Most már tudjuk a magasság hatását a klasszikus „Diet Coke and Mentos“ szökőkútra; Ars Technica
olvasói megjegyzések
Ossza meg ezt a történetet
Még 2006-ban Fritz Grobe és Stephen Voltz - az Eepybird mögött őrült tudósok által írt őrült tudósok - internetes szenzációt váltottak ki a Diet Coke és a Mentos szökőkút kísérletének bonyolult változatát bemutató vírusos videójukkal, a Bellagio világhírű szökőkútjának koreográfiáját újrateremtve kiállítás Las Vegasban. A szökőkút-hatás mögöttes fizika és kémia jól ismert.
A michigani Spring Arbor Egyetem rettenthetetlen tudóspárja arra volt kíváncsi, hogy a magasságnak és a kapcsolódó légköri nyomás változásainak van-e bármilyen mérhető hatása a habzó szökőkút intenzitására, és kísérleti sorozatokat hajtottak végre ennek kiderítésére. Eredményeikről a Journal of Chemical Education új cikkében számoltak be. Az eredmény: Ha valóban a lehető legtöbb habzó hatást akarja elérni, akkor végezze nagy magasságban a Diet Coke és a Mentos kísérletet.
Grobe és Voltz nem találták ki az alapvető demót. Ez már legalább az 1980-as évek óta fennáll, bár az eredetileg kreatív természettudományi tanárok egy csőtisztítóra menetes Wint-O-Green életmentőket használtak a szódáspalackokban lévő habforrások kiváltására. 1990-ben az Életmentők mérete megváltozott, és túl nagyok voltak ahhoz, hogy ne férjenek bele a palack szájába. Tehát a természettudományi tanárok átmentek a Mint Mentos cukorkára, hogy ugyanezt a hatást érjék el.
Több fizika, mint kémia
A hatást általában félreértik kémiai reakciónak, a szódabikarbóna ecettel való összekeverésével párhuzamosan, de a mögöttes mechanizmus valójában fizikai reakció: nevezetesen a buborék magképződése. Szobahőmérsékleten egy szokásos kétliteres Diet Coke palack általában körülbelül 12 gramm oldott CO2-t tartalmaz. Szabad hőmérsékleten engedje el a látszólag jelentéktelennek tűnő 12 gramm feloldott CO2-t a gázfázisba, és ez kitágul, és megtölti az eredeti szódásüveg teljes térfogatának háromszorosát, vagy körülbelül hat litert. Ez a kielégítő ziháló hang, amikor kinyit egy friss üdítős üveget, a CO2 elszökésének eredménye. Ezután buborékok kezdenek kialakulni a folyadékban, és felfelé lebegnek.
Ez általában lassan történik, így a szódája az idő múlásával egyenletessé válik, mert a szódában lévő víz felületi feszültsége elősegíti a gázt a helyén. Dobjon több Mentos cukorkát a frissen kinyitott üvegbe, és ez nagyon gyorsan megtörténik. Ez azért van, mert a cukorka felületén rengeteg apró dudor található. Az oldott CO2 diffundál azokba a buborékokba, amelyek elkerülhetetlenül létrejönnek a cukorka érdes felületén, és sokkal gyorsabban megszakítják a kötéseket a vízzel. Az eredmény egy tornyos habgejzír.
Társszerző, Thomas S. Kuntzleman 2005-ben találkozott először a kísérlettel egy általános iskolai természettudományi vásáron, azóta érdekli a mögöttes fizika és kémia. Például azt találta, hogy különféle ital-adalékanyagok, például cukrok, citromsav és természetes aromák növelhetik a szökőkút magasságát. Legutóbb úgy döntött, hogy teszteli azt a hipotézist, miszerint a szökőkút hatásának intenzitása nagyobb lesz nagyobb magasságokban, mivel azt lehetne várni, hogy a légköri nyomás jelentős szerepet játszik a buborék magképződésében.
Kuntzleman és társszerzője, Ryan Johnson ugyanabból az üzletből vásárolt üveg Diet Coke-t, és megbizonyosodott arról, hogy a palackok mindegyikének lejárati ideje azonos. Minden kísérlethez egyetlen Mentos cukorkát dobtak egy üvegbe egy hüvelykes PVC csövön keresztül, majd figyelték a reakció varázsát. Osztott palackkal/tornádócsővel mérték a folyadékból idővel elveszett tömeget. A méréseket mind egy héten belül elvégezték, és a csapat gondoskodott arról, hogy az összes palackot nagyjából azonos hőmérsékleten tartsa.
Az egyik kísérletet különböző magasságokban hajtották végre a Pikes Peak mászása során; egy másik sorozat Észak-Karolinán való áthajtás során történt; és egy harmadik kísérletet Kuntzleman családi nyaralása alatt hajtottak végre, Kaliforniában, Nevada és Utah több nemzeti parkján keresztül. Mindent elmondva, a kísérletet a tengerszint alatt (Death Valley, Kalifornia) és a több mint 14 000 láb (Pikes Peak) magasságokban végezték. A várakozásoknak megfelelően azt tapasztalták, hogy nagyobb magasságban több hab termelődik.
A magasság hatása azonban nem teljesen a jól ismert gáztörvények egyszerű alkalmazásának tudható be a szerzők szerint - nevezetesen, hogy a gázok alacsonyabb légköri nyomáson tágulnak. Elég egyszerű volt ezt Kuntzleman családi vakációján összegyűjtött adatokkal tesztelni, mert a szóda palack hőmérsékletét ebben a kísérletsorozatban gondosan szabályozták és mérték. A gáztörvények szerint a gáznyomás és térfogat szorzatának állandó hőmérsékleten állandónak kell lennie, az adatok azonban a nyomás és a térfogat szorzatának növekedését mutatták emelkedő magassággal.
"Bár nagyon valószínű, hogy a gáztörvények hozzájárulnak a megfigyelt hatáshoz, a bemutatott adatok arra utalnak, hogy nem ez az egyetlen magyarázat a fokozott habképzésre" - írták a szerzők. "Ezért valószínűleg további olyan kinetikus hatások játszódnak le, amelyek fokozzák a habosodást magasabb magasságban, például megnövekedett buborékolási gyakoriság és megnövekedett fekélyhelyek (a kisebb kritikus sugár miatt) a cukorkán."
Hasznos kiegészítője Kuntzleman tanító repertoárjának; az alapdemo olyan központi fogalmakhoz köthető, mint például a kémiai kinetika, a felszíni tudomány, a gázoldékonyság és a kémiai egyensúly. A nem fő természettudományi és általános kémiai tanfolyamokon egyetemista hallgatók új kutatássorozatot készítettek egy kis kutatáson alapuló projektként, és ugyanarra a következtetésre jutottak. "Az, hogy a népszerű Diet Coke és Mentos kísérlet jobban működik magasabb magasságokban, emlékezetes mód arra, hogy emlékeztesse a nem korosztályokat és az általános kémia hallgatóit arra a fontos gondolatra, hogy a légköri nyomás a magassággal csökken" - írták a szerzők.
Azok számára, akik kiterjedt menedékhelyi megrendelések mellett kopognak, egy lehetséges szórakoztató barkácscsoportos kísérletet is biztosít. Azonosítsa társadalmi körökben azokat a személyeket, akik különböző magasságokban élnek. Minden ember elvégezheti a Mentos és a Diet Coke bemutatót - a szabadban erősen ajánlott - bárhol is van, figyelembe véve a habzó hatás relatív magasságát, így mindenki összehasonlíthatja eredményeit. (A Scientific American hasznos utasításokkal rendelkezik, csakúgy, mint az Eepybird.)
Ha valóban ambiciózusnak érzi magát, mindenki egyszerre élőben végezheti a kísérletet a Zoom vagy hasonló konferencia eszköz segítségével. Csak óvja elektronikus berendezéseit. Ne felejtse el használni a Diet Coke-t vagy a Coke Zero-t, nemcsak azért, mert ezek adják a legnagyobb reakciót - az aszpartám csökkenti a víz felületi feszültségét -, hanem azért, mert kevésbé cukrosak és ragacsosak. Bízz bennünk, elázik.