소다 게이저

소다 게이저(Soda geyser)는 탄산 음료, 주로 다이어트 코크와 멘토스 민트 사이의 물리적 반응으로, 음료가 용기 밖으로 분출되는 현상이다. 멘토스는 음료에서 가스가 방출되는 것을 촉매하여 대부분의 액체를 병 밖으로 밀어내는 분출을 일으킨다. 리 마렉과 "마렉의 꼬마 과학자들"은 1999년 레이트 쇼 위드 데이비드 레터먼에서 이 실험을 대중에게 처음으로 시연했다. 스티브 스팽글러가 2005년 TV에서 분출을 시연한 것이 유튜브에서 인기를 얻으면서, 다른 여러 다이어트 코크와 멘토스 실험 바이럴 영상이 이어졌다. 데스 밸리의 해수면 아래부터 파이크스 피크 정상까지 다양한 고도에서 수행된 실험에 따르면, 반응은 고도가 높을수록 더 잘 작동한다.

 역사 

1910년대에는 윈트-오-그린 라이프 세이버스가 소다 게이저를 만드는 데 사용되었다. 사탕 튜브를 파이프 클리너에 꿰어 청량음료에 떨어뜨려 간헐천(게이저)을 만들었다. 1990년대 말, 윈터그린 라이프세이버스 제조업체는 민트의 크기를 늘렸고, 더 이상 소다 병 입구에 맞지 않게 되었다. 과학 교사들은 멘토스 사탕을 탄산음료 병에 떨어뜨렸을 때 동일한 효과가 있음을 발견했다.

리 마렉과 "마렉의 꼬마 과학자들"은 1999년 레이트 쇼 위드 데이비드 레터먼에서 다이어트 코크와 멘토스 실험을 수행했다. 2002년 3월, 과학 교육자 스티브 스팽글러는 콜로라도 덴버의 NBC 계열 KUSA-TV에서 이 시연을 했다. 다이어트 코크와 멘토스 게이저 실험은 2005년 9월 인터넷에서 큰 화제가 되었다. 이 실험은 2006년 TV 프로그램 호기심 해결사의 주제가 되었다. 스팽글러는 멘토스를 병에 쉽게 떨어뜨려 큰 소다 게이저를 만들 수 있는 장치를 발명한 후, 멘토스 제조사인 페르페티 반 멜레와 라이선스 계약을 체결했다. 스팽글러의 장난감 회사인 어메이징 토이즈는 2007년 2월 게이저 튜브 장난감을 출시했다. 2010년 10월, 필리핀 마닐라의 SM 몰 오브 아시아 단지에서 페르페티 반 멜레가 주최한 행사에서 2,865개의 동시 분출로 기네스 세계 기록이 세워졌다. 이 기록은 2014년 11월 레온, 과나후아토에서 페르페티 반 멜레와 츄파춥스가 주최한 또 다른 행사에서 4,334개의 멘토스와 소다 분수대가 동시에 터지면서 깨졌다.

 화학 

분출은 화학 반응이 아닌 물리적 반응에 의해 발생한다. 멘토스를 첨가하면 이산화 탄소 가스 거품이 빠르게 핵 생성되어 용액이 탈기된다.New Demonstrations and New Insights on the Mechanism of the Candy-Cola Soda Geyser Thomas S. Kuntzleman, Laura S. Davenport, Victoria I. Cothran, Jacob T. Kuntzleman, and Dean J. Campbell Journal of Chemical Education. 94(5), 569-576. 

용해된 이산화 탄소가 기체 이산화 탄소로 변환되면서 소다 내에 빠르게 팽창하는 가스 거품이 형성되어 음료 내용물을 용기 밖으로 밀어낸다. 실험 측정에 따르면 이 실험에서 소다 1리터당 최대 1,400만 개의 거품이 생성된다.

탄산음료에는 압력을 받은 높은 수준의 이산화 탄소가 포함되어 있다. 병을 열고 압력이 해제되면 용액은 이산화 탄소로 과포화된다. 이러한 조건에서 이산화 탄소는 용액에서 탈기되어 가스 거품을 형성하기 시작한다.

거품 핵 생성 (거품 형성)을 위한 활성화 에너지는 거품이 형성되는 위치에 따라 달라진다. 액체 자체에서 형성되는 거품(균일 핵 생성)의 경우 매우 높고, 다른 표면에 갇힌 작은 거품 내에서 거품이 성장하는 경우(불균일 핵 생성) 훨씬 낮다. 탄산음료의 거품 핵 생성 및 성장은 거의 항상 불균일 핵 생성에 의해 발생한다. 즉, 음료 내에 미리 존재하는 거품으로 이산화 탄소가 확산되는 것이다. 용해된 가스가 액체 내에 이미 존재하는 거품으로 확산될 때 이를 Type IV 거품 핵 생성이라고 한다. 소다 병을 열 때 압력이 해제되면 용해된 이산화 탄소가 음료 내에 위치한 작은 거품으로 빠져나갈 수 있다. 이러한 미리 만들어진 거품(핵 생성 부위)은 작은 섬유나 병 측면의 비습윤성 틈새와 같은 곳에 존재한다. 일반적으로 이러한 미리 존재하는 거품이 매우 적기 때문에 탈기 과정은 느리다. 멘토스 캔디는 약 1-3 μm 크기의 수백만 개의 공동을 포함하고 있어, 소다에 첨가되었을 때 젖지 않는다. 이 때문에 멘토스 캔디를 탄산음료에 첨가하면 용해된 이산화 탄소가 빠져나갈 수 있는 엄청난 수의 미리 존재하는 거품이 제공된다. 따라서 탄산음료에 멘토스 캔디를 첨가하면 음료에 수백만 개의 핵 생성 부위가 도입되어 병에서 거품이 분출될 정도로 빠른 탈기가 가능하다. 멘토스 캔디는 수백만 개의 공동을 포함하고 있지만, 탄산음료에 넣은 단일 멘토스 캔디에서는 약 100,000개의 공동만이 활발하게 거품을 핵 생성하는 것으로 보인다.

미리 존재하는 거품은 액체 자체 내에서 거품이 형성될 필요 없이(균일 핵 생성) 반응이 일어날 수 있는 방법을 제공한다. Type IV 핵 생성 부위(멘토스에서 발견되는 것과 같은)는 반응이 훨씬 낮은 활성화 에너지로 진행되도록 하기 때문에, 멘토스 캔디는 이 과정의 촉매로 적절하게 간주될 수 있다. 또 다른 예로, 용액에 소금 알갱이나 모래를 떨어뜨리면 Type IV 핵 생성 부위가 제공되어 균일 핵 생성에 비해 활성화 에너지가 낮아지고 이산화 탄소 탈기 속도가 증가한다.

멘토스의 물리적 특성(표면 거칠기)은 이산화 탄소 거품 형성의 활성화 에너지를 급격히 감소시켜 핵 생성 속도가 매우 높아지게 한다. 멘토스 첨가를 통한 다이어트 코크에서 이산화 탄소 방출의 활성화 에너지는 25 kJ mol-1이다. 거품 생성은 다이어트 코크에 포함된 벤조산 칼륨, 아스파탐, 설탕, 구연산, 향료와 같은 식품 첨가물의 존재에 의해 촉진되며, 이 모든 것이 물이 거품을 낼 수 있는 정도에 영향을 미친다. 멘토스 캔디의 젤라틴과 아라비아검이 분수를 향상시킨다고 주장되었지만, 실험 결과 이러한 캔디 첨가물은 분수에 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다.

핵 생성 반응은 암염과 같은 모든 불균일 표면에서 시작될 수 있지만, 멘토스가 대부분의 다른 것보다 더 잘 작동하는 것으로 밝혀졌다. 애팔래치아 주립 대학교 물리학자 토냐 코피는 다이어트 음료의 아스파탐이 물의 표면장력을 낮춰 더 큰 반응을 일으키지만, 카페인은 과정을 가속화하지 않는다고 제안했다. 그러나 실험 결과 물의 표면장력을 높이는 일부 용존 고형물(예: 설탕)도 분수 높이를 증가시키는 것으로 나타났다. 또한, 특정 농도의 알코올(표면장력을 낮추는)을 탄산음료에 첨가하면 분수 높이가 감소하는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 첨가물이 표면장력을 감소시켜 게이저 높이를 높이는 것이 아니라 다른 메커니즘에 의해 작용한다는 것을 시사한다. 한 가지 가능성은 첨가물이 거품 합착을 감소시켜 더 작은 거품 크기와 물의 거품 형성 능력을 향상시킨다는 것이다. 따라서 설탕이 든 음료를 사용해도 게이저 반응은 여전히 작동하지만, 더 큰 게이저와 설탕이 든 소다가 남기는 끈적한 잔여물을 청소할 필요가 없다는 이유로 다이어트 소다가 일반적으로 사용된다.

이 실험에서 다이어트 소다가 일반 소다보다 더 좋은 성능을 보이는 이유에 대한 추가적인 설명이 제안되었다. 예를 들어, 일반 소다가 다이어트 소다보다 점도가 높아서 일반 소다의 분수 형성을 억제하여 더 짧은 분수를 유발할 수 있다는 제안이 있었다. 또한, 일반 소다에 비해 다이어트 소다에서 관찰되는 더 안정적인 거품이 다이어트 소다에서 관찰되는 더 높은 게이저에 기여할 수 있다는 제안도 있었다.

 대안 

다이어트 코크와 멘토스가 소다 게이저를 만드는 가장 일반적인 방법이지만, 유일한 선택지는 아니다. 많은 사람들이 다이어트 코크를 최적의 선택으로 여긴다. 다이어트 코크가 가장 강력한 효과를 낸다고 연구되고 제안되었지만, 적어도 한 다른 연구에서는 모든 다이어트 소다가 실험 오차 내에서 본질적으로 동일하게 잘 작동한다는 것을 입증했다. 그럼에도 불구하고 모든 탄산음료는 작동한다. 멘토스에 관해서는 다른 사탕, 금속 및 세라믹 구체, 심지어 모래와 같은 많은 것들이 탄산음료를 핵 생성하는 데 작동한다.

 같이 보기 

 용해도
 코끼리 치약
 블랙 스네이크 (폭죽)
 탄소 뱀

 각주 

분류:바이럴 영상
분류:2000년대 유행
분류:2005년 인터넷 밈