Apa yang terjadi ketika kamu memasukkan beberapa butir permen Mentos ke sebotol Coca-Cola? Yup, dengan serta merta akan timbul semburan besar dari disertai suara mendesis. Kalo kamu belum pernah mencobanya, cobalah!
Kok bisa ya?
Fenomena ini awalnya dipercaya terjadi karena reaksi asam-basa yang menghasilkan gas karbon dioksida. Seperti kita tahu, Coca-Cola dan minuman berkarbonasi lainnya bersifat asam karena mengandung asam karbonat (H2CO3). Kalau kita masukan zat basa ke dalamnya, misalnya soda kue, akan terjadi reaksi yang menghasilkan gas karbon dioksida dalam jumlah besar sehingga timbul letusan/semburan.
Benarkah demikian?
Untuk menjawab fenomena unik ini, peneliti dari Department of Physics and Astronomy, Appalachian State University, USA, melakukan serangkaian percobaan yang melibatkan mahasiswa-mahasiswanya. Mereka mencoba berbagai macam minuman berkarbonasi seperti Coca-Cola classic, Diet Coke, seltzer water, tonic water, dan lainnya. Untuk zat yang dimasukkan ke sebotol minuman berkarbonasi, mereka mencoba berbagai jenis material, seperti Mentos jenis Fruit Mentos dan Mint Mentos, Wint-o-Green Lifesaver, garam dapur, pasir, dan lainnya. Semua percobaan dilakukan dengan menempatkan botol pada kemiringan sebesar 10° dari arah vertical untuk meminimalisir jatuhnya kembali cairan yang tersembur ke dalam botol. Kemudian, diukur juga tinggi semburan dan berat cairan yang tersisa di dalam botol. Sudut kontak cairan pada permukaan datar polikarbonat diukur untuk menghitung kerja minimum yang dibutuhkan untuk membentuk gelembung. Selain itu, mereka juga menganalisa morfologi permukaan Mentos dan material lainnya dengan menggunakan SEM (Scanning Electron Microscope) dan kekasaran permukaannya menggunakan AFM (atomic force microscope).
Pertama-tama, untuk membuktikan bahwa fenomena letusan tersebut bukan karena reaksi asam-basa, mereka mengukur pH cairan sebelum dan setelah Mentos dimasukan ke sebotol Coca-Cola. Hasilnya, ternyata pH sebelum dan setelah percobaan tetap sama, yaitu sebesar 3,0 (bersifat asam). Ini membuktikan bahwa tidak terjadi reaksi asam-basa di sana. Memang kalau kita cek komposisi zat yang terkandung pada Mentos, ternyata mentos tidak mengandung senyawa yang bersifat basa. Hal ini berbeda ketika pada sebotol Coca-Cola dimasukan baking soda (bersifat basa). Pada percobaan ini pun letusan tetap terjadi, tapi pH cairan setelah percobaan berubah dari 3,0 menjadi 6,1. Hal ini menunjukkan telah terjadi reaksi asam-basa yang menghasilkan gas karbon dioksida.
Jadi, jawabannya bukan terjadi karena reaksi asam-basa.
Percobaan lebih lanjut menunjukan bahwa Diet Coke menghasilkan semburan yang paling besar baik ketika ditambahkan Fruit Mentos maupun Mint Mentos dengan tinggi seburan mencapai 7 meter. Menariknya, tidak hanya Mentos yang dapat menghasilkan semburan, bahkan garam dapur dan pasir pun memberikan efek yang sama ketika dimasukkan ke sebotol Coca-Cola.
Setelah melakukan serangkaian percobaan dan analisa, jawaban dari fenomena ini melibatkan beberapa faktor fisika, seperti kekasaran permukaan Mentos, pengaruh tekanan permukaan, dan juga kecepatan Mentos turun ke dasar botol.
Semburan yang terjadi ketika mentos dimasukan ke dalam sebotol Coca-Cola terjadi karena banyaknya gelembung gas karbon dioksida yang terbentuk secara tiba-tiba sehingga menimbulkan tekanan yang besar. Coca-Cola dan minuman berkarbonasi lainnya sebagian besar isinya adalah air, dan air merupakan molekul yang bersifat polar. Kita tahu bahwa molekul polar akan tertarik satu sama lain. Nah, agar gelembung karbon dioksida terbentuk, tarikan satu sama lain antar molekul air tersebut harus diputuskan/dihilangkan. Ketika Mentos dan material lainnya di jatuhkan ke sebotol Coca-Cola, interaksi antar molekul air di daerah sekitar Mentos tersebut putus. Oleh karenanya, permukaan Mentos tersebut menjadi tempat berkumpul dan terbentuknya (tempat nukleasi) gelembung-gelembung gas karbon dioksida. Semakin kasar permukaan Mentos (memiliki rasio luas permukaan terhadap volume Mentos tinggi), semakin cepat dan semakin besar gelembung terbentuk.
Tapi tidak hanya kekasaran yang berperan. Rendahnya tegangan permukaan air juga membantu pembentukan gelembung lebih cepat. Hasil pengukuran menunjukkan bahwa tegangan permukaan air pada Coca-Cola yang mengadung pemanis buatan aspartam lebih rendah dari yang mengandung pemanis gula biasa. Hal ini menjelaskan kenapa Diet Coke (mengandung aspartam) menghasilkan semburan yang paling tinggi dibandingkan Coca-Cola classic yang mengandung gula biasa. Selain itu, permukaan Mentos juga mengandung surfactant (surface acting agent) dari permen karet arab (gum arabic). Surfactant juga dapat menurunkan tegangan permukaan air sehingga memudahkan pembentukkan gelembung.
Terakhir, Mentos memiliki kepadatan yang cukup tinggi dan dapat tenggelam dengan cepat di Coca-Cola. Semakin cepat tenggelam, semakin cepat dan semakin banyak gelembung terbentuk. Mentos yang dihancurkan dan tenggelam ke dalam Coca-Cola dengan lambat hanya menghasilkan semburan yang kecil.
Menarik kan? Ternyata kita bisa belajar banyak mengenai sains dari fenomena sederhana di lingkungan kita sehari-hari. Oleh karena itu, jangan anggap remeh hal-hal sederhana di sekitarmu dan teruslah selalu penuh tanya!
Referensi: