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“把科学带回家”所有
撰文 Skin
审校 沈梦溪
你玩过可乐 曼妥思的喷泉游戏吗？当你把曼妥思这样的薄荷糖放入一瓶可乐，就会瞬间喷出大量气泡，形成像喷泉一样的场景。
在1910年代，这种游戏就已经做成了表演项目。而经历了一百年，人们对此依旧乐此不疲，一些资深玩家甚至做了许多实验，就为了找到这种气泡喷泉能够喷更高的秘诀。
怎么能喷得这么高啊！｜ piyochan2001/youtube
可乐之所以会形成喷泉，原理其实十分简单。想要让可乐汽水有足够的“气”，就需要让尽可能多的二氧化碳溶解进水中，而这就要降温或加压。在装瓶厂，苏打水一般是在加压4倍的情况下被碳酸化的。
在一瓶可乐没有打开时，瓶子里的气压较高，溶解在水中的气体也更多。因此你打开瓶子的时候，内气压忽然降低，才会听到“嗖嗖”一声，这是气体溢出来的声音。
而曼妥思让可乐形成“喷泉”，其实就是让二氧化碳形成气泡，大量溢出。但是想让汽水中的二氧化碳形成气泡，其实并不简单。因为气泡形成需要凝结核，而在均匀的水分子中，气泡“挤”不出来，需要克服很大的压力才能成核。
气泡也需要搭“电梯”才能比较容易地上升。｜参考资料[2]
但遇到一些不均匀的材质时，气泡就很容易产生。比如当你摇晃一下可乐，让水中混合了气体。或者是往水中插入一根筷子，筷子不均匀的表面也容易形成气泡。
曼妥思表面不均匀，有数百万个空腔，所以也为气体提供了数百万个成核位点，气泡就像坐上了电梯，开始成群结队地大量上升并喷射出来。根据这个原理，科学家们就探索出了几个能让“可乐喷泉”喷得更高的秘诀：
曼妥思表面的电镜照片，表面是凹凸不平的。｜Wiki
- 1. 站在高处能喷更高吗？
站在地球上的不同地方，“可乐喷泉”的高度可能是不同的。
为了验证这个问题，有一群可乐喷泉爱好者开始亲身试验，带着可乐和曼妥思去不同地方做实验。
有一组研究者带着可乐攀登了美国的派克峰，而另一组则驾车前往加利福尼亚州、内华达州等多地。总而言之，这些研究者们在海平面以下，以及海拔高达4000多米的地方都玩了一遍可乐喷泉，而且还把喷泉的高度都记录了下来。
肉眼可见，海拔越高喷得越高。｜参考资料[1]
而正如他们计算的结果，海拔越高，喷泉就越高。
这是因为在饮料中，只有一定尺寸的气泡可以成核，它的最小半径是r。大气压越大，成核需要的最小半径r就越大。而海拔越高，气压越小，成核所需的最小半径r就越小，也就会有更多的气泡符合成核要求。
- 2. 为啥非得是可乐和曼妥思啊？
这个实验发展到现在，很难不让人相信这是可乐或曼妥思的营销手段。毕竟按照原理，任何气泡水和表面不均匀的物质都能引发气泡的溢出。
你可以试试用汽水，雪碧或别的饮料做喷泉，也可以试试往汽水里放进其他的糖果，小球，甚至是沙子。这都可能会引发喷泉。但是，经过人们的不断尝试后发现，如果想让可乐喷泉达到最高，那么最佳的选项还得是健怡可乐和曼妥思。
一些气泡饮料的喷泉高度对比。还得是健怡可乐啊！｜ Wiki
健怡可乐也就是我们熟知的0糖可乐，这种可乐里会有更多的阿斯巴甜。研究人员认为，阿斯巴甜、苯甲酸盐这种物质可能在较小的程度上降低水中的表面张力，让气泡更容易形成。还有研究表明，柠檬酸、糖和其他的香料也会改变喷泉的高度。就有人发现，草莓味的曼妥思（含有柠檬酸）往往比薄荷味的曼妥思（不含柠檬酸）产生更高的喷泉。
总而言之，研究人员们实验后发现，0糖饮料就是比有糖喷得高。而由于不同饮料之间添加剂的不同，高度也有一些细微的差异。
可以看到，0糖饮料真的会喷得更高。｜参考资料[2]
人们也在曼妥思和其他糖果之间做了对比。经过一些公式计算，这些成核位点的直径的平均半径是5微米，而曼妥思上面的气孔刚好就在这个范围之间。如果气孔更小，气泡形成也需要一些压力。
气泡大小和成核的密度都会影响喷泉的高度，而曼妥思居然巧合地达到了这两项要求的平衡。
- 3. 多加点料，就能喷得更高？
既然阿斯巴甜和苯甲酸盐能够升高喷泉高度，有些人可能会认为：阿斯巴甜多的饮料肯定喷得更高。但事实并非如此，研究观察到，当阿斯巴甜溶解到0.03%的质量比后，喷泉高度就不会再变了。
研究者还观察到，极少量的人造香料可以显著提高喷泉的高度，但这种作用也是有限的。
再看一遍，第一项（纯苏打水）的喷泉是最低的。｜参考资料[2]
总结一下研究，饮料中的种种添加剂似乎都能在一定程度上增加喷泉高度，无论加什么，都要比纯苏打水的起泡效果更好。而这个简单的实验也和生活有*比如说海水中有复杂的溶质，因此会比淡水更容易产生白色的泡沫。
研究者说，这也可以解释为什么海浪更容易产生白色泡沫。｜Pixabay
“这可太好玩了。”研究者说。毕竟能够兼顾游戏和学术，还能随便喝可乐的研究，谁不爱呢？
做实验要注意安全不要对着脸。
图源：GIPHY
封面来源：knowyourmeme
参考资料：
[1] Kuntzleman, Thomas S., and Ryan Johnson. "Probing the mechanism of bubble nucleation in and the effect of atmospheric pressure on the candy–cola soda geyser."Journal of Chemical Education 97.4 (2020): 980-985.
[2] Kuntzleman, Thomas S., et al. "New demonstrations and new insights on the mechanism of the Candy-Cola soda geyser."Journal of Chemical Education 94.5 (2017): 569-576.
[3] https://www.youtube.com/watch?v=NyUW0hXYGnU
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