Ученые показали, как работает трюк с колой и Mentos на разных высотах над уровнем моря
8 минут
София Жаботинская

Ученые показали, как работает трюк с колой и Mentos на разных высотах над уровнем моря

2.8

Новые условия показали, как реакция зависит от размера микропор в конфетах, и сделали ее более понятной на микроуровне.

Кола и ментос
Простой химический трюк все еще много может расказать ученым / © Gipher

Добавление мятных конфет Mentos в бутылку колы, вызывающее бурную реакцию и фонтан пены, — уже классическое развлечение, используемое учителями и популяризаторами во всем мире для того, чтобы пробудить у детей интерес к физике и химии. Однако некоторые микропроцессы, происходящие при этом, до сих пор были изучены мало. Авторы статьи, опубликованной в издании Journal of Chemical Education, выяснили, как давление и размер микропор в конфете повлияли на знаменитый трюк. Экспериментальную часть своего исследования команда провела в таких впечатляющих уголках Соединенных Штатов, как Долина Смерти и вершина Пайкс-Пик в Скалистых горах, засняв некоторые результаты на видео.

На базовом уровне объяснение реакции довольно простое: изначально СО2 растворен в жидкости под давлением. Разгерметизация бутылки приводит к изменению давления, в результате чего концентрация газа в жидкости снижается, и часть его выходит в атмосферу.

Чем активнее раствор взаимодействует с окружающим воздухом, тем активнее выходит газ: так, например, будет, если потрясти бутылку. Mentos просто эффектно ускоряют этот процесс. Предыдущие исследования показали, что пористая структура конфет обеспечивает идеальные «ловушки», захватывающие крошечные пузырьки воздуха. Когда одна такая «таблетка» попадает в напиток, ее поверхность обеспечивает отличный контакт с воздухом для растворенного СО2 глубоко внутри бутылки. Образовавшийся газ немедленно устремляется наружу.

До сих пор точный размер этих крошечных пузырьков можно было оценить только на основе микрографических изображений текстурированной оболочки конфеты. При этом с точки зрения воздействия на реакцию это важный вопрос: чтобы углекислый газ покинул раствор, каждый пузырек должен обеспечивать необходимую площадь поверхности для достаточного потока газа. Теоретически они должны быть больше одного микрометра в поперечнике, но более крупные пузырьки также занимают больше места, уменьшая количество областей, в которых начинает стартовать реакция, что тоже потенциально может влиять на протекание процесса.

Видео, снятое учеными / © YouTube — Tommy Technetium

Так как заснять момент высвобождения газа на таком микроуровне при обычных условиях невозможно, ученые придумали специальное решение. Это потребовало использования ключевых физических взаимосвязей реакции, а именно — таких переменных, как давление и объем.

Томас Кунцлеман, профессор химии из Университета Спринг-Арбор, случайно выяснил, что эта реакция протекает еще драматичнее, если она случилась на больших высотах. Обнаружив это, он, связавшись со своим коллегой из Колорадо Райаном Джонсоном, решил проверить свою гипотезу. Кунцлеман и Джонсон провели серию опытов (и заодно от души повеселились, как можно видеть в видеоблоге Кунцлемана «Невероятные исследования») в самых разных условиях: от Долины Смерти, где высота поверхности земли лежит ниже уровня моря, до вершины в Скалистых горах на уровне 4300 метров.

Трюк с Mentos и колой на разных высотах над уровнем моря / © Kuntzleman & Johnson, Journal of Chemical Education, 2020

Они обнаружили, что только давление воздуха не может объяснить полученные наблюдения, оставляя место для выведения более точных переменных, которые способствуют пенообразованию. Комбинируя данные о колебаниях давления воздуха с измерениями массы, потерянной при дегазации, а также со сравнениями между различными конфетами, Кунцлеман и Джонсон вскоре неплохо поняли, почему Mentos — лучший выбор для этого вида деятельности.

Их уравнения предполагают, что эти центры высвобождения газа имеют диаметр от двух до семи микрометров, что обеспечивает баланс и компромисс между размером пузырьков и нужным количеством центров на поверхности конфеты. Заключение хорошо сочетается с существующими моделями, объясняющими реакцию, а также с микрографическими изображениями пор, основанных на этих моделях.

Полученные данные помогут учителям и популяризаторам науки, работающим с детьми, глубже понимать механику процесса, а значит, лучше объяснить ее своим зрителям и показать им мир одновременно более сложным и понятным, привлекая новые поколения разгадывать тайны физики и химии.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
7 часов назад
33 минуты
Александр Березин

Александр Мясников, глава Информационного центра по мониторингу ситуации с коронавирусом, заявил, что «вирус как бы фильтруется через наши иммунные силы, <...> каждый раз, попадая в очередной организм, дальше идет немного ослабленный». В связи с этим он ожидает отступления волны заражения «самой по себе». Однако целый ряд научных исследований — да и опыт пандемии «испанки» — указывают на другой, менее благостный сценарий. Попробуем разобраться, что считает наука по поводу некоторого спада в числе зараженных в России: почему он идет и когда ситуация может развернуться вспять.

Вчера, 18:07
10 минут
София Жаботинская

Таковы итоги первой фазы клинических испытаний, проведенных исследователями из Китая. Ученые уже развернули вторую фазу тестов, результаты которой станут известны через шесть месяцев.

Вчера, 20:43
5 минут
София Жаботинская

Вирусы, живущие в клетках протобактерий SAR11, могут помогать разным штаммам этих микроорганизмов обмениваться генетическим материалом и получать конкурентное преимущество.

Позавчера, 08:19
4 минуты
София Жаботинская

Внутрикорабельные костюмы членов экипажа Crew Dragon неудобны и выдерживают меньшие перегрузки, чем российские аналоги.

27 мая
37 минут
Александр Березин

После очень долгого перерыва США вновь пытаются запустить человека в космос своими силами. Но если с ракетами и кораблем у них сейчас все лучше, чем у стран-конкурентов, то со скафандрами не все так гладко. Они заметно неудобнее и тяжелее — что приводит к большим проблемам, вплоть до отваливающихся ногтей на пальцах астронавтов. Почему так вышло — в интервью Naked Science рассказал конструктор скафандров Николай Моисеев.

25 мая
4 минуты
София Жаботинская

Создатели препарата добровольно ввели себе собственную разработку и, как сообщает руководитель центра имени Гамалеи, добились успеха.

14 мая
6 минут
София Жаботинская

Две-три чашки кофе в день обеспечивают уменьшение как подкожного, так и висцерального жира у женщин — по сравнению с теми, кто пьет кофе реже или не пьет совсем.

18 мая
47 минут
Александр Березин

«Новая газета» обратила внимание, что в статистике столицы — эпицентра коронавирусной эпидемии в России — в апреле 2020 года виден аномальный всплеск смертей. Он в разы превышает официальные цифры гибели людей от Covid-19. Власти опять скрывают? Naked Science внимательно присмотрелся к ситуации и обнаружил, что дело совсем в другом факторе, никак не связанном с новой болезнью. Рассказываем, о чем речь.

2 мая
40 минут
Александр Березин

Криптовалюты защищены от инфляции, обесценивающей даже доллар всемеро за полвека. Их второе поколение – пока состоящее из одного только дуровского грама – еще и сможет быть повседневным средством платежей, что недоступно для биткойна. Вроде бы, все хорошо, но на самом деле внедрение конкретно этой новой технологии обещает большие потрясения всем экономикам мира. Если, конечно, Штаты не остановят этот чрезмерно амбициозный проект. Попробуем разобраться, какой из этих вариантов вероятнее.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Предстоящие мероприятия
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: