化學(xué)氣象瓶研究性學(xué)習(xí)

1、氣象瓶是什么？是一種天氣預(yù)報(bào)工具。密閉的玻璃容器中，裝入數(shù)種化學(xué)物質(zhì)組成的透明溶液。根據(jù)外界溫度的改變，瓶內(nèi)會展現(xiàn)出不同型態(tài)的結(jié)晶，預(yù)報(bào)天氣的變化氣象瓶的由來？自古以來，各個農(nóng)耕文明都極其重視歷法與氣象觀測。到了海洋文明時代，對氣象預(yù)測的需求更加提升如果在海上突然遇上一場風(fēng)暴可不是鬧著玩的。正因?yàn)槿绱耍谀莻€科技還不算發(fā)達(dá)的年代，人們就開始積極地研究能夠反映天氣的設(shè)備了。大約在18世紀(jì)末期，一種被叫做“風(fēng)暴瓶(StormGlass)的天氣預(yù)報(bào)器出現(xiàn)了，據(jù)說它可以靈敏地感應(yīng)大氣環(huán)境中光、熱和氣壓這些參數(shù)的變化，一旦有了變天的先兆，瓶中的化學(xué)物質(zhì)就會發(fā)生一系列變化，變得渾濁不清，長出形態(tài)各異的結(jié)晶

2、來?，F(xiàn)在所說的天氣瓶就是由此而來。一個典型的天氣瓶(風(fēng)暴瓶)由于風(fēng)暴瓶的很多原始資料都已散逸，最初的配方如何已無人知曉，甚至發(fā)明者是誰也已不可考，但這個發(fā)明在19世紀(jì)還是得到了不少科學(xué)界人士的改進(jìn)。在風(fēng)暴瓶的“研發(fā)史”上，最值得一提的人物是羅伯特菲茨羅伊(RobertFitzroy)船長，正是他指揮的三桅帆船“小獵犬號”帶著達(dá)爾文進(jìn)行了那次著名的環(huán)球考察。而相對不為人知的是，菲茨羅伊船長同時也是一位氣象學(xué)家，他進(jìn)行了很多天氣預(yù)報(bào)和監(jiān)測工作。菲茨羅伊也確定了風(fēng)暴瓶的基本配方：蒸餾水、乙醇、樟腦、硝酸鉀與氯化銨，并將它用在了小獵犬號的航行當(dāng)中。根據(jù)當(dāng)時的記載，人們相信這種配方的風(fēng)暴瓶可以預(yù)測晴天、

3、多云、風(fēng)暴、大霧以及下雪等多種天氣狀況。據(jù)說判斷天氣的方法也非常簡單：如果瓶中清澈，那就會是晴天；如果呈現(xiàn)云狀，那就代表多云；倘若云狀液體還拖著星狀分布的沉淀，那不用說，就是風(fēng)暴要來了。結(jié)晶能反映天氣嗎？風(fēng)暴瓶(StormGlass)，是一種可能的天氣預(yù)報(bào)工具。密閉的玻璃容器中,裝入數(shù)種化學(xué)物質(zhì)組成的透明溶液。根據(jù)外界溫度改變，瓶內(nèi)會展現(xiàn)出不同型態(tài)的結(jié)晶，預(yù)報(bào)天氣的變化。經(jīng)試驗(yàn)未見明顯預(yù)示天氣能力，更趨向于一種裝飾品。影響氣象瓶的因素有哪些呢？首先，天氣雖然千變?nèi)f化，其實(shí)歸根結(jié)底不外乎是溫度、濕度和氣壓的變化。對于天氣瓶子而言，由于它是密閉的，所以濕度和氣壓無法施予影響，真正能對它產(chǎn)生作用的就

4、只有溫度。其次，既然天氣瓶子完全依賴于溫度變化，那顯然它就必須放在室外，才能與大氣溫度充分接觸?？墒菐缀跛械膹V告和介紹都沒有提示這一點(diǎn)，大部分圖片也都是放置在室內(nèi)這倒也與它精巧脆弱的造型相符。在如今的居室條件下，室溫變化已經(jīng)越來越小了，冬天有暖氣、夏天開空調(diào)，這種條件下，天氣瓶子連真實(shí)的氣溫都反映不了，更別說再進(jìn)階到天氣變化了?，F(xiàn)代研究證實(shí)，溫度是影響瓶內(nèi)結(jié)晶型態(tài)的最主要因素；與天氣的對應(yīng)關(guān)系幾乎成隨機(jī)分布，無預(yù)測價值。雖然不能用來預(yù)報(bào)天氣，但天氣瓶隨著外界溫度展現(xiàn)出多變的晶體變化，仍可作為一個美麗的裝飾。也可做為有趣的科學(xué)教材，學(xué)習(xí)溶液的配置與結(jié)晶行為。同一瓶溶液，為什么會出現(xiàn)不同的晶體心

5、態(tài)？在實(shí)驗(yàn)室玩過結(jié)晶的人都知道，長晶體可不是理論上說長什么樣就會長成什么樣的，很多細(xì)節(jié)因素都可能對結(jié)晶過程造成影響。一般來說，分析晶體生長的情況，主要需要考慮溶質(zhì)自身的特性、溶液體系、溶質(zhì)濃度、溫度以及溫變速率這些參數(shù)，實(shí)驗(yàn)室里長晶體通常也都是從這些參數(shù)著手，添加不良溶劑揮發(fā)、降溫、控制晶核都是常見的方法；有時候，電場、磁場、加壓等方式也會用于調(diào)整晶體生長。但即便如此，還是會出現(xiàn)很多意外，比如一粒肉眼不怎么看得見的PM2.5灰塵掉落到過飽和溶液里，這突然出現(xiàn)的晶核就可能立即打亂之前的所有工作。瓶內(nèi)結(jié)晶的變化，主要是由于溶液內(nèi)的樟腦在乙醇內(nèi)的溶解度會隨著溫度變化。而硝酸鉀、氯化銨和水是為了控制在

6、晶體高速生長過程中的連續(xù)成核。溫度改變時，樟腦的結(jié)晶析出，溫度的變化速度，則會影響結(jié)晶的成長大小與結(jié)構(gòu)。這些因素加總起來，造成瓶內(nèi)晶體型態(tài)萬千的美麗變化。牽扯到靜電和玻璃量子通道（因?yàn)椴Ａ棵芊猓?，與此同時瓶子與瓶外微弱的氣壓差也會有影響，（溫度也有微弱影響），以上條件均可影響氯化銨，硝酸鉀，樟腦溶解度，下雨會出現(xiàn)羽毛雪花狀沉淀。如何制作氣象瓶？其實(shí)并不難。所需材料淘寶或者試劑店都能買到，（自己動手，豐衣足食?。ú唤ㄗh淘寶，量少價高，液體運(yùn)輸受限，而化玻試劑店里十來塊一大瓶）必需試劑：1樟腦（人工合成的即可，天然的太貴了）2.無水乙醇（就是酒精了99.7%）3氯化銨4氯化鉀5.化學(xué)純（AR）

7、即可。其他1玻璃瓶（360ml）（網(wǎng)上選購就好了）2燒杯3量筒4.玻璃棒5.藥匙6手套7.口罩（樟腦、酒精氣味比較重）8.電子秤（精度0.1g，淘寶上十多塊就有。廚房秤也夠用）配比1.氯化鉀2.5g2.氯化銨2.5g3.樟腦10g4.酒精40ml5.蒸餾水33ml配置出來接近80ml左右，自己看瓶子大小按比例配咯。我用氯化鉀代替硝酸鉀嘗試了一樣可以。我理解的天氣瓶原理是，樟腦氯化鉀氯化銨混溶后，在溫度發(fā)生變化的時候，由于溶解度發(fā)生變化，體系中的溶質(zhì)析出，由于析出速率和質(zhì)量不同，在不同溫度變化就會形成小粒雪花狀、羽毛狀的晶體。析出的主要還是樟腦。操作很簡單，把氯化鉀氯化銨溶解在溫?zé)岬乃校聊X直接溶解在酒精里,然后混合。樟腦在酒精中溶解度比較大，在水中則很少，所以如果直接用冷水，混合以后基本一片渾濁，不方便轉(zhuǎn)移到玻璃瓶，最好是能水浴加熱一下。樟腦的量適當(dāng)減少些不要緊的，另外如果用的酒精濃度比較低，那實(shí)際的水和酒精比就會變化了，很可能會影響到結(jié)晶的量哦，自己要看著調(diào)整。（水多了析出的晶體多）最后最重要的就是結(jié)晶過程啦降溫一定不要太快！自然冷卻最好。（所以別放冰箱冷凍或者冷藏了，出來就是一瓶煳煳QAQ）冷卻結(jié)晶時最好別直接放在冰冷的桌面上，可以墊本書之類的敞口容器容易因?yàn)橐好娼禍乇容^快在上邊也浮著結(jié)晶。實(shí)驗(yàn)過程最好戴手套和口罩總結(jié)第