網絡上流傳著“曼妥思糖+可樂=死亡”這樣的公式。在可樂中迅速地放入曼妥思糖,瞬間逸出大量氣體并形成泡沫,仿佛可樂沸騰了一般。為什么會這樣呢?如果我們不小心先后吃了可樂和曼妥思糖,是不是會面臨很大的危險呢?帶著疑問和興趣,我們幾個同學組成“專項課題”研究小組,在老師的指導下,開展了研究。
一、探究所需的飲料種類
我們首先采用可口可樂來重復這個實驗。實驗之前充分靜置可樂,盡量防止內部溶解氣體過早逸出。開始實驗時,迅速打開瓶蓋,立即向瓶內置入2粒普通薄荷味曼妥思糖。發現在糖置入的瞬間,氣泡立刻涌現,且逐漸增多,速度加快,約3s時,“噴泉”出現,高度約為20cm,持續約10s,此后“噴泉”逐漸消失,瓶內液體最終只剩下約1/2。但隨后的一段時間內,氣泡仍在不斷產生,仔細觀察發現主要來自曼妥思糖的表面。
接下來,我們又將可口可樂更換為同體積規格的百事可樂、雪碧、美年達、七喜檸檬水等,甚至還用啤酒做實驗,結果都產生了相仿的實驗現象。因此,本實驗凡是溶解有大量二氧化碳氣體的碳酸型飲料都能產生“沸騰”現象。
二、探究所需曼妥思糖的種類
市場銷售的曼妥思糖包括薄荷味、特強薄荷味、青檸薄荷味和葡萄味等幾種。分別取相同數量(顆粒大小相等)加入到等體積的可口可樂中進行實驗,得到的“噴泉”一樣高,持續時間也大體相當。我們同時還用了綠箭口香糖、好麗友木糖醇口香糖等實驗,發現使用綠箭口香糖時,在糖粒的表面能產生大量氣泡,但不能形成“噴泉”,好麗友木糖醇口香糖可以。因此,“沸騰可樂”與曼妥思糖的具體種類無關。
三、探究“沸騰可樂”的成因
1.探究“沸騰可樂”與曼妥思糖中的何種成分有美
前面已證明,“沸騰可樂“需要的是碳酸型飲料,其實就是過飽和的二氧化碳溶液。曼妥思糖主要含蔗糖、葡萄糖、淀粉、薄荷、阿拉伯膠等成分。網絡上不同專家對“沸騰可樂”的解釋主要涉及到以上幾種物質。為此,我們設計并完成了以下實驗:
(1)證明是否與薄荷有關
用薄荷味特強的荷氏糖、特強薄荷味曼妥思糖和普通曼妥思糖對比實驗。發現荷氏糖只能使可樂產生少量氣泡,另兩支試管內都能形成“沸騰景觀”。因此,“沸騰可樂”與薄荷無關。
(2)證明是否與蔗糖、葡萄糖、淀粉有關
向可樂中分別加入等體積蔗糖(冰糖)、葡萄糖(細晶體狀)、淀粉、曼妥思糖。發現塊狀冰糖幾乎不能產生“沸騰可樂”現象,細晶體狀葡萄糖能產生較多氣泡,但仍不夠劇烈,加淀粉、曼妥思糖的試管中現象最劇烈。事先向蔗糖、葡萄糖、淀粉中加水,然后將形成的溶液或濁液加入盛有可樂的試管,發現以上幾支試管中的現象均不劇烈。
(3)證明是否與阿拉伯膠有關
據資料。糖果產品中,阿拉伯膠的成分可能高達45%,柔軟且有黏著口感。我們對曼妥思糖加以了“解剖”,根據阿拉伯膠的物理性質特點,判斷得知它應該在糖塊的內層。于是,我們小心地將曼妥思糖的內外兩層物質分開進行對比實驗。發現曼妥思糖內層物質投入可樂產生的現象遠不如外層物質的劇烈。
(4)證明是否與酸堿性有關
曼妥思糖口感略酸,這可能是其中含有檸檬酸的緣故,該酸在溶液中可電離出H+。而CO2在水中會形成以下平衡:
猜想在可樂中加入H+,使以上平衡向左移動,從而放出大量的CO2氣體。于是向可樂中滴加稀鹽酸、稀氳氧化鈉溶液,均只能產生少量氣泡。
由以上四點看來,“沸騰可樂”應該與曼妥思糖的具體化學成分關系不大。
2,探究“沸騰可樂”的產生是不是熱量變化的結果
有專家認為,“沸騰可樂”的產生是由于反應放熱或溶解后局部放熱而造成的結果。我們設計了實驗,對盛有可樂的試管略微加熱,使底部局部過熱。結果發現不足以形成“噴泉”。
3,探究“沸騰可樂”的產生是否與曼妥思糖的表面結構有關
曼妥思糖表面疏松又粗糙,既然前面已證明了“沸騰可樂”與糖的物質組成無關,那與表面結構有關的可能性就很大了。于是我們取來等體積的、表面疏松的粉筆、碎瓷片(常常用于充當沸石),曼妥思糖對比實驗。結果發現,加碎瓷片的試管現象不夠劇烈,另兩支試管現象則非常劇烈。瓷片的破碎處多孔,但其余地方平滑、致密,所以不足以產生明顯的“沸騰”現象,而粉筆整個表面粗糙、多孔,與曼妥思糖表面更相近,所以能產生“沸騰”現象。因此,我們認為“沸騰可樂”直接與曼妥思糖的表面結構有關。
結合各種資料分析,得出“沸騰可樂”的成因:曼妥思糖的粗糙、疏松、多孔結構破壞了液體的表面張力和氣體的溶解平衡,使得原溶有的過飽和二氧化碳氣體瞬間大量逸出,形成了泡沫狀的液柱。
此時,我們又想到了食品包裝袋中常見的干燥劑——硅膠,它表面多孔、具有吸附性的特點。于是我們再取來硅膠干燥劑做實驗,以驗證結論。結果發現可樂中確實產生大量氣泡,但劇烈程度尚不及曼妥思糖和粉筆。通過對硅膠干燥劑與曼妥思糖和粉筆的表面仔細觀察對比,可以發現硅膠干燥劑的表面粗糙程度并不及后二者,且后二者吸附水的能力較硅膠強,能夠使得原溶解在被吸附水中的氣體瞬間析出。
感悟
通過這次專題研究,我們不僅感受到了親自解開“沸騰可樂”之謎的成就感,還懂得了關注生活,熱愛科學與探究的意義!我們提醒大家,盡量不要將可樂與曼妥思同時食用,會給身體帶來不適。將學習與生活緊密聯系,我們才能享受科學帶來的快樂!