【科學好好玩】美麗又漂亮的天氣瓶

2023-07-16 11:25

『你看你看,天氣瓶又長高了!』


我們家有兩個細細長長的天氣瓶,是去年春末時和友人去宜蘭做的。一開始放在櫃子裡當展示品,秋冬天涼時被我拿到了陽台,從此觀察天氣瓶的變化就成了我的樂趣。


你知道什麼是天氣瓶嗎?為什麼它會隨著不同的溫度長出不一樣的結晶呢?


天氣瓶又稱為風暴瓶,是歐洲18~19世紀用來預測天氣用的工具。19世紀一位知名的天氣學家曾在他的航海日誌裡詳細記錄了天氣瓶的變化,例如:


★ 瓶內液體清澈,將會是晴天

★ 瓶內液體朦朧,將會是陰雲密布,或許還會有降水

★ 在冬天,若液體中懸浮著小的星狀結晶,意味著要下雪了


結晶的變化則是因為瓶內加入的化學物質:樟腦、硝酸鉀、氯化氨,在酒精和水的溶劑中產生變化的關係。


太複雜了嗎?沒關係,以上的說明在維基百科中都可以輕易查到,後來的科學家證實,影響天氣瓶內結晶最主要的因素是“溫度”,事實上並無法正確預測天氣;但反正我也不是天氣學家,不需要預估天氣,能觀察瓶內的結晶就讓我心滿意足了......最重要的是,當小孩嚷嚷:「今天又不會冷!」不想穿外套時,直接叫他們去看看天氣瓶就可以省下媽媽的嘮叨啦!🤣


明明家裡就有天氣瓶了,但有科學魂沒有科學腦的媽媽依舊對這有趣的天氣瓶念念不忘,直想著哪天有機會一定要再去試試看做別種形狀的天氣瓶……終於,那天被我逮著機會要去宜蘭玩了!


和先生提到想要再去做天氣瓶時,先生一臉疑惑:「阿不是做過了?」這句話原封不動從老師的嘴巴裡再出現~🤣🤣老師聽到我們是第二次來,極度不解地說:「我是不懂為什麼要做第二次啦!」哈哈哈哈~~但是門口也展示了N個天氣瓶啊!


《大風吹手作館》
《大風吹手作館》

《一進去就可以看到牆邊放了一堆天氣瓶和噴砂瓶,好療癒阿》
《一進去就可以看到牆邊放了一堆天氣瓶和噴砂瓶,好療癒阿》

第二次來到「大風吹手作館」,一進去同樣被排滿整排的天氣瓶吸引,明明相同氣溫條件,瓶裡的結晶還是各自不同,而長瓶和方瓶因為散熱面積不同,結晶當然就更不一樣了,是不是很吸引人!「大風吹」裡還有集光瓶、噴砂瓶、飛機推進器等,有興趣的朋友可以直接到官網看看喔!(官網在這:https://www.joyfulkidd.com/)


因為家裡已經有了長瓶的了,雖然老師說長瓶散熱較快,所以想要看到比較多結晶的話要選長瓶,但我們還是選了裡頭放了乾燥花的方瓶,試圖幻想是聖誕節的純白雪景。


製作方式很簡單,因為老師都已經在燒杯內放入精準的化學粉末了,所以我們要做的只有倒入液體的動作而已。

《燒杯裡老師已經準備好三種粉末了,分別是樟腦、硝酸鉀、和氯化銨》
《燒杯裡老師已經準備好三種粉末了,分別是樟腦、硝酸鉀、和氯化銨》

《還有兩個裝了液體的瓶子,有黃色標籤的是酒精、另一瓶則是水》
《還有兩個裝了液體的瓶子,有黃色標籤的是酒精、另一瓶則是水》

燒杯內裝的是三種白色粉末,分別是:樟腦、硝酸鉀、氯化氨,天氣瓶內的結晶主要就是樟腦的結晶體,硝酸鉀和氯化氨和水則是提高樟腦結核的能力。(★特別注意:因為有使用到樟腦的成分,有蠶豆症的朋友千萬不可以操作!)


《先倒入酒精》
《先倒入酒精》

第一步先倒入酒精,才一倒入就可以發現燒杯內有一種粉末消失(溶解)了,證明了樟腦可溶於酒精;而剩下兩種未溶解的硝酸鉀、氯化氨則不溶於酒精。


《倒入酒精後可以看到其中一種粉末消失了,消失的是可以被酒精溶解的樟腦》
《倒入酒精後可以看到其中一種粉末消失了,消失的是可以被酒精溶解的樟腦》

接下來倒入水,水才一進到杯裡馬上又產生了變化,這次燒杯內呈現濃濁像是雲霧狀的樣子。原來樟腦不溶於水,所以一接觸到水,溶於酒精中的樟腦就被“趕”出來了。


《接下來倒的是水》
《接下來倒的是水》

《水一進去不溶於水的樟腦就跑出來了,瓶內變成雲霧狀的樣子》
《水一進去不溶於水的樟腦就跑出來了,瓶內變成雲霧狀的樣子》

《這次我們選的是裡面放了乾燥花的方瓶》
《這次我們選的是裡面放了乾燥花的方瓶》

輕輕搖晃瓶身,讓三種粉末均勻溶解,不過因為溫度的關係,還是有些粉末無法溶解,這時候就需要加溫啦!利用提高溫度的方式來提高溶解度。要特別注意的是,硝酸鉀和氯化氨都是易燃物質,千萬不可以直接加熱,老師使用的方式是用電磁爐隔水加熱,約莫到60度左右就差不多都能溶解了。(小朋友千萬要小心喔!)


《隔水加熱後提高的溶解度,可以看到粉末剩下一點點了》
《隔水加熱後提高的溶解度,可以看到粉末剩下一點點了》

在老師加熱的同時,我們就先來想想要製作什麼顏色吧!原本鴨鴨想做紫色,但老師說紫色在黃光下顏色較深,可能不容易看到結晶,所以最後選擇了黃色;而依比則決定要淡淡的青蘋果綠。


接下來就是把加熱後的溶液倒入我們選好的瓶內,然後滴入顏料即可。


《滴入顏料囉》
《滴入顏料囉》

為了讓我們迅速看到結晶,老師又拿了個盆子裝上冰水,再把熱熱的天氣瓶放進去快速降溫,果然不用幾分鐘的時間就看到瓶內產生結晶了!


《放入冷水中迅速降溫》
《放入冷水中迅速降溫》

前面說過,影響瓶內結晶最主要的因素是溫度,所以溫度變化的快慢也會影響結晶體的變化。若是像我們這樣快速降溫,結晶體就會是這邊一片那邊一片,像是雪花在飄一樣;而如果是自然天氣變化慢慢降溫,晶體則是由下往上慢慢長上去。


《降溫後馬上就可以看到結晶了!因為降溫迅速,所以結晶也是東一片、西一片的,是不是很像雪花降落》
《降溫後馬上就可以看到結晶了!因為降溫迅速,所以結晶也是東一片、西一片的,是不是很像雪花降落》

當然啦,酒精濃度、樟腦多寡都會影響晶體變化,只不過我們總歸是外行人,對這些影嚮變化的化學因素實在是不甚了解,只知道我們的天氣瓶配方大約落在25度左右,低於25度就可以看到結晶囉!換句話說夏天放在冷氣房時也是可以看到的~🥰


拿回家後,家裡一共有了四個天氣瓶,擺在一起是不是很療癒呢!


《四個天氣瓶擺在一起,可惜這兩天天熱,之前美麗的結晶都不見了~~》
《四個天氣瓶擺在一起,可惜這兩天天熱,之前美麗的結晶都不見了~~》

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