Новые условия продемонстрировали зависимость реакции от размеров микропор в конфетках, сделав её яснее на микроскопическом уровне.
Добавление мятных конфет Mentos в бутылку Coca-Cola, вызывающее бурную реакцию и фонтан пены, — уже традиционное развлечение, применяемое педагогами и популяризаторами науки во всем мире для пробуждения у детей интереса к физике и химии. Однако некоторые микропроцессы, происходящие при этом, до сих пор изучены недостаточно. опубликованной в издании Journal of Chemical EducationВ ходе исследования выяснили, каким образом давление и размер микропор в конфете повлияли на известный трюк. Эксперименты команда провела в таких запоминающихся местах США, как Долина Смерти и вершина Пайкс-Пик в Скалистых горах, зафиксировав часть результатов на видео.
Растворённый в жидкости при давлении углекислый газ выделяется после разгерметизации бутылки. Изменение давления приводит к уменьшению концентрации газа в жидкости, и часть его попадает в воздух.
Чем активнее раствор взаимодействует с окружающим воздухом, тем интенсивнее выделяется газ, например, при встряхивании бутылки. Mentos ускоряют этот процесс. Предыдущие исследования показали, что пористая структура конфет создает «ловушки», захватывающие крошечные пузырьки воздуха. Когда такая «таблетка» попадает в напиток, ее поверхность обеспечивает отличный контакт с воздухом для растворенного углекислого газа глубоко внутри бутылки. Образовавшийся газ сразу же выходит наружу.
Точный размер этих крошечных пузырьков ранее определялся лишь по микрофотографиям текстурированной оболочки конфеты. Однако с точки зрения воздействия на реакцию это важно: для выхода углекислого газа из раствора каждый пузырек должен обеспечить достаточную площадь поверхности для потока газа. Теоретически он должен быть больше одного микрометра в поперечнике, но более крупные пузырьки занимают больше места, уменьшая количество областей, где начинается реакция, что может потенциально влиять на её протекание.
Невозможно зафиксировать выброс газа на таком малом масштабе в стандартных условиях. Для этого учёные разработали оригинальное решение, вовлекая важные связи между реакцией, такие как давление и объём.
Профессор химии Томас Кунцлеман из Университета Спринг-Арбор обнаружил, что реакция протекает ярче на больших высотах. Связавшись с коллегой из Колорадо Райаном Джонсоном, он решил проверить это. Вместе они провели серию экспериментов и получили удовольствие от работы. видетьВ видеоблоге Кунцлемана «Невероятные исследования» демонстрируются эксперименты в самых разных условиях: от Долины Смерти, где поверхность земли находится ниже уровня моря, до вершины в Скалистых горах на высоте 4300 метров.
Установив, что давление воздуха не может объяснить полученные наблюдения, исследователи открыли возможность выявления более точных факторов, влияющих на пенообразование. Объединив данные о колебаниях давления воздуха с измерениями массы, потерянной при дегазации, а также сравнивая разные конфеты, Кунцлеман и Джонсон поняли, почему Mentos подходит для этого лучше всего.
Предполагается, что эти центры высвобождения газа имеют диаметр от двух до семи микрон, обеспечивая баланс и компромисс между размером пузырьков и необходимым количеством центров на поверхности конфеты. Заключение согласуется с существующими моделями, объясняющими реакцию, а также с микрофотографиями пор, основанными на этих моделях.
Данные позволят педагогам и популяризаторам науки, работающим с детьми, глубже постичь механизмы процесса и тем самым эффективнее его изложить зрителям, открыв им мир как более сложным, так и понятным. Новые поколения будут привлечены к разгадыванию тайн физики и химии.