다이어트 콜라와 멘토스의 화학반응은 어떻게 일어날까?

다이어트 콜라에 멘토스

 

사탕의 한 종류인 멘토스와 다이어트 콜라의 화학반응은 화학 강의실에서 유튜브에 이르기까지 여러 곳에서 시연되고 있습니다. 멘토스에서 거품이 일면서 다이어트 콜라가 분수처럼 솟구치는 것을 보며 사람들은 즐거워합니다.이 현상이 일어나는 동안 대체 무슨 반응이 일어나는 걸까요?

 
미국의 화학회 소식지에 실린 글과 디스커버리 채널에서 방송하는 방송등에서 이와 같은 많은 비공식적인 설명들이 시도 되었습니다. 하지만 이런 시도들은 반응의 상세한 내용을 알아내기에는 체계적이지 못합니다. 최근에 이르러는 주립대학의 학생들이 이 반응에 관계하는 변수들을 자세히 설명한 바 있습니다. 

그녀와 친구들은 반응에 사용되는 멘토스의 종류와 다이어트 콜라의 카페인 함유 유무에 따른 차이가 없다는 것을 밝혔습니다. 또한, 이들은 이 반응이 간단한 산-염기 반응이 아니라는 것을 알아냈는데, 반응 전후에 걸쳐 콜라의 산도는 변하지 않았으며 멘토스 사탕은 염기성이 아닙니다. 반응의 핵심은 반응물의 일부가 콜라의 표면 장력을 감소시켜, 이산화 탄소가 더 빨리 탈출하여 분수를 만들어내는 능력입니다.

 
멘토스의 껍질에 포함된 아라비아 검의 우수한 계면활성제 임이 밝혀졌습니다. 또한, 다이어트 콜라에 포함된 두가지 화학 물질도 표면 장력을 감소시켜 기포 생성을 돕습니다. 그녀와 그녀의 친구들은 주사전자 현미경으로 관찰한 멘토스 사탕의 표면이 울퉁불퉁하기 때문에 이산화 탄소 기포가 많이 생성될 수 있다는 결론을 얻었습니다. 주립 대학 핵생들은 모래,세탁용 세제,소금과 같은 다른 물질들을 이용하여 이들이 분수를 생성시키는지를 실험했습니다. 이들은 멘토스를 사용했을 때 보다는 덜 화려하지만 분수를 만들어 낼 수 있다는 것을 알아냈습니다.

 
이 흥미로운 반응에 기여하는 몇 가지 다른 요인도 있습니다. 즉, 멘토스는 묵직하기 때문에 콜라 용기의 바닥으로 신속히 가라앉을 수 있습니다. 학생들은 온도도 영향을 미친다는 것을 알아냈는데, 즉 따뜻한 콜라가 분수를 더 높게 만든다는 것이였습니다.

 
상태의 변화

대부분의 고체는 가열하면 상태변화가 두 번 일어납니다. 녹는점에서 고체는 액체로 변하고 끓는 점에서는 액체는 기체로 변합니다. 이런 가열하는 과정을 가열곡선이라고 부르는 그래프로 나타낼 수 있습니다. 이 그림은 얼음을 일정한 속도로 가열하는 것을 보여줍니다. 에너지가 얼음 속으로 흘러 들어감에 따라 결정 내에서 진동이 증가하는 것을 보여줍니다. 결정내에서 진동이 증가하고 결국 온도가 올라갑니다. 결국 분자들은 결정으로부터 떨어져 나오고 녹기 시작합니다. 녹는 동안 가해진 모든 에너지는 결정 구조를 깨는 데에만 사용되므로 온도는 변하지 않습니다.

 
녹는점에서 정확히 1g의 고체가 액체로 변하는데 필요한 에너지를 용융열이라고 합니다. 고체가 완전히 녹고나면 온도는 다시 상승합니다. 가해진 에너지는 물 내부의 분자 운동을 증가시킵니다. 물의 끓는 점인 100c에 도달하면 가해진 에너지는 물을 수증기로 변화시키는데 쓰이기 때문에 온도는 일정하게 유지됩니다.액체가 끓는 동안에 액체 상태의 분자 사이에 작용하는 인력이 소멸됩니다. 이 온도 이상에서 모든 물은 수증기로 존재하고 온도는 더욱 상승합니다.