ソーダガイザー
2リットル（0.44英ガロン、0.53米ガロン）のダイエットコークのボトルにメントスを入れると、ソーダ噴水ができた。

ソーダガイザーは、炭酸飲料（通常は ダイエットコーク）とメントスミントの間で起こる物理的反応で、飲料が容器から噴出します。キャンディーが飲料からのガス放出を触媒し、噴出を引き起こして液体の大部分をボトルから押し上げます。[ 1 ] [ 2 ]リー・マレクと「マレクの子供科学者」は、 1999年にデイビッド・レターマンのレイトショーでこの実験を初めて公開しました。[ 3 ]スティーブ・スパングラーが2005年にテレビで放映した噴出のデモンストレーションはYouTubeで人気となり、[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]ダイエットコークとメントスの実験に関する他のいくつかのバイラルビデオの連鎖を引き起こしました。[ 7 ] [ 8 ]デスバレーの海面下からパイクスピークの山頂までの高度で行われた実験では、反応は標高が高いほどよく働くことが実証されました。[ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]

歴史

1910年代、ウィンターグリーン・ライフセーバーはソーダ間欠泉を作るのに使われていました。キャンディーのチューブをパイプクリーナーに通し、ソフトドリンクに落とすことで間欠泉を作り出しました。 1990年代末、ウィンターグリーン・ライフセーバーの製造業者はミントのサイズを大きくしたため、ソーダのボトルの口に入らなくなりました。理科の教師たちは、メントス・キャンディーをどんな炭酸飲料のボトルに落としても同じ効果があることを発見しました。[ 1 ]

リー・マレックと「マレックの子供科学者」は、1999年にデイビッド・レターマンのレイト・ショーでダイエットコークとメントスの実験を行った。[ 3 ] [ 12 ] [ 13 ] 2002年3月、科学教育者のスティーブ・スパングラーは、コロラド州デンバーでNBC系列のKUSA-TVで実演した。[ 14 ]ダイエットコークとメントスの間欠泉実験は、2005年9月にインターネットで話題になった。この実験は、2006年にテレビ番組「MythBusters」の題材になった。 [ 13 ] [ 15 ]スパングラーは、メントスを瓶に落とし、大きなソーダ間欠泉を作ることを容易にする装置を発明した後、メントスの製造元であるペルフェッティ・ヴァン・メレとライセンス契約を結んだ。[ 16 ]スパングラーの玩具会社アメイジング・トイズは、2007年2月にガイザーチューブの玩具を発売した。[ 17 ] 2010年10月、フィリピンのマニラにあるSMモール・オブ・アジア・コンプレックスでペルフェッティ・ヴァン・メレが主催したイベントで、2,865個の間欠泉が同時に噴出するというギネス世界記録が樹立された。[ 18 ]この記録はその後、2014年11月にペルフェッティ・ヴァン・メレとチュッパチャップスがメキシコのグアナファト州レオンで主催した別のイベントで破られ、4,334個のメントスとソーダファウンテンが同時に噴出した。[ 19 ]

化学

メントスキャンディーの表面のSEM画像

この噴出は化学反応ではなく、物理的な反応によって引き起こされます。メントスを加えると、二酸化炭素の泡が急速に核形成し、溶液からガスが抜けます。[ 2 ] [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ]

CO 2 (水溶液) → CO 2 (ガス)

溶解した二酸化炭素が気体二酸化炭素に変化すると、ソーダ中に急速に膨張する気泡が形成され、飲料の内容物が容器から押し出されます。実験測定によると、この実験ではソーダ1リットルあたり最大1400万個の気泡が生成されることが示唆されています。[ 20 ]

炭酸飲料には、加圧された状態で高濃度の二酸化炭素が含まれています。ボトルを開けて圧力を解放すると、炭酸飲料は二酸化炭素で過飽和状態になります。この状態では、炭酸ガスが溶液から脱気し始め、気泡が発生します。

気泡の核形成（泡の形成）の活性化エネルギーは、泡が形成される場所によって異なります。液体自体に泡が形成される場合（均一核形成）は非常に高く、他の表面に閉じ込められた小さな泡内で泡の成長が起こる場合（不均一核形成）ははるかに低くなります。炭酸飲料における気泡の核形成と成長は、ほとんどの場合、不均一核形成、つまり飲料内の既存の泡への二酸化炭素の拡散によって発生します。[ 2 ] [ 10 ] [ 24 ] [ 25 ]溶解したガスが液体内にすでに存在する泡に拡散する場合、タイプIVの気泡核形成と呼ばれます。[ 10 ]ソーダボトルを開けて圧力が解放されると、溶解した二酸化炭素は飲料内のどの小さな泡にも逃げることができます。これらのすぐにできた泡（核形成場所）は、ボトル側面の小さな繊維や濡れにくい隙間などに存在します。[ 10 ] [ 24 ] [ 25 ]このような既存の泡は通常非常に少ないため、脱気プロセスは遅くなります。メントスキャンディーには、およそ1～3μmの大きさの空洞が何百万個も含まれており[ 26 ] [ 10 ]、ソーダ飲料に加えても濡れません。そのため、メントスキャンディーを炭酸飲料に加えると、溶解した二酸化炭素が逃げ出せる膨大な数の既存の泡が生まれます。このように、メントスキャンディーを炭酸飲料に加えると、飲料中に何百万もの核生成サイトが導入され、ボトルから泡が噴出するのに十分な速さで脱気が可能になります。メントスキャンディーには数百万個の空洞が含まれていますが、炭酸飲料に入れられたメントスキャンディー1個あたりで活発に泡の核を形成する空洞は約10万個程度と考えられます。[ 20 ] [ 26 ]

既存の気泡は、液体自体に気泡が形成されることなく反応を起こすための手段を提供します（均一核形成）。タイプIV核形成部位（メントスに見られるものなど）は、反応を著しく低い活性化エネルギーで進行させるため、メントスキャンディーは適切にこのプロセスの触媒とみなすことができます。[ 10 ]別の例として、溶液に塩や砂粒を落とすと、タイプIV核形成部位が形成され、均一核形成に比べて活性化エネルギーが低下し、二酸化炭素の脱ガス速度が向上します。

メントスの物理的特性（表面粗さ）は、二酸化炭素の泡形成の活性化エネルギーを大幅に低下させる効果があり、その結果、核形成率が非常に高くなります。ダイエットコークにメントスを加えると二酸化炭素が放出される活性化エネルギーは 25 kJ/mol です。 [ 23 ]ダイエットコークには安息香酸カリウム、アスパルテーム、砂糖、クエン酸、香料などの食品添加物が含まれており、泡立ちが促進されます。[ 21 ]これらの添加物はすべて、水の泡立ちの程度に影響します。[ 21 ] [ 13 ] [ 15 ] [ 18 ]メントスキャンディーに含まれるゼラチンとアラビアゴムが泡立ちを良くすると言われていますが、 [ 13 ] [ 15 ] [ 27 ]実験では、これらのキャンディー添加物は泡立ちに影響を与えないことが示されています。[ 2 ]

核形成反応は岩塩などの不均質な表面から始まる可能性がありますが、メントスがほとんどのものよりも効果が高いことがわかっています。[ 1 ] [ 15 ] [ 18 ]アパラチア州立大学の物理学者である Tonya Coffey は、ダイエット飲料に含まれるアスパルテームが水中の表面張力を低下させてより大きな反応を引き起こすが、カフェインがこの過程を加速させないと示唆しました。しかし、実験では、水の表面張力を高める溶解固形物（砂糖など）も噴水の高さを高めることが示されています。 [ 21 ]さらに、炭酸飲料に一定濃度のアルコール（表面張力を下げる）を加えると、噴水の高さが低くなることが実証されています。[ 26 ]これらの結果は、添加剤が表面張力を下げることによってではなく、他のメカニズムによって間欠泉の高さを高める役割を果たしていることを示唆しています。 1つの可能性は、添加剤が気泡の合体を減らし、水中での気泡のサイズが小さくなり、発泡性が高くなることです。[ 28 ] [ 29 ]このように、間欠泉反応は砂糖入りの飲み物を使っても起こりますが、ダイエット飲料は、より大きな間欠泉を発生させるためと、砂糖入りのソーダが残す粘着性の残留物を掃除しなくて済むためによく使われます。[ 22 ] [ 30 ]

この実験においてダイエットソーダが通常のソーダよりも優れた結果を示した理由については、追加の説明が提案されている。例えば、通常のソーダはダイエットソーダよりも粘度が高いため、通常のソーダでは噴水の形成が阻害され、噴水の長さが短くなる可能性があると示唆されている。[ 21 ] [ 31 ]また、ダイエットソーダでは通常のソーダよりも泡が安定していることが、ダイエットソーダで観察された間欠泉の高さの増加に寄与している可能性も示唆されている。[ 20 ]

  • 左から右へ：メントスキャンディー5個（1本あたり）とペリエ、クラシックコーク、スプライト、ダイエットコーク
    左から右へ: メントス キャンディー 5 個 (ボトル 1 本あたり) 、ペリエ、クラシックコーク、スプライト、ダイエット コーク
  • ソーダガイザー
  • ダイエットコークとメントスの噴火

代替案

ダイエットコークとメントスはソーダガイザーを作る最も一般的な方法ですが、唯一の選択肢ではありません。多くの人はダイエットコークが最適な選択肢だと考えています。ダイエットコークは研究され、最も強い効果があると示唆されていますが、[ 31 ]少なくとも1つの他の研究では、すべてのダイエットソーダは実験誤差の範囲内で基本的に同様に機能することが示されています。[ 21 ]しかし、炭酸飲料であればどれでも効果があります。[ 32 ] メントスに関しては、他のキャンディー、金属やセラミックの球体、[ 33 ]砂など、炭酸飲料の核を形成するものはたくさんあります。[ 34 ] [ 35 ]

参照

ウィキメディア・コモンズには、ダイエットコークとメントスの噴火に関連するメディアがあります。

参考文献

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