Не поверите - впервые узнал и прочитал!!! (Юрий В)
ТАНСТВЕННАЯ АМПУЛА
У меня есть старинный термометр со шкалой Реомюра, в который вделан предсказатель погоды – «бароскоп». Это стеклянная запаянная ампула диаметром 1 см и 14 см длиной, наполненная почти доверху прозрачной желтоватой жидкостью. Рядом с ней на деревянном корпусе надписи по-немецки: «Прозрачная жидкость – хорошая погода», «Мутная жидкость – переменно», «Кристаллический осадок – туман или дождь». Внизу что-то вроде знака фирмы, почти стертый вензель. О происхождении этого прибора известно лишь, что в Россию его привезла то ли из Германии, то ли из Швейцарии родственница известного астронома Бредихина и подарила его моей бабушке, которая служила у нее кухаркой. Это было в 80-х годах прошлого века.
Внешний вид «бароскопа»: слева – стеклянная ампула с раствором, из которого время от времени выпадает кристаллический осадок; справа – термометр со шкалой Реомюра.
Когда предстоит длительное ухудшение погоды, в ампуле выпадают белые ветвистые кристаллы, которые могут заполнить ее целиком. Их выпадение начинается вверху, на мениске; там они образуют комочки, которые потом отрываются и опускаются вниз. Жидкость всегда остается прозрачной, и граница осадка видна четко. Ампула не реагирует на кратковременное изменение погоды, зато когда погода ухудшается надолго, выпадение кристаллов начинается примерно за неделю до этого и на два-три дня раньше, чем начинает падать давление.
Хоть я по специальности физик, я не представляю, на какой физический фактор реагирует эта таинственная ампула. Путем экспериментов удалось установить, что на нее не действуют изменения атмосферного давления в пределах от 700 до 920 мм ртутного столба (сильнее менять давление я не рискнул) и температуры от +10 до +40 С. Ампула же находится в комнате, и за все время наблюдений температура колебалась лишь в пределах от +18 до +24 С.
Но на что же тогда реагирует вещество ампулы? Давным-давно я вычитал (к сожалению, не помню, где именно), что сходное устройство, называемое «штормгласом», будто бы изобрел в прошлом веке английский метеоролог Фицрой.
«Штормовые склянки»
Из книги «Практическая метеорология контр-адмирала Фицроя»,
вышедшей в 1865 году в Санкт-Петербурге
в переводе Н. Тресковского, флота капитан-лейтенанта.
Более чем за 100 лет тому назад в Англии делались «штормовые склянки» (stormglass), изобретатель которых неизвестен […]. С 1825 года мы обыкновенно имели несколько этих склянок, скорей в виде редкости, чем для действительного употребления, потому что […] заключающаяся в склянке химическая смесь изменялась в особенности с изменением направления, но не силы ветра, хотя она может также изменяться (повидимому, только) от другой причины, именно электрического напряжения. Когда атмосферное течение поворачивает к северу, идет или только приближается с полярного направления, то эта химическая смесь, – если следить за нею внимательно, даже в микроскоп, – увеличивается в объеме подобно листьям сосны, тиса или папоротника или подобно изморози, или подобно большой, но нежной кристаллизации.
Когда же ветер или большая масса воздуха стремится с противоположного направления, то линии или вообще все правильные, твердые или кудрявые очертания постепенно смягчаются и уменьшаются, пока совершенно не исчезнут. Перед и в продолжении южных ветров смесь медленно опускается вниз склянки, пока она не теряет совершенно вида, подобно растаявшему сахару.
Перед или в продолжении северного ветра (полярного течения) в смеси являются великолепные кристаллы (если только смесь сделана правильно, склянка неподвижна и хорошо поставлена); малейшее движение жидкости уничтожает их.
Когда встречаются главные течения воздуха и поворачивают к западу, производя восточные ветры, то звезды более или менее многочисленны в склянке и жидкость делается менее ясною. Когда же эти течения соединяются через запад и производят западные ветры, то жидкость совершенно чистая и кристаллы ясно обозначаются. […]
Смешанный вид жидкости с движущимися клочковатыми пятнами или звездами и менее чистым видом жидкости означает юго-восточный ветер, вероятно сильный, до бури. Чистота жидкости с большею или меньшею степенью кристаллизации сопровождает соединение или встречу главных течений через запад и весьма замечательны разности в виде жидкости, когда это соединение течений действует от запада и когда с совершенно противоположного направления, то есть с востока.
Склянку надо время от времени обтирать дочиста, а два или три раза в год надо взболтать жидкость, оборотив склянку и слегка покачивая.
Смесь состоит из камфары, сернокислого калия (nitrate of potassium)1 и нашатыря (sal ammoniac), частично растворенных в алкоголе с водою и с небольшим количеством воздуха, в герметически закупоренной склянке. (1-Переводчик ошибочно называет сернокислым калием калиевую селитру KNO3 – И.С.)
Когда же ветер или большая масса воздуха стремится с противоположного направления, то линии или вообще все правильные, твердые или кудрявые очертания постепенно смягчаются и уменьшаются, пока совершенно не исчезнут. Перед и в продолжении южных ветров смесь медленно опускается вниз склянки, пока она не теряет совершенно вида, подобно растаявшему сахару.
Перед или в продолжении северного ветра (полярного течения) в смеси являются великолепные кристаллы (если только смесь сделана правильно, склянка неподвижна и хорошо поставлена); малейшее движение жидкости уничтожает их.
Когда встречаются главные течения воздуха и поворачивают к западу, производя восточные ветры, то звезды более или менее многочисленны в склянке и жидкость делается менее ясною. Когда же эти течения соединяются через запад и производят западные ветры, то жидкость совершенно чистая и кристаллы ясно обозначаются. […]
Смешанный вид жидкости с движущимися клочковатыми пятнами или звездами и менее чистым видом жидкости означает юго-восточный ветер, вероятно сильный, до бури. Чистота жидкости с большею или меньшею степенью кристаллизации сопровождает соединение или встречу главных течений через запад и весьма замечательны разности в виде жидкости, когда это соединение течений действует от запада и когда с совершенно противоположного направления, то есть с востока.
Склянку надо время от времени обтирать дочиста, а два или три раза в год надо взболтать жидкость, оборотив склянку и слегка покачивая.
Смесь состоит из камфары, сернокислого калия (nitrate of potassium)1 и нашатыря (sal ammoniac), частично растворенных в алкоголе с водою и с небольшим количеством воздуха, в герметически закупоренной склянке. (1-Переводчик ошибочно называет сернокислым калием калиевую селитру KNO3 – И.С.)
Много есть подражаний этих склянок, более или менее верно сделанных […], в которых в некоторых неверно сделана химическая смесь, и они далеко не так чувствительны.
Что такое штормглас
Описание штормгласса, данное адмиралом Фицроем, небезынтересно сравнить с аналогичными сведениями, почерпнутыми из книги А. Делениуса «30,000 тысяч новейших открытий, рецептов, общеполезных практических сведений и современных изысканий по части всех знаний, выработанных современными науками и искусствами…» (М., 1885, т. 2, с. 458)2:
«Барометр этот, в сущности довольно верно показывающий перемену погоды, требует следующих составов: 1/2 лота3 камфоры, 1/8 лота селитры, 1/8 лота нашатыря. Каждый из сих предметов распускается отдельно в вине (хлебном)4. Все три предмета растворимы в вине, только камфара растворяется медленней, а поэтому ее нужно для успеха растворения слегка подогревать на легком огне или же опускают сосуд в теплую воду. Когда все вещества распущены, тогда всю массу нужно смешать и слить в продолговатый сосуд из чистого прозрачного стекла, осторожно закупорить и запечатать сургучом. После этого нужно склянку прикрепить возле окна на открытом воздухе, где она может оставаться зимою и летом, а погоду узнают по переменам, которые происходят в жидкости». (2Источник разыскан Г.А. Балуевой. 31 лот равен 12,797 грамма. 4Хлебным вином в старину называли водку.)
Вот как Делениус описывает эти перемены:
Вот как Делениус описывает эти перемены:
«Прозрачная жидкость предвещает ясную погоду, мутная – дождь. Мутная жидкость с маленькими звездочками – грозу. Маленькие точки – туман, сырую погоду. Большие хлопья, для зимы – снег, летом – покрытое небо, тяжелый воздух. Нити в верхней части жидкости – ветер. Кристаллы на дне – густой воздух, мороз и зиму. Маленькие звездочки – зимой при ясной погоде – снег на другой или на третий день. Чем выше зимой поднимаются кристаллы, тем сильнее будет стужа».
В главных чертах описания Фицроя и Делениуса совпадают; им не противоречат и наблюдения Н.М. Бескаравайного. Однако остается неясной немаловажная деталь: должен ли штормглас быть непременно на открытом воздухе или же он действует и в закрытом помещении с более или менее постоянной температурой. Ибо единственный мыслимый физический фактор, способный влиять на растворимость камфары (а скорее всего именно она и выпадает в виде кристаллов разной формы), – это температура. Однако опыты Бескаравайного с преднамеренным изменением температуры в достаточно широких пределах не вызвали ни появления, ни исчезновения хлопьев или звездочек. Да и вряд ли мореходы прошлых веков, для которых прогноз погоды был порой делом жизни или смерти, стали бы придавать серьезное значение прибору, реагирующему лишь на перепады температуры.
Что же еще может вызвать перемены в штормгласе-бароскопе? Фицрой пишет об атмосферном электричестве; к сожалению, пока не удалось найти указаний, что такие опыты действительно ставились. Но совсем недавно было выяснено, что на кристаллизацию некоторых веществ (например, антрацена) влияет интенсивное световое излучение («Naturwissenschaften», 1978, т. 65, с. 536). С другой стороны, многие атмосферные процессы, связанные с изменениями погоды, зависят от солнечной активности и вызываемых ею геомагнитных возмущений. Так может, эти возмущения влияют и на камфару? Впрочем, прежде чем заявить, – может ли это быть или этого не может быть, потому что не может быть никогда, – надо убедиться в реальности самого эффекта, первое знакомство с которым, естественно, вызывает сомнения. Нужно точно знать состав штормгласа и методику его изготовления, лишь тогда можно говорить об экспериментальной проверке. Увы, в приведенном выше описании нет точного состава штормгласа, можно лишь сказать, что камфару, селитру и нашатырь брали в весовом соотношении 4:1:1 и растворяли в водном спирте с концентрацией 40–60%, однако неизвестно, в каком количестве. Несколько более подробны сведения старинной английской «Энциклопедии практических советов» («cooley’s Cyclopaedia of Practical Receipts», London, 1880, v. II, p. 1571), где говорится, что в состав штормгласа входят 2 драхмы камфары, 1,5 драхмы калиевой селитры, 1 драхма хлористого аммония и 2,25 жидких унций водного спирта концентрации «proof»; эту смесь помещали в стеклянную трубку длиной 12 и диаметром 3,4 дюйма.
Заметьте – отношение диаметра сосуда к длине примерно такое же, как в бароскопе, описанном Бескаравайным; однако количества компонентов не те, что у Делениуса. И все же в энциклопедии сведения наиболее подробны, и можно предположить, что именно этот рецепт ближе к истинному.
Сперва приведем старинные меры в нынешние. Дюйм – это 2,54 см, жидкая унция – 28,349 мл при 16,6 оС. Спирт концентрации «proof» можно приготовить смешением 100,0 г абсолютного, то есть 100%-ного, этанола и 103,1 г воды. А чему равна драхма? В энциклопедии сказано сокращенно – «dr.». Это может быть либо «dram» - британская мера веса (1,772 г), либо «drachms» – аптечная мера веса (3,885 г). Проверка показала, что если принимать драхму равной 1,772 г, то все вещества растворяются полностью и образуется однородный раствор, из которого не выпадает никакого осадка на протяжении двух месяцев. Следовательно, надо брать аптечную драхму.
Делениус советует растворять компоненты по отдельности, а затем их смешивать (видимо, лучше растворять камфару в спирте, а соли – в воде). При этом что-то может выпасть в осадок, потому что растворимость веществ в смеси чаще всего меньше их растворимости в чистом виде из-за так называемого солевого эффекта. Однако как бы то ни было, система при этом сразу же оказывается в равновесном состоянии. Того же можно достичь и другим образом: приготовить ампулу нужных размеров, определить ее объем, рассчитать количество компонентов, поместить их в ампулу, залить водным спиртом, запаять, нагреть в горячей воде до полного растворения (ОСТОРОЖНО! Ампула может взорваться из-за давления паров спирта, и поэтому ее надо завернуть в тряпку), сильно взболтать и охладить до полной кристаллизации под струей холодной воды.
И еще одна тонкость. У камфары два зеркальных изомера – D и L; существует и так называемый рацемат – это смесь их равных количеств. Один оптический изомер может вести себя не так, как другой, и не так, как рацемат («Химия и жизнь», 1977, № 12, с. 4249). В прошлом веке была распространена D-камфара, добываемая в Японии, и потому для изготовления штормгласа желательно пользоваться именно этим изомером.
Располагая такими данными, трудно было удержаться от искушения сделать штормглас самому. Я приготовил маленькую пробу и поместил ее в баночку из-под пенициллина, плотно закрытую полиэтиленовой пробкой. Долгие пять дней баночка спокойно стояла на шкафу, и осадок в ней медленно оседал. В лупу с семикратным увеличением были видны мелкие прозрачные кристаллики, похожие на сахарный песок; при этом создавалось впечатление, что кристаллики постепенно укрупняются. (В этом нет ничего удивительного: даже при постоянной температуре крупные кристаллы имеют тенденцию расти за счет мелких, так как при этом уменьшается свободная энергия системы.) Но потом на поверхности осадка стали происходить странные явления (см. рисунок): практически при постоянной температуре кристаллы то возникали, то исчезали. При этом было заметно явное чередование характерных форм – сначала быстро возникали кристаллы, похожие на сосновые ветки, потом иголки медленно таяли, одновременно округляясь, на их концах возникали чешуйки, кромки чешуек быстро покрывались щетинками, из которых вырастали новые сосновые ветки. Этот процесс периодически (примерно каждые 5-7 дней) повторялся, в результате чего на границе осадка образовались причудливые кристаллические образования, похожие на листья папоротника.
В главных чертах описания Фицроя и Делениуса совпадают; им не противоречат и наблюдения Н.М. Бескаравайного. Однако остается неясной немаловажная деталь: должен ли штормглас быть непременно на открытом воздухе или же он действует и в закрытом помещении с более или менее постоянной температурой. Ибо единственный мыслимый физический фактор, способный влиять на растворимость камфары (а скорее всего именно она и выпадает в виде кристаллов разной формы), – это температура. Однако опыты Бескаравайного с преднамеренным изменением температуры в достаточно широких пределах не вызвали ни появления, ни исчезновения хлопьев или звездочек. Да и вряд ли мореходы прошлых веков, для которых прогноз погоды был порой делом жизни или смерти, стали бы придавать серьезное значение прибору, реагирующему лишь на перепады температуры.
Что же еще может вызвать перемены в штормгласе-бароскопе? Фицрой пишет об атмосферном электричестве; к сожалению, пока не удалось найти указаний, что такие опыты действительно ставились. Но совсем недавно было выяснено, что на кристаллизацию некоторых веществ (например, антрацена) влияет интенсивное световое излучение («Naturwissenschaften», 1978, т. 65, с. 536). С другой стороны, многие атмосферные процессы, связанные с изменениями погоды, зависят от солнечной активности и вызываемых ею геомагнитных возмущений. Так может, эти возмущения влияют и на камфару? Впрочем, прежде чем заявить, – может ли это быть или этого не может быть, потому что не может быть никогда, – надо убедиться в реальности самого эффекта, первое знакомство с которым, естественно, вызывает сомнения. Нужно точно знать состав штормгласа и методику его изготовления, лишь тогда можно говорить об экспериментальной проверке. Увы, в приведенном выше описании нет точного состава штормгласа, можно лишь сказать, что камфару, селитру и нашатырь брали в весовом соотношении 4:1:1 и растворяли в водном спирте с концентрацией 40–60%, однако неизвестно, в каком количестве. Несколько более подробны сведения старинной английской «Энциклопедии практических советов» («cooley’s Cyclopaedia of Practical Receipts», London, 1880, v. II, p. 1571), где говорится, что в состав штормгласа входят 2 драхмы камфары, 1,5 драхмы калиевой селитры, 1 драхма хлористого аммония и 2,25 жидких унций водного спирта концентрации «proof»; эту смесь помещали в стеклянную трубку длиной 12 и диаметром 3,4 дюйма.
Заметьте – отношение диаметра сосуда к длине примерно такое же, как в бароскопе, описанном Бескаравайным; однако количества компонентов не те, что у Делениуса. И все же в энциклопедии сведения наиболее подробны, и можно предположить, что именно этот рецепт ближе к истинному.
Сперва приведем старинные меры в нынешние. Дюйм – это 2,54 см, жидкая унция – 28,349 мл при 16,6 оС. Спирт концентрации «proof» можно приготовить смешением 100,0 г абсолютного, то есть 100%-ного, этанола и 103,1 г воды. А чему равна драхма? В энциклопедии сказано сокращенно – «dr.». Это может быть либо «dram» - британская мера веса (1,772 г), либо «drachms» – аптечная мера веса (3,885 г). Проверка показала, что если принимать драхму равной 1,772 г, то все вещества растворяются полностью и образуется однородный раствор, из которого не выпадает никакого осадка на протяжении двух месяцев. Следовательно, надо брать аптечную драхму.
Делениус советует растворять компоненты по отдельности, а затем их смешивать (видимо, лучше растворять камфару в спирте, а соли – в воде). При этом что-то может выпасть в осадок, потому что растворимость веществ в смеси чаще всего меньше их растворимости в чистом виде из-за так называемого солевого эффекта. Однако как бы то ни было, система при этом сразу же оказывается в равновесном состоянии. Того же можно достичь и другим образом: приготовить ампулу нужных размеров, определить ее объем, рассчитать количество компонентов, поместить их в ампулу, залить водным спиртом, запаять, нагреть в горячей воде до полного растворения (ОСТОРОЖНО! Ампула может взорваться из-за давления паров спирта, и поэтому ее надо завернуть в тряпку), сильно взболтать и охладить до полной кристаллизации под струей холодной воды.
И еще одна тонкость. У камфары два зеркальных изомера – D и L; существует и так называемый рацемат – это смесь их равных количеств. Один оптический изомер может вести себя не так, как другой, и не так, как рацемат («Химия и жизнь», 1977, № 12, с. 4249). В прошлом веке была распространена D-камфара, добываемая в Японии, и потому для изготовления штормгласа желательно пользоваться именно этим изомером.
Располагая такими данными, трудно было удержаться от искушения сделать штормглас самому. Я приготовил маленькую пробу и поместил ее в баночку из-под пенициллина, плотно закрытую полиэтиленовой пробкой. Долгие пять дней баночка спокойно стояла на шкафу, и осадок в ней медленно оседал. В лупу с семикратным увеличением были видны мелкие прозрачные кристаллики, похожие на сахарный песок; при этом создавалось впечатление, что кристаллики постепенно укрупняются. (В этом нет ничего удивительного: даже при постоянной температуре крупные кристаллы имеют тенденцию расти за счет мелких, так как при этом уменьшается свободная энергия системы.) Но потом на поверхности осадка стали происходить странные явления (см. рисунок): практически при постоянной температуре кристаллы то возникали, то исчезали. При этом было заметно явное чередование характерных форм – сначала быстро возникали кристаллы, похожие на сосновые ветки, потом иголки медленно таяли, одновременно округляясь, на их концах возникали чешуйки, кромки чешуек быстро покрывались щетинками, из которых вырастали новые сосновые ветки. Этот процесс периодически (примерно каждые 5-7 дней) повторялся, в результате чего на границе осадка образовались причудливые кристаллические образования, похожие на листья папоротника.
а – до 5 февраля кристаллики, похожие на крупинки сахара, медленно оседают и несколько укрупняются;
б – 5 февраля, с 16:00 до 20:00, на границе осадка вырастают кристаллы, похожие на сосновые ветки;
в – с 5 по 10 февраля граница осадка медленно опускается, а сосновые ветки частично растворяются, превратившись в иголки;
г – 11 февраля, 8:00, на оплывших концах иголок начинают расти плоские чешуйки;
д – 12 февраля, в 8:00, рост чешуек прекращается, а на их кромках возникают щетинки;
е – 12 февраля, в 20:00, некоторые щетинки превращаются в сосновые ветки;
ж – с 12 по 13 февраля сосновые ветки продолжают расти, на их иголках вырастают щетинки, а на границе осадка появляются новые кристаллы;
з – 15 февраля, в 8:00, крупные кристаллы начинают растворяться и одновременно на границе осадка формируются толстые иглы;
и – с 15 по 17 февраля на концах оставшихся иголок возникают чешуйки, на их кромках вырастают щетинки, из которых образуются новые сосновые ветки.
Это явление можно было бы объяснить также, как укрупнение больших кристаллов за счет мелких: стремлением системы перейти в состояние с минимумом свободной энергии. Но странно, что в данном случае процесс имел явно выраженный периодический характер. Еще более странно, что за сто лет, прошедшие с момента приготовления штормгласа, за которым наблюдал Бескаравайный, равновесие так и не наступило. Более того, в штормгласе, приготовленном по всем правилам, осадок вообще то растворялся, то возникал, а это значит, что при постоянной температуре менялась растворимость! Так может быть, действительно штормглас реагирует на какое-то внешнее воздействие, о котором мы не догадываемся?
Это явление в любом случае заслуживает серьезного внимания, так как в научной литературе ничего подобного не описано. Однако не убедившись окончательно в существовании эффекта, не стоит пытаться с помощью штормгласа предсказывать погоду: ведь каждый человек по своему собственному опыту знает, что после хорошей погоды, как правило, наступает ненастье, и наоборот. Так что и без всяких приборов можете смело предсказывать хорошую погоду на ближайшую субботу: с известной вероятностью ваш прогноз оправдается…
В. Жвирблис
Это явление можно было бы объяснить также, как укрупнение больших кристаллов за счет мелких: стремлением системы перейти в состояние с минимумом свободной энергии. Но странно, что в данном случае процесс имел явно выраженный периодический характер. Еще более странно, что за сто лет, прошедшие с момента приготовления штормгласа, за которым наблюдал Бескаравайный, равновесие так и не наступило. Более того, в штормгласе, приготовленном по всем правилам, осадок вообще то растворялся, то возникал, а это значит, что при постоянной температуре менялась растворимость! Так может быть, действительно штормглас реагирует на какое-то внешнее воздействие, о котором мы не догадываемся?
Это явление в любом случае заслуживает серьезного внимания, так как в научной литературе ничего подобного не описано. Однако не убедившись окончательно в существовании эффекта, не стоит пытаться с помощью штормгласа предсказывать погоду: ведь каждый человек по своему собственному опыту знает, что после хорошей погоды, как правило, наступает ненастье, и наоборот. Так что и без всяких приборов можете смело предсказывать хорошую погоду на ближайшую субботу: с известной вероятностью ваш прогноз оправдается…
В. Жвирблис
Погода в маленьком флаконе
«Какая будет погода?» — каждый день этим вопросом задаются миллиарды жителей Земли на всех континентах. Ответ на него не так-то прост. Даже сегодня, в ХХI веке, несмотря на все достижения науки, получить достоверный прогноз погоды — очень сложная задача. Для её решения задействованы самые мощные суперкомпьютеры, запущены в космос десятки спутников и зондов, по всей планете построена сеть наземных метеорологических станций. А 100–200 лет назад приборы для определения погоды были гораздо проще. Правда, принцип действия некоторых из них не может объяснить даже современная наука. Один из таких приборов — штормгласс. Вы можете стать заправским метеорологом, если сделаете прибор своими руками и начнёте вести наблюдения. Занятие это очень увлекательное.
В переводе с английского «шторм-гласс» означает «штормовые склянки». История не сохранила имя изобретателя этого прибора. Одним из первых его описал английский учёный, гидрограф, соратник Чарльза Дарвина, основатель и руководитель Британского метеорологического департамента, контр-адмирал Роберт Фицрой. Под его командованием корабль гидрографической экспедиции «Бигль» совершил пятилетнее кругосветное плавание. В 1862 году Фицрой опубликовал «Книгу о погоде». В ней, среди прочего, он описал и штормгласс, которым пользовался в кругосветке и других морских путешествиях. С лёгкой руки адмирала штормгласс часто стали называть барометром Фицроя.
Изменения состояния жидкости в приборе, подмеченные и описанные Фицроем, во многом совпадают с наблюдениями А. Делениуса, которые он изложил в книге «30 000 новейших открытий, рецептов, общеполезных практических сведений и современных изысканий по части всех знаний, выработанных современными науками и искусствами», изданной в 1885 году (их мы приведём ниже).
В ХХ веке с развитием других, более понятных и предсказуемых технологий изучения погоды и составления прогнозов штормгласс практически забыли, и лишь 20–30 лет назад к нему вновь возник интерес. Экспериментаторы ищут различные рецептуры жидкости, пытаются внести что-то своё в технологии изготовления прибора, а главное, стремятся всё-таки разобраться в принципе его действия.
Штормгласс, или барометр Фицроя
Штормгласс (от англ. storm — буря и glass — стекло) — химический метеорологический прибор, представляющий собой герметично закрытую стеклянную колбу или ампулу. Прозрачный сосуд заполнен спиртовым раствором, в котором в определённых пропорциях растворены камфора, нашатырь и калийная селитра. При разных погодных условиях жидкость в сосуде может быть в разной степени мутной или прозрачной, в ней выпадает кристаллический осадок, возникают узоры разных форм и размеров. По состоянию жидкости на основе многолетних наблюдений можно предсказывать погоду.Можно предположить, что единственный фактор, способный влиять на кристаллизацию камфоры в штормглассе, — температура. Но мореходы вряд ли доверяли бы прибору, который прогнозирует погоду только по одному фактору. Фицрой, например, писал о воздействии атмосферного электричества, но опыты такие, похоже, не ставились. А вот влияние на кристаллизацию некоторых веществ интенсивного светового излучения подтверждено экспериментально. Скорее всего, к таким веществам относится и камфора. Кроме того, многие атмосферные процессы тесно связаны с солнечной активностью и вызываемыми ею геомагнитными возмущениями. От каких из этих факторов в большей степени зависит механизм работы штормгласса, пока не известно.
Изменения состояния жидкости в приборе, подмеченные и описанные Фицроем, во многом совпадают с наблюдениями А. Делениуса, которые он изложил в книге «30 000 новейших открытий, рецептов, общеполезных практических сведений и современных изысканий по части всех знаний, выработанных современными науками и искусствами», изданной в 1885 году (их мы приведём ниже).
В ХХ веке с развитием других, более понятных и предсказуемых технологий изучения погоды и составления прогнозов штормгласс практически забыли, и лишь 20–30 лет назад к нему вновь возник интерес. Экспериментаторы ищут различные рецептуры жидкости, пытаются внести что-то своё в технологии изготовления прибора, а главное, стремятся всё-таки разобраться в принципе его действия.
Выбираем реагенты
Сегодня в интернете можно найти с десяток рецептур рабочей жидкости для штормгласса. Поскольку я изготовил несколько таких приборов, хочу поделиться собственным опытом. Воссоздать старинный прибор для определения погоды очень просто. Он не содержит опасных либо ядовитых веществ. Его могут сделать даже ученики младших классов, конечно, под присмотром взрослых. В первую очередь вам понадобятся химические реактивы. Я выбрал следующую рецептуру, которая, судя по отзывам, считается одной из наиболее эффективных:
вода — 33,0 мл; камфора — 10,0 г; этиловый спирт — 40,0 мл; нитрат калия — 2,5 г; хлорид аммония — 2,5 г.Рассмотрим подробнее каждый из реагентов.
Вода (Н2О). Лучше всего использовать дистиллированную воду. Её можно купить либо в аптеке, либо в автомагазине (нужна для долива в автомобильные аккумуляторы).
Камфора (С10Н16О). Существует три вида камфоры — два изомера и их смесь. Натуральный d-изомер, или японская камфора (получают из смолы и древесины камфорного лавра), и полусинтетический l-изомер (вырабатывается из пихтового масла) немного отличаются по физическим свойствам. Синтетическую смесь d- и l-изомеров получают путём переработки скипидара. Для изготовления штормгласса можно использовать любую из трёх видов камфоры, хотя считается, что d-изомер предпочтительнее.
В продаже трудно найти кристаллическую камфору, но её легко получить самим. Возьмите небольшое количество обыкновенного медицинского 10%-ного камфорного спирта, который продаётся в любой аптеке. Смешайте его с дистиллированной водой, и вы увидите, что камфора, которая очень плохо растворяется в воде, выделится в виде рыхлого белого осадка (воды нужно налить больше, чем спирта). Далее отделите камфору от жидкости. Я это сделал так: в большой лоток положил пачку бумажных салфеток, сверху накрыл салфетки чистой плотной тканью и на неё аккуратно вылил полученную смесь. Жидкость просочилась вниз, а комок камфоры остался на ткани. Я завернул в неё твёрдый осадок и сильно прижал к пачке другими салфетками. После нескольких замен мокрых салфеток на сухие камфора стала слегка влажной и рассыпчатой. В принципе, этого достаточно. Совет: вместо салфеток лучше использовать фильтровальную бумагу; она плотнее и не расползается в воде.
Этиловый спирт, или этанол, (С2Н5ОН). Поскольку найти этот реагент нелегко, одно из решений — использовать тот же медицинский 10%-ный камфорный спирт, который изготовляют на основе этилового спирта. Этот реагент уже содержит камфору, правда в недостаточном количестве. Остаётся всего лишь добавить в него ещё немного камфоры. Сколько? Это мы подсчитаем. Учтите, что не все производители камфорного спирта указывают на этикетке содержание в нём этанола и вид камфоры. Поэтому, если в вашем распоряжении есть этиловый спирт, лучше использовать его. На этикетке моего камфорного спирта, купленного в ближайшей аптеке, было указано и то и другое, так что я просто добавил в спирт недостающее количество камфоры.
Нитрат калия (КNО3). Это обычная калиевая селитра. Купить её можно в магазинах химических товаров (в том числе по интернету), и стоит она совсем не дорого. Калиевая селитра продаётся и в магазинах для садоводов в качестве удобрения. Но этот вид селитры лучше не использовать, так как в ней немало примесей и загрязнений, из-за чего штормгласс, возможно, будет хуже работать.
Хлорид аммония (NН4Сl). Этот реагент всем известен как нашатырь. Он тоже продаётся в магазинах химических товаров.
Что ещё нужно? Весы для взвешивания реактивов. Я купил недорогие электронные весы. Чтобы отмерить нужное количество спирта и воды, лучше всего использовать стеклянную мерную пипетку. Кстати, гораздо удобнее работать с пипеткой при помощи шприца с резиновой трубкой. Вместо пипетки подойдёт небольшой инсулиновый шприц с градуировкой в долях миллилитра. Правда, из-за небольшого объёма отмерять им жидкость придётся несколько раз. Для очистки растворов от загрязнений понадобятся небольшая стеклянная воронка и фильтровальная бумага. Их можно заменить обычной пластмассовой воронкой и ватными дисками (после фильтрования диски следует немного отжать, иначе потери раствора будут весьма велики). Пипетку, воронку и фильтровальную бумагу также можно приобрести в магазине химических товаров.
Ещё нужен флакон или пузырёк достаточного объёма, куда мы нальём готовую смесь. Этот сосуд должен быть из прозрачного стекла и с герметичной крышкой. Можно использовать и обычную стеклянную пробирку. Я выбрал пустой флакон из-под духов объёмом 50 мл.
Все комплектующие и реагенты для изготовления штормгласса собраны. Можно приступать к работе
Химическая лаборатория в действии
Итак, сложный этап подготовки позади — все необходимые компоненты куплены. Теперь нужно рассчитать их количество. Чтобы не вникать в тонкости химических расчётов, я воспользовался специальным онлайн-калькулятором. Указав в таблице объём сосуда, который собирался заполнить — 50 мл, — я получил расчёт всех компонентов для выбранной рецептуры (она обозначена как №3):
вода — 14,14 мл; камфора — 5,97 г; этиловый спирт (70%-ный) — 32,43 мл; нитрат калия — 1,49 г; хлорид аммония — 1,49 г.Согласно этикетке, купленный в аптеке камфорный спирт изготовлен из 70%-ного этилового спирта (концентрация приведена в объёмных процентах). Для простоты расчёта я допустил, что в 100 мл камфорного спирта содержится приблизительно 100 мл этилового 70%-ного спирта. На самом деле из-за наличия камфоры этилового спирта будет немного меньше. Но для изготовления прибора это не столь важно, так как камфора растворяется в спирте без значительного увеличения объёма смеси. Кроме этанола в 100 мл камфорного спирта содержится 10 г камфоры. Соответственно в 32,43 мл спирта будет 3,24 г камфоры. Таким образом, в смесь нужно добавить ещё 2,73 г камфоры. Но учитывая, что и пипетка и весы имеют определённую погрешность, а сама рецептура позволяет округлить требуемые значения компонентов до десятых долей, нам понадобятся:
вода — 14,1 мл, камфора — 2,7 г, камфорный спирт (10%-ный) — 32,4 мл, нитрат калия — 1,5 г, хлорид аммония — 1,5 г.После того как все расчёты выполнены, можно приступать непосредственно к изготовлению прибора. Первым делом нужно налить необходимое количество спирта в отдельную бутылку и растворить в нём недостающую камфору. Смесь надо профильтровать и перелить в подготовленный флакон. Далее следует растворить в дистиллированной воде нитрат калия и хлорид аммония и, профильтровав, также залить во флакон. Чтобы соли растворились быстрее, воду лучше предварительно немного подогреть. Во флаконе тут же образуются белые хлопья камфоры. Не волнуйтесь, так и должно быть.
Теперь флакон необходимо герметично закупорить. Конечно, самый лучший способ — запаять горлышко. Но далеко не все могут это сделать. Я запечатал флакон при помощи пластикового колпачка от авторучки, после чего для полной герметизации капнул на пробку и горлышко несколько капель «Суперклея». У него есть замечательное свойство — проникать даже в самые маленькие пустоты и щели и очень быстро полимеризоваться.
Ещё один способ герметизации — использовать полиэтиленовую пробку. Нужно надеть её на флакон и обмазать пробку и горлышко флакона эпоксидным клеем. Можно пустить в ход и другие подручные материалы, но только не резину и не силиконовые герметики: от резиновой пробки раствор желтеет, а герметик пропускает пары спирта. У меня был такой печальный опыт — я использовал для герметизации нескольких штормглассов силиконовый герметик, и через пару лет уровень жидкости в приборах понизился почти на треть. Естественно, приборы вышли из строя.
Превращения начинаются
Штормгласс начнёт работать не сразу, а через несколько недель. За это время смесь достигнет равновесного состояния, камфора осядет на дно флакона и постепенно, по мере изменения погоды, в приборе начнут расти дендриты (сложные кристаллические образования древовидной ветвящейся структуры), станут появляться и исчезать небольшие снежинки и кристаллы из камфоры.
Готовый штормгласс
Штормгласс спустя сутки после изготовления
Штормгласс спустя три недели после изготовления
«Прозрачная жидкость предвещает ясную погоду, мутная — дождь.
Мутная жидкость с маленькими звёздочками — грозу.
Маленькие точки — туман, сырую погоду.
Большие хлопья для зимы — снег, летом — покрытое небо, тяжёлый воздух.
Нити в верхней части жидкости — ветер.
Кристаллы на дне — густой воздух, мороз.
Маленькие звёздочки — зимой при ясной погоде — снег на другой или третий день.
Чем выше зимой поднимаются кристаллы, тем сильнее будет стужа».
Штормглассы, изготовленные автором в разное время
Что "показывает” штормгласс
Штормгласс (ШГ) реагирует на некоторые виды циклонов, находящихся за тысячи километров от него. Предлагается принцип работы этого прибора, основанный на применении бурноразвивающегося в настоящее время метода многочастичной квантовой сцепленности (запутанности). Мы предполагаем, что в случае штормгласса квантовая сцепленность возникает между протонами водородных связей, образующихся в процессе кристаллизации камфоры в штормглассе, и протонами водородных связей переохлажденной воды циклона при ее кристаллизации....
Сошлемся на мнение одного из ведущих в мире специалистов по квантовой запутанности Влатко Ведрала, который полагает, что ещё недавно квантовое запутывание традиционно считалось принадлежностью только микроскопических объектов. Это явление бросало вызов объяснению, основанному, как считается, на здравом смысле. Теперь квантовое запутывание признано повсеместно и считается надежно установленным фактом. С пониманием того, что квантовая запутанность может произойти и в макроскопических системах, а также с развитием экспериментов, направленных на использование этого эффекта, возникают новые возможности, необходимые для определения степени запутанности макроструктур.
Принципиальное отличие макроскопического квантового запутывания (МКЗ) между ШГ и полярным циклоном от известных опытов состоит в том, что в привычном опыте квантовое запутывание двух или более объектов достигается специальными методами воздействия на них (например, радиацией). Квантовое запутывание протонов водородных связей камфоры происходит во время предполагаемого "контакта” ШГ с облаком, в котором происходит интенсивная кристаллизация переохлажденной воды. Квантовое запутывание протонов переохлажденной воды циклона реализуется при охлаждении воды циклона в полярных регионах Земли. Реализация этой идеи может внести существенный вклад в понимание явления квантового запутывания, если удастся проследить и выявить то природное явление, после которого колба Фицроя начнет реагировать на циклоны, либо на землетрясения, либо на какое-то другое природное явление. Особый интерес вызывает возможность переноса ШГ, уже начавшего "работать”, в другой регион, например, как это было сделано нами по воле судьбы, из Сибири на Камчатку и т.п.
Эти моменты открывают принципиально новые возможности МКЗ. Речь идет о создании приборов, подобных ШГ, регистрирующих эффект квантового запутывания геофизической среды. Например, когда ШГ зарегистрировал изменение высоты кристаллов камфоры во время сильного алтайского землетрясения 2003 г. Если это действительно так, то этот "странный” прибор, называемый штормгласс, может оказаться реальным регистратором квантовой запутанности сред, происходящей и в природе, и в лаборатории.
Принципиальное отличие макроскопического квантового запутывания (МКЗ) между ШГ и полярным циклоном от известных опытов состоит в том, что в привычном опыте квантовое запутывание двух или более объектов достигается специальными методами воздействия на них (например, радиацией). Квантовое запутывание протонов водородных связей камфоры происходит во время предполагаемого "контакта” ШГ с облаком, в котором происходит интенсивная кристаллизация переохлажденной воды. Квантовое запутывание протонов переохлажденной воды циклона реализуется при охлаждении воды циклона в полярных регионах Земли. Реализация этой идеи может внести существенный вклад в понимание явления квантового запутывания, если удастся проследить и выявить то природное явление, после которого колба Фицроя начнет реагировать на циклоны, либо на землетрясения, либо на какое-то другое природное явление. Особый интерес вызывает возможность переноса ШГ, уже начавшего "работать”, в другой регион, например, как это было сделано нами по воле судьбы, из Сибири на Камчатку и т.п.
Эти моменты открывают принципиально новые возможности МКЗ. Речь идет о создании приборов, подобных ШГ, регистрирующих эффект квантового запутывания геофизической среды. Например, когда ШГ зарегистрировал изменение высоты кристаллов камфоры во время сильного алтайского землетрясения 2003 г. Если это действительно так, то этот "странный” прибор, называемый штормгласс, может оказаться реальным регистратором квантовой запутанности сред, происходящей и в природе, и в лаборатории.
Свежие комментарии