把天氣“裝”在瓶子里

伴隨著天氣冷暖的變化，玻璃瓶中的透明液體會(huì)長(zhǎng)出各種漂亮的結(jié)晶，溫柔地向你呈現(xiàn)當(dāng)前的天氣狀況。這就是天氣瓶的魔力！究竟是晴空萬(wàn)里抑或是陰雨綿綿？就讓瓶中美麗的結(jié)晶告訴你答案吧！

天氣瓶，又稱風(fēng)暴瓶，便是我們今天的主角。雖然發(fā)明者已無(wú)從考證，但在儒勒·凡爾納的小說(shuō)《海底兩萬(wàn)里》中，就有關(guān)于風(fēng)暴瓶的記載，“暴風(fēng)鏡，一當(dāng)鏡中的混合物分解時(shí)，便預(yù)告暴風(fēng)雨就將來(lái)到……”

將水、酒精、硝酸鉀、氯化銨和樟腦的混合溶液裝在一個(gè)密閉的容器中，通過(guò)不同形態(tài)的結(jié)晶與沉淀來(lái)預(yù)測(cè)天氣的變化，這就是天氣瓶。如果瓶中清澈，那就會(huì)是晴天；如果結(jié)晶呈現(xiàn)云狀，那就代表多云；倘若云狀結(jié)晶還拖著星狀分布的沉淀，那不用說(shuō)，這時(shí)風(fēng)暴要來(lái)了……

材料與工具：硝酸鉀，氯化銨，乙醇，天然樟腦，蒸餾水，石蠟，漂亮透明的玻璃容器（建議100mL以上、透明質(zhì)地的容器，方便觀察），量筒，天平（精度0.1g以上），一次性塑料杯、小碗，玻璃棒，藥勺，水浴用電磁爐和小鍋（乙醇是極易燃的物質(zhì)，注意不能接觸煤氣灶等明火），軟木塞，石蠟。

天氣瓶經(jīng)典配方：2.5g硝酸鉀，2.5g氯化銨，33mL蒸餾水，40mL乙醇，10g樟腦。

準(zhǔn)備好所有材料，我們便可以動(dòng)手了。

注：天氣瓶制作整個(gè)過(guò)程中需佩戴實(shí)驗(yàn)手套和護(hù)目鏡，保證實(shí)驗(yàn)安全。

1. 用自來(lái)水清洗所有需要使用的容器，清洗完后再用蒸餾水沖洗一遍，晾干待用。

注：蒸餾水不易獲取時(shí)，可到超市中購(gòu)買(mǎi)屈臣氏蒸餾水。蒸餾水清洗是為了去除影響最終結(jié)晶的雜質(zhì)離子，減少凝結(jié)核的數(shù)量，這樣方便結(jié)出大而漂亮的晶體。

2. 依據(jù)所用容器的容量大小，按照經(jīng)典配方（總?cè)萘考s為80mL），算出各種原料所需用量，這里我們以400mL總?cè)萘繛槔?/p>

注：配置的溶液不要灌滿整個(gè)容器，否則可能會(huì)出現(xiàn)無(wú)法封口的情況。

3. 用天平稱取12.5g硝酸鉀和12.5g氯化銨，一同轉(zhuǎn)移至一次性塑料杯中，加入165mL蒸餾水，充分?jǐn)嚢柚寥芙狻?/p>

注：硝酸鉀溶解是一個(gè)吸熱過(guò)程，攪拌過(guò)程中的水溫會(huì)明顯下降，杯壁常有冷霧出現(xiàn)。如果攪拌不能使其完全溶解，可以將其放入溫度控制在50～70℃的水浴鍋中，加快溶解，注意整個(gè)制作過(guò)程中均不能使用明火加熱。

4. 用天平稱取50g的天然樟腦，用量筒量取200mL乙醇做溶劑，將樟腦完全溶解。

注：如果攪拌不能使其完全溶解，可以將其放入溫度控制在50～70℃的水浴鍋中，加快溶解。

5. 將3、4步得到的兩種溶液混合，兩者混合的瞬間會(huì)結(jié)出許多結(jié)晶，可通過(guò)攪拌使其充分溶解。如果出現(xiàn)少量晶體或者液體分層，可在50～70℃水浴加熱的同時(shí)攪拌，直至結(jié)晶消失，溶液清澈。

6. 將攪拌至澄清的溶液轉(zhuǎn)入漂亮透明的玻璃瓶中。

7. 用軟木塞塞住瓶口，并用刷子蘸取融化的石蠟將玻璃瓶封口，這樣漂亮的天氣瓶就大功告成了！

8. 剛制作完成的天氣瓶還是熱乎乎的，將其置于干燥陰涼處?kù)o置過(guò)夜。隨著溫度慢慢下降，瓶中會(huì)逐漸產(chǎn)生羽毛狀的結(jié)晶，溫度降低的速度越慢，結(jié)晶就越大。一開(kāi)始晶體會(huì)懸浮在溶液中，過(guò)幾天會(huì)沉下去，再放置穩(wěn)定一個(gè)禮拜，天氣瓶就可以用來(lái)“預(yù)報(bào)”天氣啦！

在不同的環(huán)境條件下，天氣瓶中會(huì)出現(xiàn)形態(tài)各異的結(jié)晶，這個(gè)過(guò)程會(huì)給我們帶來(lái)一種夢(mèng)幻的美感。盡管天氣瓶對(duì)天氣預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確度還有一些爭(zhēng)議，但觀察瓶中猶如被賦予生命的“晶體小精靈”，這也不失為一種別樣的樂(lè)趣吧！

Tips

變化莫測(cè)的天氣瓶，它背后的科學(xué)奧秘究竟是什么呢？

氣象學(xué)家通常根據(jù)溫度、濕度、氣壓、風(fēng)力等氣象指標(biāo)預(yù)測(cè)天氣，但由于天氣瓶是密封的，因此濕度、氣壓和風(fēng)力的影響幾乎可以忽略不計(jì)，唯有溫度才是最大的影響因素，可以通過(guò)瓶壁傳遞給液體。

溫度降低會(huì)降低樟腦的溶解度，溶液會(huì)在氯化銨與硝酸鉀等溶質(zhì)提供的晶核表面結(jié)出晶體。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)溫度變化緩慢時(shí)，樟腦有足夠的時(shí)間擴(kuò)散到整個(gè)晶核表面，因此能結(jié)出美麗的羽毛狀結(jié)晶；如果溫度變化劇烈，溶液會(huì)在眾多晶核上都結(jié)出晶體，形成更多更短的分支，“長(zhǎng)”出雪花狀的晶體。