stringtranslate.com

Газированный гейзер

Газированный гейзер — это физическая реакция между газированным напитком, обычно Diet Coke , и мятными конфетами Mentos , которая заставляет напиток выплескиваться из контейнера. Конфеты катализируют высвобождение газа из напитка, что создает извержение, которое выталкивает большую часть жидкости вверх и из бутылки. [1] [2] Ли Марек и «Marek’s Kid Scientists» были первыми, кто публично продемонстрировал эксперимент на Late Show с Дэвидом Леттерманом в 1999 году. [3] Телевизионная демонстрация извержения Стива Спенглера в 2005 году стала популярной на YouTube , [4] [5] [6] запустив цепочку из нескольких других вирусных видеороликов экспериментов Diet Coke и Mentos. [7] [8] Эксперименты, проведенные на высотах от ниже уровня моря в Долине Смерти до вершины Пайкс-Пик, продемонстрировали, что реакция работает лучше на больших высотах. [9] [10] [11]

История

В 1910-х годах [ требуется цитата ] конфеты Wint-O-Green Life Savers использовались для создания газированных гейзеров. Трубочки конфет нанизывали на ершик для чистки труб и бросали в газированный напиток, чтобы создать гейзер . В конце 1990-х годов производитель Wintergreen Life Savers увеличил размер мятных леденцов, и они больше не помещались в горлышко бутылок с газировкой. Преподаватели естественных наук обнаружили, что конфеты Mentos производили тот же эффект, если их бросали в бутылку с любым газированным напитком. [1]

Ли Марек и «Marek's Kid Scientists» провели эксперимент с диетической колой и Mentos на Late Show с Дэвидом Леттерманом в 1999 году. [3] [12] [13] В марте 2002 года Стив Спэнглер , преподаватель естественных наук, провёл демонстрацию на KUSA-TV, филиале NBC, в Денвере, штат Колорадо . [14] Эксперимент с гейзером из диетической колы и Mentos стал интернет-сенсацией в сентябре 2005 года. Эксперимент стал предметом телевизионного шоу MythBusters в 2006 году. [13] [15] Спэнглер подписал лицензионное соглашение с Perfetti Van Melle , производителем Mentos, после изобретения аппарата, призванного облегчить бросание Mentos в бутылку и получить большой гейзер из газировки. [16] Amazing Toys, компания по производству игрушек Спэнглера, выпустила игрушки Geyser Tube в феврале 2007 года. [17] В октябре 2010 года был установлен мировой рекорд Гиннесса в 2865 одновременных гейзеров на мероприятии, организованном Perfetti Van Melle в торговом центре SM Mall of Asia в Маниле , Филиппины. [18] Этот рекорд впоследствии был побит в ноябре 2014 года другим мероприятием, организованным Perfetti Van Melle и Chupa Chups в Леоне, Гуанахуато , Мексика, где одновременно были запущены 4334 фонтана с Mentos и газировкой. [19]

Химия

СЭМ-изображение поверхности конфеты Mentos

Извержение вызвано физической реакцией , а не какой-либо химической реакцией . Добавление Mentos приводит к быстрому зарождению пузырьков углекислого газа, дегазируя раствор: [2] [20] [21] [22] [23]

Превращение растворенного углекислого газа в газообразный углекислый газ образует быстро расширяющиеся пузырьки газа в газировке, которые выталкивают содержимое напитка из контейнера. Экспериментальные измерения показывают, что в этом эксперименте образуется до 14 миллионов пузырьков на литр газировки. [20]

Газированные напитки содержат повышенное количество углекислого газа под давлением. Раствор становится перенасыщенным углекислым газом, когда бутылка открывается, и давление сбрасывается. В этих условиях углекислый газ начинает выделяться из раствора, образуя пузырьки газа.

Энергия активации зарождения пузырьков (образование пузырьков) зависит от того, где образуется пузырек. Она очень высока для пузырьков, которые образуются в самой жидкости (гомогенное зародышеобразование), и намного ниже, если рост пузырьков происходит внутри крошечных пузырьков, захваченных какой-то другой поверхностью ( гетерогенное зародышеобразование ). Зарождение и рост пузырьков в газированных напитках почти всегда происходят путем гетерогенного зародышеобразования: диффузии углекислого газа в уже существующие пузырьки внутри напитка. [2] [10] [24] [25] Когда растворенный газ диффундирует в пузырьки, которые уже существуют в жидкости, это называется зарождением пузырьков типа IV. [10] Когда давление сбрасывается из бутылки с газировкой при ее открытии, растворенный углекислый газ может вырваться в любой крошечный пузырек, расположенный внутри напитка. Эти готовые пузырьки (которые являются местами зародышеобразования) существуют в таких вещах, как крошечные волокна или несмачиваемые щели на стенках бутылки. [10] [24] [25] Поскольку обычно таких уже существующих пузырьков очень мало, процесс дегазации идет медленно. Конфеты Mentos содержат миллионы полостей размером примерно 1-3 мкм, [26] [10], которые остаются несмачиваемыми при добавлении в газировку. Из-за этого добавление конфет Mentos в газированный напиток обеспечивает огромное количество уже существующих пузырьков, в которые может выходить растворенный углекислый газ. Таким образом, добавление конфет Mentos в газированный напиток вводит миллионы центров зародышеобразования в напиток, что позволяет проводить дегазацию, которая достаточно быстра, чтобы поддерживать струю пены из бутылки. Хотя конфета Mentos содержит миллионы полостей, вероятно, что только около 100 000 полостей активно зарождают пузырьки на любой отдельной конфете Mentos, помещенной в газированный напиток. [20] [26]

Предварительно существующие пузырьки обеспечивают возможность реакции протекать без необходимости образования пузырьков внутри самой жидкости (гомогенное зародышеобразование). Поскольку центры зародышеобразования типа IV (такие, как в Mentos) позволяют реакции протекать с существенно более низкой энергией активации, конфеты Mentos можно с полным основанием считать катализатором процесса. [10] В качестве другого примера, добавление крупинок соли или песка в раствор обеспечивает центры зародышеобразования типа IV, снижает энергию активации по сравнению с гомогенным зародышеобразованием и увеличивает скорость дегазации диоксида углерода.

Физические характеристики Mentos (шероховатость поверхности) приводят к резкому снижению энергии активации для образования пузырьков углекислого газа, так что скорость зародышеобразования становится чрезвычайно высокой. Энергия активации для высвобождения углекислого газа из Diet Coke при добавлении Mentos составляет 25 кДж моль −1 . [23] Пенообразование облегчается наличием пищевых добавок, таких как бензоат калия , аспартам , сахара, лимонная кислота и ароматизаторы в Diet Coke, [21] все из которых влияют на степень пенообразования воды. [21] [13] [15] [18] Утверждалось, что желатин и гуммиарабик в конфетах Mentos усиливают фонтан, [13] [15] [27] но эксперименты показали, что эти добавки к конфетам не влияют на фонтан. [2]

Реакция зародышеобразования может начаться с любой гетерогенной поверхности, такой как каменная соль, но было обнаружено, что Mentos работает лучше, чем большинство других. [1] [15] [18] Тоня Коффи, физик из Аппалачского государственного университета , предположила, что аспартам в диетических напитках снижает поверхностное натяжение в воде и вызывает более сильную реакцию, но что кофеин не ускоряет процесс. Однако эксперименты показали, что некоторые растворенные твердые вещества, которые увеличивают поверхностное натяжение воды (например, сахара), также увеличивают высоту фонтана. [21] Кроме того, также было продемонстрировано, что добавление определенных концентраций алкоголя (который снижает поверхностное натяжение) к газированным напиткам уменьшает высоту фонтана. [26] Эти результаты предполагают, что добавки служат для увеличения высоты гейзера не за счет снижения поверхностного натяжения, а скорее за счет какого-то другого механизма. Одна из возможностей заключается в том, что добавки уменьшают коалесценцию пузырьков, что приводит к меньшим размерам пузырьков и большей пенообразующей способности в воде. [28] [29] Таким образом, реакция гейзера будет работать даже при использовании сладких напитков, но диета обычно используется как ради большего гейзера, так и для того, чтобы избежать необходимости убирать липкие остатки, оставленные сладкими газированными напитками. [22] [30]

Были предложены дополнительные объяснения того, почему диетические газированные напитки превосходят обычные газированные напитки в этом эксперименте. Например, было высказано предположение, что более высокая вязкость обычных газированных напитков по сравнению с диетическими газированными напитками может препятствовать образованию фонтана в обычных газированных напитках, что приводит к более коротким фонтанам. [21] [31] Также было высказано предположение, что более стабильная пена, наблюдаемая в диетических газированных напитках по сравнению с обычными газированными напитками, может способствовать более высоким гейзерам, наблюдаемым в диетических газированных напитках. [20]

Альтернативы

Хотя Diet Coke и Mentos являются наиболее распространенным способом сделать газированный гейзер, они не являются единственными вариантами. Многие считают Diet Coke оптимальным вариантом. Хотя Diet Coke была изучена и предположила, что она имеет самый сильный эффект, [31] по крайней мере одно другое исследование продемонстрировало, что все диетические газированные напитки по сути работают одинаково хорошо в пределах экспериментальной ошибки. [21] Тем не менее, любой газированный напиток подойдет. [32] Что касается Mentos, для зародышеобразования газированных напитков работают многие вещи, такие как другие конфеты, металлические и керамические сферы, [33] и даже песок. [34] [35]

Смотрите также

Ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме «Извержение диетической колы и ментоса» .
  1. ^ abc Спэнглер, Стив (2010). Голые яйца и летающие картофелины . Greenleaf Book Group Press.
  2. ^ abcd Кунцлеман, Томас С.; Аннис, Йезриэль; Андерсон, Хейзел; Кенни, Джошуа Б.; Доктор, Нинад (2020). «Кинетическое моделирование и влияние добавок к конфетам на гейзер с газировкой Candy–Cola: эксперименты для изучения естественных наук в начальной школе с помощью физической химии». Журнал химического образования . 97 (1): 283–288. Bibcode : 2020JChEd..97..283K. doi : 10.1021/acs.jchemed.9b00796. S2CID  209710757.
  3. ^ ab Suzanne Baker (23 мая 2014 г.). «Студенты из Нейпервилля — неотъемлемая часть классических телевизионных эпизодов, но продолжится ли веселье?». Naperville Sun. Архивировано из оригинала 6 октября 2014 г. Получено 30 сентября 2014 г.
  4. ↑ Clayton Neuman (20 апреля 2007 г.). «The Time 100 – Are They Worthy?». Time . Получено 22 июня 2014 г.
  5. ↑ Steve Spangler Science (26 июня 2006 г.). «Оркестрованный хаос: дань уважения Mentos Eepybird.com». Архивировано из оригинала 27 июля 2014 г. Получено 24 июля 2014 г.
  6. ↑ SpanglerScienceTV (6 июня 2012 г.). «Original Mentos Diet Coke Geyser». YouTube. Архивировано из оригинала 19 декабря 2021 г. Получено 24 июля 2014 г.
  7. ^ «Диетическая кола и Mentos, на грани смерти». 239Media. 2 августа 2006 г. Архивировано из оригинала 19 декабря 2021 г. Получено 8 ноября 2014 г. – через YouTube .
  8. ^ "About.com Chemistry page with instructions". Архивировано из оригинала 11 августа 2006 г. Получено 4 августа 2006 г.
  9. ^ Делберт, Кэролайн (3 апреля 2020 г.). «Посмотрите, как ученые проводят эксперимент с Mentos и диетической колой на высоте 14 000 футов». Popular Mechanics . Получено 31 июля 2020 г.
  10. ^ abcdef Кунцлеман, Томас С.; Джонсон, Райан (27 февраля 2020 г.). «Исследование механизма зарождения пузырьков и влияния атмосферного давления на гейзер Candy–Cola Soda». Журнал химического образования . 97 (4): 980–985. Bibcode : 2020JChEd..97..980K. doi : 10.1021/acs.jchemed.9b01177. ISSN  0021-9584. S2CID  214504768.
  11. ^ Кунцлеман, Томас; Кенни, Джошуа (2023). «Количественная оценка динамики гейзера Candy Cola Soda с использованием простого и недорогого протокола». Журнал химического образования .
  12. ↑ Мишель Бова (19 февраля 2007 г.). «Как все работает: Mentos в диетической коле». The Tartan . Получено 30 сентября 2014 г.
  13. ^ abcd Тоня Ши Коффи. «Диетическая кола и Mentos: что на самом деле стоит за этой физической реакцией?» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 28 октября 2014 г. . Получено 30 сентября 2014 г. .
  14. ^ "Оригинальное видео Mentos Geyser". YouTube . Архивировано из оригинала 7 мая 2013 г. Получено 30 сентября 2014 г.
  15. ^ abcd "MythBusters: Diet Coke and Mentos MiniMyth". Discovery Channel . Архивировано из оригинала 2 мая 2012 года.
  16. ↑ Эл Льюис (7 ноября 2006 г.). «Mentos-soda mix a mint for scientific». Архивировано из оригинала 3 марта 2007 г. Получено 30 сентября 2014 г.
  17. ↑ Грег Сандовал (13 февраля 2007 г.). «Игра с экспериментом с диетической колой и Mentos». CNET . Получено 30 сентября 2014 г.
  18. ^ abc Daven Hiskey (16 ноября 2012 г.). «Почему Mentos и диетическая кола реагируют?». Today I Found Out . Получено 30 сентября 2014 г.
  19. ^ "Большинство Mentos и автоматов по продаже газировки". Книга рекордов Гиннесса . Получено 5 февраля 2015 г.
  20. ^ abcd Кунцлеман, Томас С.; Имхофф, Аманда М. (30 октября 2021 г.). «Сколько пузырьков в пене, образующейся во время гейзера Candy-Cola Soda?». Журнал химического образования . 98 (12): 3915–3920. Bibcode : 2021JChEd..98.3915K. doi : 10.1021/acs.jchemed.1c01001. ISSN  0021-9584. S2CID  240328586.
  21. ^ abcdef Новые демонстрации и новые идеи о механизме гейзера Candy-Cola Soda Томас С. Кунцлеман, Лора С. Дэвенпорт, Виктория И. Котран, Джейкоб Т. Кунцлеман и Дин Дж. Кэмпбелл Журнал химического образования. 94(5), 569-576. doi :10.1021/acs.jchemed.6b00862
  22. ^ ab Muir, Hazel (12 июня 2008 г.). "Наука о взрывах Mentos-Diet Coke объяснила". New Scientist . Получено 20 сентября 2009 г.
  23. ^ ab Sims, Trevor PT; Kuntzleman, Thomas S. (11 октября 2016 г.). «Кинетические исследования гейзера Candy–Cola Soda». Journal of Chemical Education . 93 (10): 1809–1813. Bibcode : 2016JChEd..93.1809S. doi : 10.1021/acs.jchemed.6b00263. ISSN  0021-9584.
  24. ^ ab Jones, SF; Evans, GM; Galvin, KP (28 февраля 1999 г.). «Зарождение пузырьков из газовых полостей — обзор». Advances in Colloid and Interface Science . 80 (1): 27–50. doi :10.1016/S0001-8686(98)00074-8. ISSN  0001-8686.
  25. ^ ab Liger-Belair, Gérard (20 марта 2014 г.). «Сколько пузырьков в вашем стакане игристого?». Журнал физической химии B. 118 ( 11): 3156–3163. doi :10.1021/jp500295e. ISSN  1520-6106. PMID  24571670.
  26. ^ abc Кунцлеман, Томас С.; Кунцлеман, Джейкоб Т. (2021). «Этанол как зонд для механизма зарождения пузырьков в эксперименте с диетической колеей и Mentos». Molecules . 26 (6): 1691. doi : 10.3390/molecules26061691 . PMC 8002754 . PMID  33802982. 
  27. ^ "MythBusters (сезон 2006)", Wikipedia , 25 февраля 2020 г. , получено 7 марта 2020 г.
  28. ^ Катсир, Яэль; Голдштейн, Гал; Мармур, Абрахам (1 мая 2015 г.). «Пузырь волны или отказ от пузыря: почему морские волны пенятся, а пресноводные — нет?». Colloids and Interface Science Communications . 6 : 9–12. doi :10.1016/j.colcom.2015.10.002.
  29. ^ Craig, VSJ; Ninham, BW; Pashley, RM (22 июля 1993 г.). «Влияние электролитов на коалесценцию пузырьков». Nature . 364 (6435): 317–319. Bibcode :1993Natur.364..317C. doi :10.1038/364317a0. S2CID  4345501.
  30. ^ Коффи, Тоня Ши (июнь 2008 г.). «Диетическая кола и Mentos: что на самом деле стоит за этой физической реакцией?». American Journal of Physics . 76 (6): 551–557. Bibcode : 2008AmJPh..76..551C. doi : 10.1119/1.2888546.
  31. ^ ab Baur, John; Baur, Melinda; Franz, David (1 апреля 2006 г.). «Ультразвуковой фонтан для газировки: яркая демонстрация растворимости газа в водных растворах». Journal of Chemical Education . 83 (4): 577. Bibcode : 2006JChEd..83..577B. doi : 10.1021/ed083p577.
  32. ^ Helmenstine, Anne (10 января 2019 г.). «Работает ли трюк с Mentos и газировкой с обычной колой?». thoughtco . Получено 3 августа 2021 г.
  33. ^ Кунцлеман, Томас С.; Найдеггер, Майкл У.; Шадли, Брук; Доктор, Нинад; Кэмпбелл, Дин Дж. (14 августа 2018 г.). «Трибонуклеация: новый механизм образования содового гейзера». Журнал химического образования . 95 (8): 1345–1349. Bibcode : 2018JChEd..95.1345K. doi : 10.1021/acs.jchemed.8b00127. ISSN  0021-9584. S2CID  104069252.
  34. ^ Макларен, Рут (1 мая 2020 г.). «Проблема эксперимента с Coke & Mentos, о которой мало кто знает». Sciencedipity . Получено 3 августа 2021 г.
  35. ^ «Дешевая альтернатива Mentos». NPR. 1 августа 2006 г. Получено 3 августа 2021 г.