מה קורה כשסוכריות מנטוס פוגשות קולה...

בניסוי הנוכחי נראה את התגובה המדהימה שמתרחשת כשמשקה מוגז פוגש סוכריית מנטוס.

ציוד

• משקה מוגז בבקבוק – אפשר משקה ממותק בסוכר או משקה דיאט. דיאט עדיף, כי הוא פחות דביק
• סוכריות מנטוס / אבני מלח (ראו הסבר)
• נייר בריסטול
• מספריים
• נייר דבק

מהלך הניסוי

את מהלך הניסוי אפשר לראות בסרטון הבא:

הנה גרסה נוספת של הניסוי, שצולמה בזמן סגר הקורונה:

הסבר

(ההסבר מבוסס על הכתבה מדוע שילוב של סוכריות מנטוס וקולה גורם התפרצות? ממדור "שאל את המומחה", שכתב ד"ר מאיר ברק)

ראשית, כיוון שהניסוי מאוד מפורסם ויש באינטרנט הרבה הסברים שגויים, נתחיל במה לא מתרחש בניסוי: זו לא תגובה בין חומצה (קולה) לבסיס (מנטוס) – למעשה אין שום שינוי בדרגת החומציות (pH) של הקולה לפני התגובה ואחריה. כמו כן לא מתרחשת שום תגובה בין הקפאין שבקולה לבין הסוכרייה ואותו תהליך יקרה גם במשקאות מוגזים נטולי קפאין.

מה שבאמת מתרחש בקולה בהשפעת המנטוס הוא שחרור מהיר של הפחמן הדו-חמצני, כלומר ה"גזים", מתוך הנוזל התוסס. השחרור המהיר גורם לנוזל להתפרץ לגובה מרשים שיכול להגיע עד לשבעה מטרים. בסוף התהליך אנו נשארים עם קולה רגילה ביד אבל בלי בועות, כפי שאפשר לראות בסוף הסרטון.

מה גורם לפחמן הדו-חמצני להשתחרר מהנוזל במהירות? הסיבה מורכבת משילוב של כמה גורמים שמסתכמים בשאלה עיקרית אחת – מה גורם לבועות הפחמן הדו-חמצני לגדול הכי מהר? ובשפה מקצועית נשאל מה גורם להתפתחות של "אתרי התגרענות" (Nucleation Sites) בבועות גז.

בפועל מדובר בשילוב של גורמים. הראשון הוא שפני השטח המחוספסים של סוכריות המנטוס יוצרים יחס גבוה מאוד של שטח לעומת נפח, ולכן הסוכריות מספקות מצע מעולה לגדילה מהירה של בועות פחמן דו-חמצני, החיספוס של סוכריות המנטוס הוא מיקרוסקופי - מלא סדקים קטנטנים ומכתשים קטנטנים שבהם הפמחמן הדו חמצני יכול להיפגש ולהתאחד לבועה. המשטח המחוספס מפריע למשיכה הקוטבית (פולרית) בין מולקולות המים, ולכן ההתנגדות לבועות הגז קטנה. כמו כן הסוכריות דחוסות וכבדות יחסית, ולכן שוקעות מהר בנוזל שאינו צפוף במיוחד דוגמת הקולה. כאשר מולקולות הפחמן הדו חמצני שנמצא במצב מומס בקולה צריכות להתאחד לבועת גז עליהן להתגבר על המשיכה בין מולקולות המים, לדחוף את המים כדי לפנות מקום לבועת הגז שנוצרת. ולכן כל הפרעה למשיכה בין מולקולות המים עוזרת לפחמן דו חמצני מומס להשתחרר. חשבו על בלון שצריך לנפח - שלב הניפוח הראשוני הוא הקשה ביותר, כך גם בבועות גז מומסות, כך שאם יש סדקים וחריצים על הסוכריה זה דומה לבלון שהתחילו לנפח אותו ומשלב זה הניפוח כבר קל יותר.

בדיקות הראו שאותה תגובה מתרחשת גם עם סוכריות מנטוס מסוגים נוספים, בתנאי שפני השטח של הסוכרייה לא צופו לפני כן. מהסיבה הזאת מנטוס פירות הרבה פחות יעיל להכנת מזרקות קולה ממנטוס מנטה. אגב, כשמכניסים לבקבוק קולה אבן של מלח בית רגיל (כמו אלה שאפשר לאסוף בים המלח), התגובה טובה עוד יותר ממנטוס, בגלל המבנה המחוספס מאוד של המלח.

השקיעה המהירה של הסוכריות גורמת להן לבוא במגע עם כמות גדולה יחסית של נוזל בתוך זמן קצר. בניסוי דומה, שבו השתמשו בסוכריות מנטוס מרוסקות, ששקעו לקרקעית לאט, האפקט שנצפה היה הרבה פחות מרשים.

הסוכריות מכילות גם גומי ערבי, שמוכר כחומר שמחליש את מתח הפנים של נוזלים (גודל שלמעשה מודד כמה חזק המולקולות של הנוזל נמשכות זו לזו) ותורם גם הוא לאפקט המרשים - כי ככל שמתח הפנים חלש יותר קל יותר לבועות להתנפח, בדיוק כמו שקל יותר לנפח בלון עם גומי רפוי לעומת בלון עם גומי חזק. ולסיום, בקולה דיאט יש ממתיק מלאכותי בשם אספרטיים, שמחליש גם הוא את מתח הפנים של נוזל, ולכן התגובה בקולה דיאט חזקה יותר מזו שאנו רואים בקולה רגילה. למעשה, התופעה של מזרקת קצף פשוט לא מתרחשת בסודה ללא ממתיקים. המלאכותי (אספרטיים) או קולה דביקה עם הרבה סוכר עוזר "לכלוא" את בועות הפחמן הדו-חמצני בתוך בועיות נוזל קטנות. בדיוק אותו דבר עושה גם סבון – קצף סבון הוא למעשה בועות גז קטנות שלכודות בתוך מים.

כלומר יש כאן גם אפקט של סיוע לגז המומס בקולה להפוך לבועות גז משוחררות במהירות, וגם אפקט של לכידת הבועות המשוחררות במעטה דק של נוזל שיוצרים קצף.

מעניין לציין

השילוב בין מנטוס לקולה הפך למעין "ספורט" משעשע במקומות רבים בעולם. בשיא העולמי מחזיקה קבוצה של בלגים שיצרו 1,300 התפרצויות סימולטניות של קולה ומנטוס. יש אנשים שהרכיבו מכונית שמונעת על ידי מנטוס וקולה, וגם הקהילה המדעית לא הזניחה את התופעה (תקציר של מאמר באנגלית).

מומלץ לנסות בהקשר הזה גם את הניסויים צימוקים רוקדים בסודה – שמשתמש גם הוא בתכונות של בועות גז שעולות מסודה ונוצרות על חפץ שיש בו מספיק חריצים; סביבון פלפל וסבון – שמשתמש בשינויי מתח הפנים של המים בהוספת חומרים שונים; והר געש של קצף שמייצר משהו מאוד דומה לניסוי הנוכחי – אבל שם ההקצפה נוצרת מסבון והגז נוצר מתגובה כימית בין חומצה לבסיס.