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


Простой химический трюк все еще много может расказать ученым / © Gipher / Автор: Ольга Кузьмина

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.


Source: https://lib.zaplata.ru/nauka/ychenye-pokazali-kak-rabotaet-truk-s-koloi-i-mentos-na-raznyh-vysotah-nad-yrovnem-moria.html

Межтекстовые Отзывы
Посмотреть все комментарии
guest

Ученые синтезировали материал — почти такой же твердый, как алмаз

Изображение одной из алмазных наковален, полученное с помощью оптического микроскопа; один из образцов нитрида углерода C3N4 вмял поверхность...

Российские ученые получили вещество, которое сможет замедлить глобальное потепление

Глобальное потепление — угроза всему населению нашей планеты / © engoo.ru / Автор: Анастасия Кожевникова Один из самых...

Новый материал улавливает углекислый газ винтообразными порами

©Wikipedia / Автор: Анастасия Кожевникова Одним из последних достижении в создании пористых материалов стало появление металл-органических каркасных структур...

Химики нашли способ уничтожать «вечные» загрязнители

PFAS используются, в частности, в пенах для пожаротушения /© Adam Thomas, US Navy / Автор: Caristania Fabricius Пер-...

25 тысяч бочек с ДДТ и химическими отходами обнаружили на дне океана, в 20 километрах от Лос-Анджелеса

Снятые еще в 2011 году бочки с токсичными отходами на дне моря у побережья Калифорнии / ©David Valentine,...

Определены реакции, способные зародить жизнь на других планетах

Описание типов реакций и условий, необходимых для их самоподдерживающегося воспроизведения (автокатализа), могло бы расширить область поиска жизни на...

Химики создали батарею на основе главного белка человеческой крови

Команда химиков из Национального университета Кордовы, которая создала батарею / © University of Cordoba / Автор: Павел Сорокин...

В Ратгерском университете разработали катализаторы, способные превращать углекислый газ в пластмассу

©Wikipedia / Автор: Caristania Fabricius Два продукта, созданные исследователями, — метилглиоксаль (C3) и 2,3-фурандиол (C4) — могут использоваться...

Европейские химики получили новую форму углерода

В верхней части иллюстрации – схема новой кристаллической структуры, в нижней – ее снимок, сделанный электронным микроскопом /...

«Грязную» пленку на чае назвали показателем вкуса напитка

«Грязную» пленку на чае назвали показателем вкуса напитка / ©phys.org / Автор: Caristania Fabricius Самая ранняя монография о...

Химики установили новые свойства эйнштейния — самого тяжелого элемента, который удалось получить в чистом виде и увидеть невооруженным глазом

Свечение примерно 300 микрограмм Эйнштейния-253 в результате альфа-распада с излучением в окружающую среду частиц энергией 6,6 мегаэлектронвольт. Энерговыделение...

В Google провели первую квантовую симуляцию химической реакции

Процессор Sycamore, при помощи которого проводились вычисления / Erik Lucero / Автор: Дмитрий Жуков Команда инженеров из Google...

Химики разгадали 400-летнюю алхимическую загадку

Лысый алхимик, изображенный на картине фламандского живописца Давида Тенирса Младшего, XVII век / Автор: Visellia Orfius Алхимики впервые...

Разработан простой процесс получения экологичного дезинфектанта из воды

Схема установки, предложенной учеными / © Murray, Voskian, Surendranath et al., Joule, 2019 / Автор: Ольга Кузьмина Пероксид...

Открыто «невозможное» соединение плутония

Стабильное соединение плутония / Автор: Александр Литвинов Многие ученые работают над предсказанием того, что произойдет с ядерными отходами...

Ученые СФУ синтезировали и охарактеризовали два новых комплекса барбитуровой кислоты

Ученые СФУ синтезировали и охарактеризовали два новых комплекса барбитуровой кислоты / Автор: Иван Беляев Их химические свойства окажутся...

Представлен прототип бактериального генератора электроэнергии

©Ella Marushchenko, University of Minnesota / Автор: Caristania Fabricius Морские Shewanella oneidensis широко известны в качестве «бактерий, которые...

Ученые собрали молекулярную «роборуку» из ДНК

Захваты NanoGripper под микроскопом / ©Zhou et al., 2023 / Автор: Александр Литвинов Молекулы ДНК состоят из четырех...

Свежо и экологично: ученые разработали пищевые датчики на основе бумаги и графена

Новые датчики можно легко разрезать ножницами, добиваясь нужного размера, и просто утилизировать / © 10.1016/j.apmt.2022.101589 / Автор: Pinaria...

Биохимики узнали, как улитке удается выделять одновременно слизь-смазку и слизь-клей

Съедобная крапчатая улитка Cornu aspersum / © Peter Hillman / Автор: Владимир Богданов Все животные, не исключая человека,...