Zinātnieki aizveda Mentos un Koksu uz kalna virsotni Zinātnei

(Tommy Technetium/YouTube)

Mentos piparmētru konfekšu granulu pievienošana gāzētiem dzērieniem ir bijusi zinātniskā gadatirgū gadiem ilgi. Lai gan vairums desmit gadus vecu bērnu var pateikt, kāpēc tas izspiež putu geizeru, dažas reakcijas mikroskopiskās pazīmes nav bijis tik viegli noskaidrot.

Ķīmijas profesors Springārboras universitātē (ASV) apvienoja spēkus ar Kolorādo vidusskolas skolotāju, lai tieši izšķirošajā brīdī kartētu reakciju, atklājot jaunas sarežģītas detaļas par burbuļu izmēriem, kas rada putojošo strūklaku.

Lai to paveiktu, viņi devās nedaudz tālāk par ģimnāziju vai skolotāju autostāvvietu. Šis eksperiments viņus gandrīz burtiski aizveda uz Zemes galiem, no Nāves ielejas Kalifornijā līdz Pikes Peak virsotnei Klinšainajos kalnos.



Pateicoties tās vienkāršībai, drošībai un zemajām izmaksām (nemaz nerunājot par popularitāti agrīnajos sociālajos medijos), Mentos un Coke aktivitāte ir daudzgadīga klasē, lai demonstrētu dažādus ķīmijas un fizikas principus.

Pamatlīmenī reakcijas izskaidrojums ir diezgan vienkāršs: oglekļa dioksīds zem spiediena tiek izšķīdināts koksā. Plaisājot pudeles vāku, spiediens mainās, ļaujot daļai gāzes izkrist no šķīduma un izšķīst atmosfērā saskaņā ar vecajiem labajiem gāzes likumiem.

Vairāk šķīduma pakļaujot apkārtējam gaisam, izplūst vairāk gāzes (piemēram, ja pudeli sakrata); Mentos konfekte tikai dramatiski paātrina šo procesu.

Iepriekšējie pētījumi ir parādījuši, ka sīkās bedrītes konfekšu čaumalā nodrošina ideālus slazdus sīkiem gaisa burbuļiem, tāpēc, kad kāds no šiem baltajiem diskiem iegrimst dzērienā, tā virsma nodrošina gaisa plašumu, lai dziļi pudeles iekšpusē izšķīdušajam oglekļa dioksīdam ieplūstu un piepildītos. .

Līdz šim precīzu šo mazo kodolu burbuļu izmēru varēja noteikt, tikai pamatojoties uz konfektes teksturētā apvalka mikrogrāfiskiem attēliem.

Tas arī nav triviāls jautājums. Lai oglekļa dioksīds atstātu šķīdumu, katram burbulim ir jānodrošina pareizais virsmas laukums, lai varētu plūst daudz gāzes.

Teorētiski tiem ir jābūt lielākiem par vienu mikrometru, taču lielāki burbuļi arī aizņem vairāk vietas, samazinot kodolu veidošanās vietu skaitu un, iespējams, ietekmējot kopējo plūsmas ātrumu.

Tā kā nav vienkāršs veids, kā vizuāli tvert mirkli, tā risināšana prasa zināmu gudru galveno fizikas attiecību izmantošanu, kas nozīmē skaitļu pievienošanu mainīgajiem lielumiem, piemēram, spiedienam un skaļumam.

Spring Arbor Universitātes ķīmiķis (un pašpasludinātais Mentos un Coke fans) Tomass Kunclemans bija pamanījis, ka reakcija ir daudz dramatiskāka, ja to veic lielā augstumā.

2018. gadā Kunclemanam bija tēva dienas dāvana, ko viņš ļoti vēlējās izmantot. Viņam bija ģimenes atļauja veikt savu iecienīto eksperimentu valsts mēroga ceļojumā, lai veiktu izmēģinājumus reālajā pasaulē.

Mentos un kokss dažādos augstumos. (Kuntzleman & Johnson, Journal of Chemical Education, 2020)

'Lai to izdarītu, mēs veicām eksperimentu daudzās vietās visā ASV augstumā, kas svārstījās no zem jūras līmeņa Nāves ielejā līdz vairāk nekā 14 000 pēdām (4300 metriem) Pikes Peak virsotnē,' zinātnes emuāram sacīja Kunclemans. Neticami pētījumi .

'Mums bija absolūts sprādziens.'

Tikmēr viņš piesaistīja savu dabaszinātņu skolotāja draugu Raienu Džonsonu, lai vadītu pats savus izmēģinājumus Kolorādo kalna nogāzēs. (Jūs varat redzēt, cik jautri viņiem bija Kuntzleman's YouTube klips zemāk.)

Viņi atklāja, ka gaisa spiediens vien nevar ņemt vērā viņu novērojumus, atstājot iespēju atskaitīt smalkākus mainīgos lielumus, kas veicina putošanas darbību.

Apvienojot datus no gaisa spiediena svārstībām ar mērījumiem par masu, kas zaudēta degazējot, kā arī salīdzinot dažādas konfektes, Kuntzlemans un Džonsons drīz vien radīja diezgan labu priekšstatu par to, kāpēc Mentos ir galvenā izvēle šāda veida aktivitātēm.

Viņu vienādojumi liecina, ka šo kodolu veidošanās vietu diametrs ir no 2 līdz 7 mikrometriem, kas nodrošina diezgan labu kompromisu starp burbuļa izmēru un kodolu veidošanās vietu blīvumu visā konfekšu virsmā.

Viņu secinājums ir arī samērā tuvu piemērots bedru mikrogrāfiskie attēli konfektes čaulā, balstoties uz esošajiem modeļiem, kas izskaidro slaveno demonstrāciju.

Rezultāti, bez šaubām, ir lieliskas ziņas Mentos mārketinga komandai, kas nāk klajā ar turpmākajiem saukļiem. Taču īstie ieguvēji būs skolotāji, kuri meklē datus, ko izmantot savu topošo ķīmiķu un fiziķu apmācībā.

Mēs nevaram sagaidīt nākamās paaudzes Mentos un Coke zinātnes gadatirgus plakātus!

Šis pētījums tika publicēts Ķīmiskās izglītības žurnāls .

Populārākas Kategorijas: Vidi , Sabiedrību , Daba , Fizika , Dabu , Telpa , Tech , Cilvēkiem , Neklasificēts , Veselība ,

Par Mums

Neatkarīgu, Pārbaudītu Faktu Publicēšana Par Veselību, Telpu, Dabu, Tehnoloģijām Un Vidi.