Ученые показали, как работает трюк с колой и Mentos на разных высотах над уровнем моря — Naked Science
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.
Вчера, 09:47
4 минуты
Сергей Васильев

Потеряв в схватке с крупным хищником почти всю заднюю часть тела и глаз, трилобиту удалось выжить и даже частично восстановиться.

Вчера, 14:11
5 минут
Илья Ведмеденко

По информации СМИ, модуль «Наука» столкнулся с техническими проблемами. Они могут существенно осложнить стыковку с Международной космической станцией.

Вчера, 10:50
4 минуты
Сергей Васильев

Уникальный пример межвидовой конкуренции человекообразных, окончившейся гибелью более крупного животного, наблюдали в национальном парке на западе Африки.

Позавчера, 10:05
22 минуты
Александр Березин

Существующие континенты движутся к слиянию в один — это лишь вопрос времени, считают большинство исследователей. Группа ученых решила выяснить, что будет с обитаемостью Земли после того, как это слияние завершится. Как оказалось, температура на планете существенно вырастет при любом исходе. Но в случае формирования одного из двух возможных суперконтинентов на суше станет намного холоднее. Если возникнет второй суперконтинент, доля обитаемой твердой поверхности, напротив, возрастет. Почему так получается и что из этого следует?

Позавчера, 10:45
4 минуты
Сергей Васильев

До сих пор было неизвестно, могут ли плоды передавать сигналы материнскому растению, но опыты, поставленные на томатах, показали, что это действительно происходит.

18 июля
5 минут
Илья Ведмеденко

Представлены первые фотографии перспективного российского боевого самолета, премьера которого состоится на грядущем авиасалоне МАКС. Ранее мы уже могли видеть новую машину, однако ее скрывал защитный чехол.

13 июля
4 минуты
Ольга Иванова

Международная команда ученых идентифицировала ДНК из почвы в грузинской пещере. Благодаря этому исследователям удалось восстановить геном человека возрастом 25 тысяч лет, не имея никаких скелетных останков.

8 июля
6 минут
Василий Парфенов

Подросток из бельгийского города Остенде стал вторым самым юным обладателем высшего образования в обозримой истории. Он с отличием окончил курс физики в Антверпенском университете и теперь собирается защитить магистерскую степень, а затем и докторскую диссертацию в этой области. Цель у него простая и понятная: увеличение продолжительности жизни человека вплоть до полного бессмертия за счет замены частей тела и органов механическими или искусственными.

11 июля
28 минут
Александр Березин

Еще год назад почти все были уверены, что эпидемия быстро закончится. Ведь научные исследования говорили: иммунитет переболевших очень сильный, а повторные заболевания крайне редки. Российские власти все еще верят в это: глава Роспотребнадзора Анна Попова утверждает, будто повторно болеет только 1%. От этого в России до сих пор ждут достижения «группового иммунитета» осенью — и, разумеется, снятия ковидных ограничений. К сожалению, это пустые надежды. Данные из других стран вообще не показывают реальной возможности достичь группового иммунитета за счет переболевших. Разбираемся в деталях.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

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

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: