Perché la Mentos fa esplodere la Coca Cola?

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Magari avete provato anche voi almeno una volta (o magari ci proverete dopo aver letto questo articolo) a mettere una Mentos dentro una bottiglia di Coca Cola Light e poi allontanarsi velocemente prima che il liquido erutti fuori dalla bottiglia.

Quello che forse non sapete è che questo processo funziona non solo con la Coca Cola Light, ma anche con la normale acqua gassata, con la Sprite e con la Coca Cola classica, solo in maniera meno esplosiva.

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Nella figura, da sinistra a destra: acqua gassata, Coca Cola normale, Sprite e Coca Cola Light. Le bande verdi dietro sono distanziate di mezzo metro, quindi il getto in uscita dalla Coca Cola Light è di oltre 2 metri.

Ovviamente nel tempo i vari video sono diventati virali su internet, proprio per la stranezza del fenomeno e ovviamente le persone si sono divertite a trovare metodi sempre più spettacolari per creare questi geyser di Coca Cola.

Ma ovviamente vi sarete chiesti: come funziona questo fenomeno?

Ebbene, il motivo di questa reazione non è da ricercarsi nella chimica, ma nella fisica. Non è una strana reazione chimica tra i composti a causare questo, ma è una reazione molto più elementare.

Prima di ripercorrere la storia del fenomeno Coca Cola e Mentos e di dare una spiegazione, ecco una carrellata degli “esperimenti” che hanno poi portato ad identificare gli agenti responsabili di questo fenomeno. (Il video è stato realizzato da  geni assoluti, a cui va tutta la mia stima)

[youtube=http://www.youtube.com/watch?v=b-MT3484Qs0]

O questi che vi insegnano a creare dei missili alimentati a Coca Cola e Mentos (Don’t try this at home)

[youtube=http://www.youtube.com/watch?v=TCXsxi7LWYo]

Il fenomeno diventa famoso nel 1999 grazie ad una puntata della celebre trasmissione americana David Letterman Show, nel quale l’irriverente conduttore David Letterman si diverte a far eruttare delle bottiglie di Coca Cola Light con le Mentos. (Dopo c’è lo stesso video dell’inizio)

[youtube=http://www.youtube.com/watch?v=3L4BuJXObA0]

Nel 2006 la trasmissione americana MythBusters ha cercato di trovare una soluzione “sperimentale” a questa dinamica evidenziando come il fenomeno fisico che potrebbe spiegare l’eruzione delle Mentos è quello della nucleazione, un fenomeno molto conosciuto dai meteorologi in atmosfera perché alla base della formazione delle nuvole. Infatti lisciando una Mentos il fenomeno non avviene più: non è dunque una reazione chimica a creare l’eruzione.

[youtube=http://www.youtube.com/watch?v=LjbJELjLgZg]

Nel 2008 un articolo scientifico, partendo dalle conclusioni della puntata della trasmissione di prima, [1] ha fatto completa luce sul meccanismo che sta alla base del fenomeno.

Lo studio di Tonya Coffey, professore associato al dipartimento di Fisica e Astrofisica all’Appalachian State University, si basa su  esperimenti fatti con diverse tipologie di Coca Cola e diverse caramelle. In questi esperimenti è stata misurata la massa di liquido fuoriuscita dalla bottiglia di Coca Cola e la distanza massima del getto alle diverse condizioni. Si è evidenziato che la massa fuoriuscita e il getto sono massime usando la combinazione Fruit Mentos e la Coca Cola Light, nella quale fuoriescono 1440 g di liquido e il getto (misurato in orizzontale) è di circa 5.4 m. Si è visto inoltre che la massa persa dalla bottiglia dipende anche dalla temperatura del liquido.

Veniamo alle conclusioni e alla spiegazione del meccanismo: la Mentos ha tre caratteristiche fondamentali che rendono l’unione caramella-Coca Cola esplosiva: la prima è l’alta rugosità della Mentos, con varie fossette, granuli, impurità; la seconda è la densità che la fa affondare molto rapidamente; la terza è di avere come ingrediente la gomma arabica che interagisce con l’aspartame della Coca Cola.

La Coca Cola Light (come tutte le bevande gassose) è satura di CO2, ossia è ad un punto in cui non si può disciogliervi dentro un’ulteriore quantità di CO2  perché la bevanda non ne può contenere di più (è lo stesso fenomeno di quando cercate di disciogliere una sostanza dentro l’acqua: se ce n’è troppa e la sostanza è solida formerà un corpo di fondo, se è liquida avremo la formazione delle bollicine).

Normalmente quando noi apriamo una bottiglia di Coca Cola si formeranno spontaneamente delle bollicine che usciranno dal liquido, questo perché abbiamo una differenza di concentrazione tra anidride carbonica dentro la Coca Cola e fuori. Questo processo è abbastanza lento perché abbiamo una diffusione e le imperfezioni della bottiglia nelle quali si formano le bollicine sono poche: il fenomeno della formazione di bollicine è detto nucleazione e ha bisogno di superfici non levigate, questo è il motivo per cui molti flutes per lo champagne vengono incisi sul fondo, in quel caso si vuole creare un flusso di bollicine costanti dal fondo del bicchiere. Se ora noi mettiamo una Mentos dentro, essendo questa molto rugosa e caratterizzata da moltissimi siti di nucleazione, questo processo sarà molto più veloce e si formeranno migliaia di bollicine (questo funziona anche nelle nuvole in maniera analoga: se abbiamo molto aerosol naturale dentro le nuvole abbiamo una maggiore velocità nella formazione di goccioline d’acqua in condizioni di atmosfera satura, perché l’acqua tende ad aderire alle impurità).

Altro fattore che aiuta la rapidissima formazione di bollicine è la elevata densità della Mentos: infatti la caramella è molto densa e per questo scende molto veloce all’interno della bottiglia: così facendo abbiamo un’ancora più rapida formazione di bollicine.

Terzo e ultimo fattore è la presenza di aspartame (nella Coca Cola Light) e di gomma arabica (nella Mentos). Questi due ingredienti abbassano la tensione superficiale del liquido e quindi fanno sì che le bollicine siano liberate più facilmente dall’interfaccia liquido-atmosfera.

Il rapidissimo degasamento dell’anidride carbonica dovuto a questi fattori porta all’espulsione di grandi quantità di liquido dalla bottiglia (esattamente quello che succede in scala minore quando noi scuotiamo una bibita gassata, lì però è l’agitazione a fare da detonatore).

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Riportiamo qui i dati sperimentali e cerchiamo di spiegare le differenze di perdita di massa delle varie sostanze e con i diversi tipi di caramelle.

La Coca Cola Light è meno densa dell’acqua  e della Coca Cola Classic (non ha zuccheri!) e quindi la caramella affonda ancora più velocemente (Legge di Archimede), questo aumenta la liberazione dell’anidride carbonica.

La Mint Mentos non ha zuccheri ed è più leggera della Fruit Mentos, quindi affonda più facilmente (lo studio della prof. Coffey ha evidenziato che hanno circa la stessa rugosità). Le wint-o-green lifesavers sono  caramelle simili alle Polo (sono a forma di ciambella), hanno una rugosità 6 volte quella delle Mentos, ma affondano lentamente (sono meno “aerodinamiche” e meno dense) e inoltre non hanno la gomma arabica, ma la salgemma e sia la rugosità inferiore (meno punti di nucleazione) che la densità sono minori, quindi l’effetto sarà minore.

Altro fattore che condiziona la fuoriuscita di liquido è la temperatura: più alta sarà la temperatura, più alta sarà la massa liberata. Questo perché la quantità di gas saturo che può stare dentro un liquido dipende fortemente dalla temperatura. In particolare più aumenta la temperatura, meno gas può essere disciolto dentro un liquido (questa è anche la ragione per cui se tenete liquide gassate al caldo, avranno più probabilità di degassare) e questo deriva dalla Legge di Henry e dal Principio di Le Chatelier.

Ultimo fattore è la quantità: più Mentos mettete, più la Coca Cola degasserà violentemente.

Alessandro Sabatino

@twitTagli

[1] Tonya Shea Coffey, Diet Coke and Mentos: What is really behind this physical reaction?, Am. J. Phys (2008)

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