Газированный гейзер
Газовый гейзер — это физическая реакция между газированным напитком, обычно диетической колой , и мятными конфетами Mentos , в результате которой напиток выбрасывается из контейнера. Конфеты катализируют выделение газа из напитка, что приводит к извержению, которое выталкивает большую часть жидкости вверх и наружу из бутылки. [1] [2] Ли Марек и «Дети-ученые Марека» были первыми, кто публично продемонстрировал эксперимент на Вечернем шоу с Дэвидом Леттерманом в 1999 году. [3] Стивом Спенглером Телевизионная демонстрация извержения, сделанная в 2005 году, стала популярной на YouTube . [4] [5] [6] запускает серию вирусных видеороликов об экспериментах с диетической колой и Mentos. [7] [8] Эксперименты, проведенные на высотах от уровня ниже уровня моря в Долине Смерти до вершины Пайкс-Пика, показали, что реакция работает лучше на больших высотах. [9] [10] [11]
История
[ редактировать ]В 1910-е годы [ нужна ссылка ] Wint-O-Green Life Savers использовались для создания газированных гейзеров. Тюбики с конфетами были навинчены на устройство для чистки труб и брошены в безалкогольный напиток, чтобы образовался гейзер . В конце 1990-х годов производитель Wintergreen Lifesavers увеличил размер мятных конфет, и они больше не помещались в горлышко бутылок из-под газировки. Преподаватели естественных наук обнаружили, что конфеты Mentos оказывают такой же эффект, если их бросить в бутылку любого газированного безалкогольного напитка. [1]
Ли Марек и «Дети-ученые Марека» провели эксперимент с диетической колой и Mentos на вечернем шоу с Дэвидом Леттерманом в 1999 году. [3] [12] [13] В марте 2002 года Стив Спенглер , преподаватель естественных наук, провел демонстрацию на канале KUSA-TV, филиале NBC, в Денвере, штат Колорадо . [14] Эксперимент с гейзером диетической колы и Mentos стал интернет-сенсацией в сентябре 2005 года. Этот эксперимент стал темой телешоу «Разрушители мифов» в 2006 году. [13] [15] Спенглер подписал лицензионное соглашение с Перфетти Ван Мелле , производителем Mentos, после того, как изобрел аппарат, призванный облегчить опускание Mentos в бутылку и произвести большой гейзер из газировки. [16] Amazing Toys, компания по производству игрушек Спенглера, выпустила игрушки Geyser Tube в феврале 2007 года. [17] В октябре 2010 года был установлен мировой рекорд Гиннеса - 2865 одновременных гейзеров. на мероприятии, организованном Перфетти Ван Мелле в торговом центре SM Mall of Asia в Маниле , Филиппины, [18] Этот рекорд впоследствии был побит в ноябре 2014 года другим мероприятием, организованным Перфетти Ван Мелле и Chupa Chups в Леоне, Гуанахуато , Мексика, где одновременно были запущены 4334 автомата Mentos и автоматы с газировкой. [19]
Химия
[ редактировать ]
Извержение вызвано физической реакцией , а не какой-либо химической реакцией . Добавление Ментоса приводит к быстрому образованию пузырьков углекислого газа, дегазирующих раствор: [2] [20] [21] [22] [23]
Преобразование растворенного диоксида углерода в газообразный диоксид углерода приводит к образованию быстро расширяющихся пузырьков газа в газировке, которые выталкивают содержимое напитка из контейнера. Экспериментальные измерения показывают, что в этом эксперименте на литр газировки образуется до 14 миллионов пузырьков. [20]
Газированные газированные напитки содержат повышенный уровень углекислого газа под давлением. раствор становится перенасыщенным При открытии бутылки и сбросе давления углекислым газом. В этих условиях углекислый газ начинает дегазировать из раствора, образуя пузырьки газа.
Энергия активации пузырьков зарождения (образования пузырьков) зависит от того, где образуется пузырь. Он очень высок для пузырьков, образующихся в самой жидкости (гомогенное зародышеобразование), и намного ниже, если рост пузырьков происходит внутри крошечных пузырьков, захваченных какой-либо другой поверхностью ( гетерогенное зародышеобразование ). Зарождение и рост пузырьков в газированных напитках почти всегда происходят за счет 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 IV типа. [10] Когда давление в бутылке с газировкой сбрасывается после ее открытия, растворенный углекислый газ может попасть в любой крошечный пузырек, расположенный внутри напитка. Эти готовые пузырьки (которые являются местами зародышеобразования) существуют в виде крошечных волокон или несмачиваемых щелей по бокам бутылки. [10] [24] [25] Поскольку таких уже существующих пузырьков обычно 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. По этой причине добавление конфет Mentos в газированный напиток приводит к образованию огромного количества уже существующих пузырьков, в которые может выйти растворенный углекислый газ. Таким образом, добавление конфет Mentos в газированный напиток приводит к появлению в напитке миллионов центров зародышеобразования, что обеспечивает достаточно быструю дегазацию, чтобы поддерживать струю пены из бутылки. Хотя конфеты Mentos содержат миллионы полостей, вполне вероятно, что только около 100 000 полостей активно образуют пузырьки на любой отдельной конфете Mentos, помещенной в газированный напиток. [20] [26]
Существующие ранее пузырьки позволяют протекать реакции без необходимости образования пузырьков внутри самой жидкости (гомогенное зародышеобразование). Поскольку центры нуклеации типа IV (например, обнаруженные на Mentos) позволяют реакции протекать со значительно более низкой энергией активации, конфеты Mentos можно считать катализатором процесса. [10] В качестве другого примера, падение зерен соли или песка в раствор создает центры зародышеобразования типа IV, снижает энергию активации по сравнению с энергией активации гомогенного зародышеобразования и увеличивает скорость дегазации диоксида углерода.
Физические характеристики Mentos (шероховатость поверхности) резко снижают энергию активации образования пузырьков углекислого газа, в результате чего скорость нуклеации становится чрезвычайно высокой. Энергия активации выделения углекислого газа из диетической колы при добавлении Mentos составляет 25 кДж моль. −1 . [23] Пенообразованию способствует присутствие в диетической коле пищевых добавок, таких как бензоат калия , аспартам , сахара, лимонная кислота и ароматизаторы. [21] все это влияет на степень пенообразования воды. [21] [13] [15] [18] Утверждалось, что желатин и гуммиарабик в конфетах Mentos усиливают эффект фонтана. [13] [15] [27] но эксперименты показали, что эти конфетные добавки не влияют на фонтан. [2]
Реакция нуклеации может начаться на любой гетерогенной поверхности, например, на каменной соли, 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 кофеин не ускоряет этот 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 позволяют предположить, что добавки способствуют увеличению высоты гейзера не за счет уменьшения поверхностного натяжения, а за счет какого-то другого механизма. Одна из возможностей заключается в том, что добавки уменьшают слияние пузырьков, что приводит к уменьшению размеров пузырьков и повышению пенообразующей способности воды. [28] [29] Таким образом, гейзерная реакция по-прежнему будет работать даже при использовании сладких напитков, но диета обычно используется как ради более крупного гейзера, так и для того, чтобы избежать необходимости очищать более 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]
-
2-литровая (0,44 имп галлона; 0,53 галлона США) бутылка диетической колы сразу после того, как в нее бросили Mentos. -
-
Газированный гейзер
-
Извержение диетической колы и Mentos
Альтернативы
[ редактировать ]Хотя диетическая кола и Mentos являются наиболее распространенным способом приготовления газировки, они не единственные варианты. Многие считают диетическую колу оптимальным вариантом. Хотя диетическая кола была изучена и было высказано предположение, что она оказывает самый сильный эффект, [31] по крайней мере, еще одно исследование показало, что все диетические газированные напитки по существу работают одинаково хорошо в пределах экспериментальной ошибки. [21] Тем не менее, подойдет любой газированный напиток. [32] Что касается Mentos, многие вещи способствуют зародышеобразованию газированных напитков, например, другие конфеты, металлические и керамические сферы. [33] и даже песок. [34] [35]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]
- ^ Jump up to: а б с Спенглер, Стив (2010). Голые яйца и летающий картофель . Издательство Greenleaf Book Group.
- ^ Jump up to: а б с д Кунцлеман, Томас С.; Аннис, Изриэль; Андерсон, Хейзел; Кенни, Джошуа Б.; Доктор, Нинад (2020). «Кинетическое моделирование и влияние конфетных добавок на гейзер конфеты-кола и газировки: эксперименты для начальной школы с помощью физической химии». Журнал химического образования . 97 (1): 283–288. Бибкод : 2020ЖЧЭд..97..283К . doi : 10.1021/acs.jchemed.9b00796 . S2CID 209710757 .
- ^ Jump up to: а б Сюзанна Бейкер (23 мая 2014 г.). «Студенты Нейпервилля — неотъемлемая часть классических телевизионных сюжетов, но будет ли веселье продолжаться?» . Нейпервилл Сан . Архивировано из оригинала 6 октября 2014 года . Проверено 30 сентября 2014 г.
- ^ Клейтон Нойман (20 апреля 2007 г.). «The Time 100 – достойны ли они?» . Время . Проверено 22 июня 2014 г.
- ^ Стив Спенглер Science (26 июня 2006 г.). «Организованный хаос: дань уважения Mentos Eepybird.com» . Архивировано из оригинала 27 июля 2014 года . Проверено 24 июля 2014 г.
- ^ SpanglerScienceTV (6 июня 2012 г.). «Оригинальный гейзер с диетической колой Mentos» . Ютуб. Архивировано из оригинала 19 декабря 2021 года . Проверено 24 июля 2014 г.
- ^ «Диетическая кола и ментос на грани смерти» . 239Медиа. 2 августа 2006 г. Архивировано из оригинала 19 декабря 2021 г. Проверено 8 ноября 2014 г. — через YouTube .
- ^ «Страница химии на сайте About.com с инструкциями» . Архивировано из оригинала 11 августа 2006 года . Проверено 4 августа 2006 г.
- ^ Делберт, Кэролайн (3 апреля 2020 г.). «Смотрите, как ученые проводят эксперимент с ментосом и диетической колой на высоте 14 000 футов» . Популярная механика . Проверено 31 июля 2020 г.
- ^ Jump up to: а б с д и ж Кунцлеман, Томас С.; Джонсон, Райан (27 февраля 2020 г.). «Исследование механизма зарождения пузырьков и влияния атмосферного давления на гейзер с газировкой и конфетами». Журнал химического образования . 97 (4): 980–985. Бибкод : 2020ЖЧЭд..97..980К . doi : 10.1021/acs.jchemed.9b01177 . ISSN 0021-9584 . S2CID 214504768 .
- ^ Кунцлеман, Томас; Кенни, Джошуа (2023). «Количественная оценка динамики гейзера с газировкой Candy Cola с использованием простого и недорогого протокола» . Журнал химического образования .
- ^ Мишель Бова (19 февраля 2007 г.). «Как все работает: Mentos в диетической коле» . Тартан . Проверено 30 сентября 2014 г.
- ^ Jump up to: а б с д Тоня Ши Коффи. «Диетическая кола и Mentos: что на самом деле стоит за этой физической реакцией?» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 28 октября 2014 года . Проверено 30 сентября 2014 г.
- ^ «Оригинальное видео о Mentos Geyser» . Ютуб . Архивировано из оригинала 7 мая 2013 года . Проверено 30 сентября 2014 г.
- ^ Jump up to: а б с д «Разрушители мифов: мини-миф о диетической коле и Mentos» . Канал Дискавери . Архивировано из оригинала 2 мая 2012 года.
- ^ Эл Льюис (7 ноября 2006 г.). «Ментос-газированная смесь мятная для ученого» . Архивировано из оригинала 3 марта 2007 года . Проверено 30 сентября 2014 г.
- ^ Грег Сандовал (13 февраля 2007 г.). «Игра с экспериментом с диетической колой и Mentos» . CNET . Проверено 30 сентября 2014 г.
- ^ Jump up to: а б с Дэйвен Хиски (16 ноября 2012 г.). «Почему Mentos и диетическая кола реагируют?» . Сегодня я узнал . Проверено 30 сентября 2014 г.
- ^ «Большинство Mentos и автоматов с газировкой» . Книги рекордов Гиннесса . Проверено 5 февраля 2015 г.
- ^ Jump up to: а б с д Кунцлеман, Томас С.; Имхофф, Аманда М. (30 октября 2021 г.). «Сколько пузырьков в пене, образующейся во время гейзера с газировкой Candy-Cola?» . Журнал химического образования . 98 (12): 3915–3920. Бибкод : 2021JChEd..98.3915K . doi : 10.1021/acs.jchemed.1c01001 . ISSN 0021-9584 . S2CID 240328586 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж Новые демонстрации и новое понимание механизма гейзера газировки с конфетами и колой Томас С. Кунцлеман, Лаура С. Дэвенпорт, Виктория И. Котран, Джейкоб Т. Канцлеман и Дин Дж. Кэмпбелл Журнал химического образования. 94(5), 569-576. doi : 10.1021/acs.jchemed.6b00862
- ^ Jump up to: а б Мьюир, Хейзел (12 июня 2008 г.). «Наука объяснила взрывы Mentos и диетической колы» . Новый учёный . Проверено 20 сентября 2009 г.
- ^ Jump up to: а б Симс, Тревор П.Т.; Кунцлеман, Томас С. (11 октября 2016 г.). «Кинетические исследования гейзера с газировкой и конфетами». Журнал химического образования . 93 (10): 1809–1813. Бибкод : 2016JChEd..93.1809S . doi : 10.1021/acs.jchemed.6b00263 . ISSN 0021-9584 .
- ^ Jump up to: а б Джонс, Сан-Франциско; Эванс, генеральный менеджер; Гэлвин, КП (28 февраля 1999 г.). «Зарождение пузырьков из газовых полостей — обзор» . Достижения в области коллоидной и интерфейсной науки . 80 (1): 27–50. дои : 10.1016/S0001-8686(98)00074-8 . ISSN 0001-8686 .
- ^ Jump up to: а б Лигер-Белэр, Жерар (20 марта 2014 г.). «Сколько пузырей в твоем стакане с шампанским?». Журнал физической химии Б. 118 (11): 3156–3163. дои : 10.1021/jp500295e . ISSN 1520-6106 . ПМИД 24571670 .
- ^ Jump up to: а б с Кунцлеман, Томас С.; Кунцлеман, Джейкоб Т. (2021). «Этанол как исследование механизма образования пузырьков в эксперименте с диетической колой и ментосом» . Молекулы . 26 (6): 1691. doi : 10,3390/molecules26061691 . ПМК 8002754 . ПМИД 33802982 .
- ^ «Разрушители мифов (сезон 2006 г.)» , Arc.Ask3.Ru , 25 февраля 2020 г. , дата обращения 7 марта 2020 г.
- ^ Кацир, Яэль; Гольдштейн, Гал; Мармур, Авраам (1 мая 2015 г.). «Пузырь на волне или отказ от пузыря: почему волны в морской воде пенятся, а волны в пресной воде — нет?». Коллоиды и интерфейсные научные коммуникации . 6 :9–12. дои : 10.1016/j.colcom.2015.10.002 .
- ^ Крейг, VSJ; Нинхэм, BW; Пэшли, Р.М. (22 июля 1993 г.). «Влияние электролитов на слияние пузырьков». Природа . 364 (6435): 317–319. Бибкод : 1993Natur.364..317C . дои : 10.1038/364317a0 . S2CID 4345501 .
- ^ Коффи, Тоня Ши (июнь 2008 г.). «Диетическая кола и Mentos: что на самом деле стоит за этой физической реакцией?». Американский журнал физики . 76 (6): 551–557. Бибкод : 2008AmJPh..76..551C . дои : 10.1119/1.2888546 .
- ^ Jump up to: а б Баур, Джон; Баур, Мелинда; Франц, Дэвид (1 апреля 2006 г.). «Ультразвуковой фонтанчик с газировкой: впечатляющая демонстрация растворимости газа в водных растворах». Журнал химического образования . 83 (4): 577. Бибкод : 2006JChEd..83..577B . дои : 10.1021/ed083p577 .
- ^ Хельменстин, Энн (10 января 2019 г.). «Работает ли трюк с Ментосом и газировкой с обычной колой?» . мыслико . Проверено 3 августа 2021 г.
- ^ Кунцлеман, Томас С.; Нидеггер, Майкл В.; Шедли, Брук; Доктор, Нинад; Кэмпбелл, Дин Дж. (14 августа 2018 г.). «Трибонуклеация: новый механизм создания содового гейзера» . Журнал химического образования . 95 (8): 1345–1349. Бибкод : 2018JChEd..95.1345K . doi : 10.1021/acs.jchemed.8b00127 . ISSN 0021-9584 . S2CID 104069252 .
- ^ Макларен, Рут (1 мая 2020 г.). «Проблема эксперимента Coke & Mentos, о которой мало кто знает» . Научная тупость . Проверено 3 августа 2021 г.
- ^ «Дешевая альтернатива Ментосу» . ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ЯДЕРНЫЙ РЕАКТОР. 1 августа 2006 года . Проверено 3 августа 2021 г.