читателски коментари

Споделете тази история

Още през 2006 г. Фриц Гроуб и Стивън Волц - самоописаните луди учени зад Eepybird - запалиха интернет сензация със своето вирусно видео на сложна версия на експеримента с диета с кока-кола и Ментос, пресъздавайки хореографията на световноизвестния фонтан на Bellagio изложба в Лас Вегас. Основната физика и химия на ефекта на фонтана е добре известна.

надморската

Но безстрашна двойка учени от университета Spring Arbor в Мичиган се чудеха дали надморската височина и свързаните с това промени в атмосферното налягане ще окажат някакво измеримо въздействие върху интензивността на разпенващия се фонтан и извършиха редица експерименти, за да разберат. Те докладват резултатите си в скорошна статия в Journal of Chemical Education. Резултатът: Ако наистина искате да получите най-разпенващото действие за парите си, проведете експеримента Diet Coke и Mentos на голяма надморска височина.

Grobe и Voltz не са измислили основното демо. Това съществува от най-малко 80-те години на миналия век, въпреки че първоначално учителите по креативни науки са използвали Wint-O-Green Lifesavers с резба върху почистващ препарат за тръби, за да предизвикат фонтаните от пяна в бутилки със сода. През 1990 г. размерът на спасителите се променя и е твърде голям, за да се побере в устата на бутилката. Така учителите по природни науки преминаха към бонбони Mint Mentos, за да постигнат същия ефект.

Повече физика, отколкото химия

Ефектът обикновено се разбира погрешно като химическа реакция, наравно със смесването на сода за хляб с оцет, но основният механизъм всъщност е физическа реакция: а именно, образуването на балончета. Стандартна двулитрова бутилка диетична кока при стайна температура обикновено съдържа около 12 грама разтворен CO2. Освободете привидно незначителните 12 грама разтворен CO2 в газовата фаза при стайна температура и тя ще се разшири, за да запълни три пъти общия обем на оригиналната бутилка сода или около шест литра. Този удовлетворяващ шум, когато отворите бутилка с прясна газирана вода, е резултат от изтичането на CO2. След това в течността започват да се образуват мехурчета и да се носят до върха.

Обикновено това се случва бавно, с което содата ви изтича с течение на времето, тъй като повърхностното напрежение на водата в содата помага да задържате газа на място. Пуснете няколко бонбона Mentos в прясно отворената бутилка и това ще се случи много бързо. Това е така, защото повърхността на бонбоните има много малки подутини. Разтвореният CO2 ще се дифузира в мехурчетата, които неизбежно се образуват на грапавата повърхност на бонбоните, като много по-бързо разкъсват връзките с водата. Резултатът е извисяващ се гейзер от пяна.

Съавторът Томас С. Кунцлеман за пръв път се сблъсква с експеримента на научен панаир в началното училище през 2005 г. и оттогава се интересува от основната физика и химия. Например, той е открил, че различни добавки за напитки като захари, лимонена киселина и естествени аромати могат да повишат височината на фонтана. Съвсем наскоро той реши да провери хипотезата, че интензивността на ефекта на фонтана ще бъде по-голяма при по-голяма надморска височина, тъй като може да се очаква атмосферното налягане да играе съществена роля в зародиша на мехурчета.

Кунцлеман и неговият съавтор Райън Джонсън закупиха бутилки с диетична кока от същия магазин и се увериха, че всички бутилки имат една и съща дата на годност. За всеки експеримент те пускаха по един бонбон Mentos в бутилка през едноинчова PVC тръба и след това наблюдаваха как реакцията действа магически. Те използваха градуирана бутилка/тръба за торнадо, за да измерват загубената маса от течността с течение на времето. Всички измервания бяха направени в рамките на една седмица едно от друго и екипът се погрижи да поддържа всички бутилки на приблизително еднаква температура.

Извършен е един набор от експерименти на различни височини по време на изкачване на Pikes Peak; друг сет се проведе по време на шофиране през Северна Каролина; и трети набор от експерименти бяха извършени по време на семейната ваканция на Кунцлеман, шофирайки през множество национални паркове в Калифорния, Невада и Юта. Всичко казано, те проведоха експеримента на височини, вариращи от под морското равнище (Долината на смъртта, Калифорния) до повече от 14 000 фута (Pikes Peak). Както се очакваше, те установиха, че на по-високи коти се получава повече пяна.

Въздействието на надморската височина обаче не се дължи изцяло на простото приложение на добре познатите газови закони, според авторите - а именно, че газовете се разширяват при по-ниско атмосферно налягане. Достатъчно просто беше да се тества това с данни, събрани на семейната ваканция на Кунцлеман, тъй като температурата на бутилката сода в този набор от експерименти беше внимателно контролирана и измерена. Газовите закони твърдят, че произведението на налягането и обема на газа трябва да бъде постоянно при постоянни температури, но данните показват увеличение на произведението на налягането и обема с нарастваща височина.

"Въпреки че е много вероятно газовите закони да допринесат за наблюдавания ефект, представените данни показват, че това не е единственото обяснение за увеличеното разпенване", пишат авторите. "Следователно, допълнителни кинетични ефекти, които подобряват образуването на пяна при по-висока надморска височина, като повишена честота на мехурчета и увеличени места на улцерация (поради по-малкия критичен радиус) върху бонбона вероятно са в действие."

Това е полезно допълнение към преподавателския репертоар на Кунцлеман; основната демонстрация може да бъде свързана с такива централни понятия като химическа кинетика, наука за повърхността, разтворимост на газове и химически равновесия например. Той е имал студенти в бакалавърски курсове както в основни научни курсове, така и в курсове по обща химия, пресъздаващ тази последна поредица от експерименти като малък научен проект и стига до същото заключение. „Това, че популярният експеримент с диетична кока-кола и ментос работи по-добре при по-високи височини, е запомнящ се начин да напомним на непрофесионалните и студентите по обща химия важната идея, че атмосферното налягане намалява с надморска височина“, пишат авторите.

За онези, които се борят с удължени поръчки за подслон на място, той също така предоставя възможен забавен експеримент за групови „направи си сам“. Идентифицирайте хората във вашите социални кръгове, които живеят на различни височини. Всеки човек може да направи демонстрацията Mentos и Diet Coke - на открито силно препоръчително - където и да се намира, като вземе предвид относителните височини на разпенващия ефект, така че всеки може да сравнява съответните си резултати. (Scientific American има полезни инструкции, както и Eepybird.)

Ако наистина се чувствате амбициозни, всеки може да направи експеримента едновременно на живо чрез Zoom или подобен инструмент за конферентна връзка. Просто защитете електронното си оборудване. И не забравяйте да използвате диетична кока-кола или кока-нула, не само защото те предизвикват най-голяма реакция - аспартамът намалява повърхностното напрежение на водата, а защото те са по-малко захарни и лепкави. Доверете ни се, ще се накиснете.