Штормгласс. Кристаллический барометр своими руками. - Мастерская, промыслы - Каталог статей - Экопоселения, поместья, пермакультура, земледелие

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 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

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".

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 спирто-водной 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.
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.

Штормгласс рецепт №1 Штормгласс рецепт №3 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).

6. Несколько упрощённый рецепт из журнала "Химия и жизнь" №1, 1982 г.:

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 камфорный спирт плохо годится для приготовление штормгласса, по любому из рецептов, т. к. в нём слишком много спирта по отношению к камфоре.

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

— для получения 1000 мл 70% об. раствора спирта необходимо смешать 737 мл 96% об. раствора спирта и 288 мл воды, т. е. если вы используете 70% раствор спирта, а не 96%, как во всех рецептурах, то количество 70% спирта можно посчитать по формуле: объём_96%_спирта * 1000 / 737. А воды: объём_воды_в рецепте_с_96%_спиртом - объём_96%_спирта * 288 / 737.

Полную таблицу с возможностью расчёта рецептуры под заданный объём и алгоритмами вычисления, в формате xls, вы можете скачать здесь (версия от 16.03.10).

Часто рекомендуется природная камфора, а точнее её D - изомер, и без примеси борнеола, возможно это важно, но достать сейчас природную камфору или синтетический D - изомер, для проверки, очень сложно.

В большинстве рецептов рекомендуется отдельно растворить соли в воде, а камфору в спирте, а затем вылить водный раствор солей в спиртовой раствор камфоры.

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.

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.

Можно отметить, что №1 вообще не отреагировал на изменение погоды, №2 отреагировал и на ухудшение, и на улучшение довольно заметно, №3 отреагировал сильнее всех, №4 незначительно. Сопоставляя эти и ранее полученные результаты можно рекомендовать рецептуру №3 в качестве объекта дальнейшего исследования свойств штормгласса.

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.