фото виден слой камфоры выпавший сразу после смешивания растворов, который со временем уплотнился, и свежие кристаллы выпавшие после значительного ухудшения погодных условий. Справа фото после улучшения погоды.
Здесь можно увидеть одну из причин, почему некоторые исследователи считают что прибор не работает, ведь самой популярной как раз является рецептура №1, не думаю, что она совершенно не верна, скорее всего мы (точнее журнал «Химия и жизнь») не правильно определяем концентрацию спирта.
Источник
Химический барометр штормгласс своими руками
Однажды мне в журнале «Техника-Молодёжи» попалась статья рассказывающая о необычном старинном метеорологическом приборе — штормглассе (stormglass, камфоргласс, склянка Фицроя, штормовая склянка). Который представляет собой герметичную пробирку, ампулу или колбу, заполненную почти доверху прозрачной жидкостью с бесцветными кристаллами разнообразной формы. По изменению внешнего вида этих кристаллов судят о погоде на следующий день, и даже на неделю вперёд. Его применяли и применяют вместо барометра, или совместно с ним. Вот один из примеров расшифровки этих изменений: 
1 Большие хлопья, для зимы — снег, летом – покрытое небо, тяжёлый воздух.
2 Кристаллы на дне — густой воздух, мороз.
3 Маленькие точки — туман, сырую погоду.
4 Мутная жидкость с маленькими звёздочками — грозу.
5 Прозрачная жидкость предвещает ясную погоду, мутная — дождь.
Нити в верхней части жидкости — ветер.
Маленькие звёздочки — зимой при ясной погоде – снег на другой или третий день.
Чем выше зимой поднимаются кристаллы, тем сильнее будет стужа.
Причём, штормгласс находится в жилой комнате и герметично укупоренный, следовательно на него не влияют изменения атмосферного давления, а температурные колебания довольно сглажены, более того по некоторым данным даже точное термостатирование не лишает прибор работоспособности. Существуют гипотезы, что на штормгласс влияет напряженность электрического и магнитного поля Земли, разряды молний, есть также данные, что прибор чувствителен к «торсионным», «био» и «гео» полям.
Вот несколько рецептов:
1. Рецепт из английской энциклопедии «Cooley’s Cyclopaedia of Practical Receipts». Эта рецептура наиболее популярна в рунете благодаря замечательным журналам «Химия и жизнь» и «ЮТ для умелых рук», опубликовавшим её в своё время.
2 драхмы камфоры, 1,5 драхмы нитрата калия, 1 драхма хлорида аммония, 2,25 жидкой унции спирта «пруф». Смесь заливают в трубку длинной 12 дюймов и диаметром 3/4 дюйма.
В пересчёте в метрические единицы измерения, если принять аптечную драхму и учесть изменение объёма спиртоводной смеси (по алкоголеметрическим таблицам):
7,78 г камфоры
5,83 г нитрата калия
3,89 г хлорида аммония
28,35 мл воды
37,54 мл 96% этилового спирта ректификата.
Длина штормгласса 30,5 см, диаметр 1,9 см.
2. 4,4 г камфоры
2,3 г нитрата калия
2,3 г хлорида аммония
16,0 мл воды
19,5 мл спирта.
Относительно малораспространенный рецепт из рунета, первоисточник неизвестен.
3. Я использовал эту рецептуру.
10,0 г камфоры
2,5 г нитрата калия
2,5 г хлорида аммония
33,0 мл воды
40,0 мл спирта.
4. Упрощённый рецепт из журнала «Химия и жизнь» №1, 1982 г.:
смешать 2 г хлористого аммония, столько же калийной селитры, 9 мл камфорного спирта и 2-2,5 мл дистиллированной воды.
Рецепт простой, камфорный спирт доступен, но получается слишком высокое относительное содержание солей по сравнению с остальными рецептами. И вообще чистый камфорный спирт плохо годится для приготовления штормгласса по любому из рецептов, т. к. в нём слишком много спирта по отношению к камфоре. И необходимо добавлять чистую камфору для компенсации этого.
Изготовление штормгласса.
Для изготовления штормгласса необходимо точно взвесить соли и камфору, измерить объём спирта и воды. Для взвешивания можно применить технохимические весы с разновесами, но лучше, цифровые.
Соли нужно растворить в воде, а камфору — в спирте; нагревать не нужно, так как и то, и другое хорошо и быстро растворяется при комнатной температуре. Затем залить раствор камфоры в спирте в емкость, приготовленную для штормгласса. Можно сразу растворить камфору в приготовленной емкости. Затем прилить раствор солей в воде и перемешать (можно просто закрыть пробкой и несколько раз перевернуть или встряхнуть). Некоторое время из раствора будет выделяться воздух, поэтому необходимо подождать, пока он весь выделится в виде пузырьков, а всплывшая в начале камфора начнёт оседать.
Теперь можно вытереть насухо внутреннюю верхнюю часть штормгласса (там, где пробка) и закупорить его. Важно, чтобы пробка была сухая внутри, иначе под действием внутреннего давления паров спирта и камфоры жидкость будет просачиваться наружу и не давать герметику закрепиться на поверхности. В качестве герметика хорошо использовать эпоксидную смолу, на стадии полимеризации, когда она становится уже очень вязкой.
Некоторые замечания:
пробки лучше использовать полиэтиленовые, фторопластовые или стеклянные, т. к. от резиновых раствор желтеет;
часто рекомендуется природная камфора, или просто чистый D-изомер, без примеси борнеола. А аптечная камфора представляет собой рацемическую смесь D- и L-изомеров.
Выделение камфоры из аптечного 10% спиртового раствора.
Камфора очень плохо растворяется в воде (
0,12 г в 100 г воды), следовательно, если прибавить достаточное количество воды к камфорному спирту, то камфора почти полностью выделится в твёрдом виде.
Для этого в большой стакан с плотной крышкой выльем несколько баночек аптечного камфорного спирта и будем тонкой струйкой несколькими порциями прибавлять воду до того момента когда камфора всплывёт на поверхность, т. е. раствор станет тяжелее камфоры, после этого добавим ещё немного воды. Далее нужно дать камфоре уплотниться и отстояться в течении часа, затем её можно отфильтровать или декантировать (слить), и хорошо отжать. В полученной массе ещё очень много воды и последующая сушка сильно затянется. Поэтому камфору следует перенести в небольшую ёмкость с плотной крышкой, и периодически перемешивать массу сливая выделившуюся воду.
Когда вода перестанет выделяться можно приступать к сушке. Камфора очень летуча и её сушить, а затем хранить можно только в герметичной таре. Сушить нужно над прокалённым хлоридом кальция или прокалённым силикагелем, или любым другим осушителем. Для этого маленький стаканчик с влажной камфорой помещаем в больший стакан с насыпанным или налитым на дно осушителем. Периодически (пару раз в сутки) большой стакан нужно открывать для перемешивания и оценки влажности камфоры. В общем, делаем некое подобие эксикатора. Сушим до тех пор, пока камфора перестанет быть влажной на ощупь.
Под сосуд я приспособил обычную пробирку, заткнул её, правда, резиновой пробкой, от чего раствор пожелтел, но на работе это не сказалось. Пробирку поместил в мерный цилиндр с делениями, чтобы можно было ориентироваться хоть на какие-то цифры. Пробирку можно разлиновать по линейке или просто примотать к ней линейку скотчем.
Обязательное условие — пробирка должна находиться как можно ближе к окну, но не под прямыми солнечными лучами. Похоже кристаллизация раствора зависит от магнитных полей и в железобетонном доме в глубине комнаты прибор практически не работает.
Данные прибор показывает задолго до изменения погоды от 1 до 4 суток. Поэтому, если погода резко и часто меняется, предсказать это достаточно тяжело. Зато если неделю стоит безоблачная погода, а в штормглассе уже второй день пасмурно с большими хлопьями — жди снега. Говорят, что если штормгласс очень быстро выпал в осадок (за считанные минуты, хотя обычно на это уходят часы), то это признак скорого землетрясения, правда я, слава богу, этого ещё не проверял.
Фото не очень, но видны кристаллы на дне пробирки, значит впереди минимум 2 дня спокойной погоды, а до этого пробирка была полна наполовину и вчера прошёл снег.
И ещё несколько фото этого прибора 
Источник