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:

 

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 גרעיני גדילה (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.

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.

7 תגובות

  • אליה יורוביץ

    סודה

    סודה
    אם אני אשנה את החום שלה הסודה / קולה זה ישנה את התפרצות, ואם כן אז יותר / פחות

  • ליאת כנעני

    יפה!

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

    :-)

    :-)

  • אנונימי

    הערות והארות

    חלק מההסברים יפה ונכון וחלק שגוי לדוגמה: "הממתיק הטבעי (סוכר) או המלאכותי (אספרטיים) עוזר "לכלוא" את בועות הפחמן הדו-חמצני בנוזל, בכך שהוא מחליש את מתח הפנים של המים" אספרטיים אכן מחליש את מתח הפנים של מים ואולם סוכר (סוכרוז) מעלה את מתח הפנים של המיםץ ראה:
    The surface tension of sucrose solutions at low concentrations (i.e. up to 5 wt.%) is near that of water, but as the concentration increases the surface tension increases even above the surface tension of water.
    https://acs.confex.com/acs/csss06/techprogram/P30854.HTM.
    נראה לי שהורדת מתח הפנים של המים אמורה לסייע בהתפתחות של בועת הגז בשני אופנים: א. הורדת מתח הפנים כתוצאה מקישור חלש יותר (קשרי מימן או קשרים קוטביים) עשוי לאפשר מעבר מהיר יותר של פחמן דו חמצני אל תוך בלון הגז. ב. מתח פנים חלש יותר הוא כמו בלון חלש יותר שקל יותר לנפחו.
    לא ברור לי היחס בין שני ההסברים הבאים: "המשטח המחוספס מפריע למשיכה הקוטבית (פולרית) בין מולקולות המים, ולכן ההתנגדות לבועות הגז קטנה." לעומת "(אספרטיים) עוזר "לכלוא" את בועות הפחמן הדו-חמצני בנוזל, בכך שהוא מחליש את מתח הפנים של המים ומונע יצירת גרעיני גדילה של גז. " האם הורדת מתח הפנים מקטינה את הההתנגדות לבועות גז (כלומר עוזרת להיווצרותן) או ש "הוא מחליש את מתח הפנים של המים ומונע יצירת גרעיני גדילה של גז. " (שמשמעותו להבנתי מפריע להיווצרותן). אודה לתגובתך.

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

    שינויים והבהרות

    ראשית – אודה שוב - שאת ההסבר לקחתי מכתבה אחרת (שאלה על התופעה במדור שאל את המומחה) באתר בשלמותו, כפי שכתבתי בקישור שבתחילת הכתבה, ולכן לא התעמקתי בו (לקחתי אותו as is, כאשר אני לא המחבר שלו).
    אמין עלי הקישור למחקר ששלחת, שגם מצטט מחקרים אחרים בנושא מתח הפנים בהשפעה של סוכר, ולכן אמחוק את המשפט '...בכך שהוא מחליש את מתח הפנים של המים'.
    לגבי החצי השני של תגובתך: יש כאן שני דברים שונים שההסבר מתייחס אליהם – אחד, גז פחמן-דו-חמצני מומס במים, שכדי שיעבור ממצב מומס למצב של בועת גז, על הרבה מולקולות מומסות להתאחד, להרחיק את מולקולות המים הצידה, ומכאן ברור שככל שמתח הפנים (שהוא מדד לעוצמת הקשר בין מולקולות הנוזל) קטן יותר, יהיה למולקולות הפחמן הדו-חמצני המומס קל יותר להרחיק את המים ולהתאחד לבועת גז, ולנפחה (בדיוק כמו שכתבת על בלון חלש).
    דבר שני זו תופעת ההקצפה / קצף שזה לכידה של גז (אחר שכבר השתחרר ממצבו המומס, גז חופשי) בתוך בועיות נוזל.
    עכשיו אפשר להבין את היחס בין שני המשפטים שציטטת, ולכאורה סותרים: המשטח המחוספס עוזר ליצירת הבועיות, כלומר למעבר של גז ממצב מומס למצב גז חופשי, מתח פנים נמוך עוזר לתופעת הקצף, כלומר לבועיות גז להישאר לכודות בתוך קרום דק של מים.
    הוספתי שינויים בטקסט, הוספתי את דימוי הבלון, אני מקווה שעכשיו יותר טוב (ברור ומדוייק).
    תודה
    ד"ר אבי סאייג
    מכון דוידסון לחינוך מדעי
    מכון ויצמן למדע

  • אנונימי

    מושלם

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

    :-)

    :-)