Diet Cola och Mentos utbrott
En Diet Coke och Mentos utbrott (även känd som en soda gejser ) är en reaktion mellan den kolsyrade drycken Diet Coke och Mentos mints som gör att drycken kastas ut ur sin behållare. Godisarna katalyserar utsläppet av gas från drycken (detta fungerar på alla drycker som är kolsyrade), vilket skapar ett utbrott som driver det mesta av vätskan upp och ut ur flaskan. Lee Marek och "Mareks Kid Scientists" var de första som offentligt demonstrerade experimentet på Late Show med David Letterman 1999. Steve Spanglers TV-demonstration av utbrottet 2005 blev populär på YouTube och lanserade en kedja av flera andra Diet Coke och Mentos experimenterar virala videor. Experiment utförda på höjder som sträcker sig från under havsytan i Death Valley till toppen av Pikes Peak har visat att reaktionen fungerar bättre på högre höjder.
Historia
På 1910-talet användes Wint-O-Green Life Savers för att skapa sodagejsrar. Godisrören träddes på en piprensare och släpptes i läsken för att skapa en gejser . I slutet av 1990-talet ökade tillverkaren av Wintergreen Lifesavers storleken på myntorna, och de fick inte längre plats i munnen på läskflaskor. Naturvetenskapslärare fann att Mentos godis hade samma effekt när de släpptes i en flaska med kolsyrad läsk.
Lee Marek och "Mareks Kid Scientists" utförde Diet Coke och Mentos-experimentet på Late Show med David Letterman 1999. I mars 2002 gjorde Steve Spangler , en vetenskapsutbildare, demonstrationen på KUSA-TV, en NBC-filial, i Denver , Colorado . Diet Coke och Mentos gejserexperiment blev en internetsensation i september 2005. Experimentet blev föremål för tv-programmet MythBusters 2006. Spangler undertecknade ett licensavtal med Perfetti Van Melle, tillverkaren av Mentos, efter att ha uppfunnit en apparat som syftar till att göra det är lättare att tappa Mentos i flaskan och producera en stor läskgejser. Amazing Toys, Spanglers leksaksföretag, släppte Geyser Tube-leksakerna i februari 2007. I oktober 2010 sattes ett Guinness världsrekord på 2 865 samtidiga gejsrar vid ett evenemang som organiserades av Perfetti Van Melle på SM Mall of Asia Complex, i Manila , Filippinerna . Detta rekord slogs efteråt i november 2014 av ett annat evenemang organiserat av Perfetti Van Melle och Chupa Chups i León, Guanajuato , Mexiko, där 4 334 Mentos och läskfontäner sattes igång samtidigt.
Orsak
Utbrottet orsakas av en fysisk reaktion , snarare än någon kemisk reaktion . Tillsatsen av Mentos leder till snabb kärnbildning av koldioxidgasbubblor , avgasar lösningen:
Omvandlingen av löst koldioxid till gasformig koldioxid bildar snabbt expanderande gasbubblor i läsken, som trycker ut dryckens innehåll ur behållaren. Experimentella mätningar tyder på att så många som 14 miljoner bubblor produceras per liter läsk i detta experiment.
Gaser är i allmänhet mer lösliga i vätskor vid förhöjda tryck. Kolsyrad läsk innehåller förhöjda nivåer av koldioxid under tryck. Lösningen blir övermättad med koldioxid när flaskan öppnas och trycket släpps. Under dessa förhållanden börjar koldioxid avgasa från lösningen och bilda gasbubblor.
Aktiveringsenergin för bubbelkärnbildning (bildning av bubblor) beror på var bubblan bildas . Det är mycket högt för bubblor som bildas i själva vätskan (homogen kärnbildning), och mycket lägre om bubbeltillväxt sker inom små bubblor fångade i någon annan yta ( heterogen kärnbildning ). Bubbelkärnbildning och tillväxt i kolsyrade drycker sker nästan alltid genom heterogen kärnbildning: diffusion av koldioxid till redan existerande bubblor i drycken. När löst gas diffunderar in i bubblor som redan finns i en vätska kallas det typ IV-bubbelkärnbildning. När trycket släpps från en läskflaska när den öppnas, kan löst koldioxid fly in i vilken liten bubbla som helst i drycken. Dessa färdiga bubblor (som är kärnbildningsplatser) finns i saker som små fibrer eller icke-vätbara sprickor på flaskans sidor. Eftersom det vanligtvis finns väldigt få sådana redan existerande bubblor är avgasningsprocessen långsam. Mentos-godis innehåller miljontals håligheter, ungefär 1-3 μm stora, som förblir obevätta när de tillsätts till en läsk. På grund av detta ger tillsatsen av Mentos-godis till en kolsyrad dryck ett enormt antal redan existerande bubblor i vilka löst koldioxid kan strömma ut. Att tillsätta Mentos-godis till en kolsyrad dryck introducerar således miljontals kärnbildningsställen i drycken, vilket möjliggör avgasning som är tillräckligt snabb för att stödja en stråle av skum ur en flaska. Medan ett Mentos-godis innehåller miljontals håligheter, är det troligt att endast cirka 100 000 hålrum aktivt bildar bubblor på varje enskilt Mentos-godis som placeras i en kolsyrad dryck.
Redan existerande bubblor ger ett sätt för reaktionen att ske utan att det krävs att bubblor bildas i själva vätskan (homogen kärnbildning). Eftersom typ IV kärnbildningsställen (såsom finns på Mentos) tillåter reaktionen att fortgå med avsevärt lägre aktiveringsenergi, kan Mentos-godisar lämpligen betraktas som en katalysator för processen. Som ett annat exempel, att droppa korn av salt eller sand i lösningen ger typ IV kärnbildningsställen, sänker aktiveringsenergin jämfört med den för homogen kärnbildning och ökar hastigheten för koldioxidavgasning.
Den fysiska reaktionen som driver utbrottet orsakar också en kemisk reaktion som höjer läskens pH något . Detta beror på att när koldioxid löses i vatten bildas kolsyra :
Förlust av koldioxid flyttar ovanstående jämvikt åt vänster, tar bort kolsyra och ökar pH. Det är den fysiska reaktionen (koldioxid som lämnar lösningen) och inte förlusten av kolsyra som orsakar utbrottet.
De fysiska egenskaperna hos Mentos (ytråhet) har effekten att drastiskt minskar aktiveringsenergin för koldioxidbubblor så att kärnbildningshastigheten blir extremt hög. Aktiveringsenergin för frisättning av koldioxid från Diet Coke genom tillsats av Mentos är 25 kJ mol −1 . Skumningen underlättas av närvaron av livsmedelstillsatser som kaliumbensoat , aspartam , sockerarter och smakämnen i Diet Coke, som alla påverkar i vilken grad vatten kan skumma. Det har hävdats att gelatin och gummi arabicum i Mentos-godiset förbättrar fontänen, men experiment har visat att dessa godistillsatser inte påverkar fontänen.
Kärnbildningsreaktionen kan börja med vilken heterogen yta som helst, som stensalt, men Mentos har visat sig fungera bättre än de flesta. Tonya Coffey, en fysiker vid Appalachian State University , föreslog att aspartam i dietdrycker sänker ytspänningen i vattnet och orsakar en större reaktion, men att koffein inte påskyndar processen. Det har också visat sig att en mängd olika dryckstillsatser som sockerarter, citronsyra och naturliga smaker också kan förbättra fontänens höjder. I vissa fall ökar lösta fasta ämnen som ökar ytspänningen hos vatten (som sockerarter) också fontänhöjderna. Det har också visat sig att tillsats av vissa koncentrationer av alkohol (som sänker ytspänningen) till kolsyrade drycker minskar fontänhöjderna. Dessa resultat tyder på att tillsatser tjänar till att förhöja gejserhöjder inte genom att minska ytspänningen, utan snarare genom att minska bubblornas koalescens. Minskad bubbla koalescens leder till mindre bubbelstorlekar och större skumningsförmåga i vattnet. Således kommer gejserreaktionen fortfarande att fungera även om man använder sockrade drycker, men kosten används vanligtvis både för en större gejsers skull och för att undvika att behöva rensa upp de klibbigare rester som lämnas av en sockrad läsk.
Ytterligare förklaringar till varför dietläsk överträffar vanliga läsk i detta experiment har föreslagits. Till exempel har det föreslagits att den högre viskositeten hos vanlig läsk jämfört med dietläsk skulle kunna hämma bildandet av fontänen i vanliga läsk, vilket leder till kortare fontäner. Det har också föreslagits att de mer stabila skum som observeras i dietläsk jämfört med vanliga sodavatten kan bidra till de högre gejsrar som observeras i dietläsk.
Alternativ
Även om Diet Coke och Mentos är det vanligaste sättet att göra en läskgejser, är de inte de enda alternativen. Många anser att dietcola är det optimala alternativet, och det har studerats och bekräftats ha den starkaste effekten. Men alla kolsyrade drycker fungerar. När det gäller Mentos, fungerar många saker för att kärna ut kolsyrade drycker som andra godisar, metall- och keramiska sfärer och till och med sand.