Шипучая химия газированных напитков

Профессор химии и биохимии Университета Майами

Майкл В. Краудер получает финансирование от Национальных институтов здравоохранения для проведения исследований устойчивости к антибиотикам, а также от Sazerac Corp и MineXAI для проведения исследований по характеристике бурбона.

Университет Майами предоставляет финансирование как член The Conversation US.

Посмотреть всех партнеров

Многие люди любят освежающую шипучесть газировки, шампанского, пива или газированной воды. Когда вы делаете глоток, пузырьки газа в напитке лопаются, и выделившийся газ щекочет нос. Но задумывались ли вы когда-нибудь, как на самом деле работает карбонизация?

Я профессор, который преподает химию и ферментацию, а также энтузиаст газированных напитков и сам занимаюсь домашним пивоварением. Хотя основной процесс карбонизации относительно прост, на вкус и качество напитков могут влиять самые разные факторы – от температуры до поверхностного натяжения.

Карбонизация предполагает растворение бесцветного и без запаха углекислого газа – CO₂ – в жидкости. Когда углекислый газ добавляется в запечатанную бутылку или банку, содержащую воду, давление в бутылке или банке увеличивается, и углекислый газ растворяется в жидкости.

CO₂ над жидкостью и CO₂, растворенный в жидкости, достигают химического равновесия. Химическое равновесие по сути означает, что скорость растворения CO₂ в жидкости равна скорости выделения CO₂ из жидкости. Он основан на количестве CO₂ как в воздухе, так и в жидкости.

Некоторая часть растворенного CO₂ реагирует с водой с образованием угольной кислоты, химическая формула которой – H₂CO₃. Таким образом, как только часть растворенного CO₂ преобразуется в H₂CO₃, больше CO₂ из воздуха над головой может раствориться в жидкости и восстановить химическое равновесие.

Когда вы открываете бутылку или банку, давление над газированной жидкостью падает до уровня давления снаружи бутылки или банки. Сброс давления приводит к шипящему звуку, и вы видите, как в жидкости поднимаются пузырьки, когда H₂CO₃ снова превращается в CO₂ и этот газ выходит на поверхность. Угольная кислота в напитке делает его немного кислым.

Еще одним важным фактором, влияющим на карбонизацию, является температура. Большинство газов, включая углекислый газ, плохо растворяются в жидкостях при повышении температуры жидкости. Вот почему газированные напитки испортятся, если оставить их при комнатной температуре.

И наоборот, если вы поместите свой любимый газированный напиток в холодильник и дадите ему остыть, больше растворенного углекислого газа останется в напитке, пока он еще запечатан. Когда вы открываете охлажденную бутылку или банку, жидкость становится более пузырьковой, потому что в холодном напитке было больше растворенного углекислого газа.

Еще одним важным фактором карбонизации является поверхностное натяжение жидкости. Поверхностное натяжение жидкости определяется тем, насколько сильно молекулы жидкости взаимодействуют друг с другом. Для большинства напитков этими молекулами являются молекулы воды, но в диетических безалкогольных напитках растворены искусственные подсластители. Эти подсластители могут ослабить взаимодействие между молекулами воды, создавая более низкое поверхностное натяжение. Более низкое поверхностное натяжение означает, что пузырьки углекислого газа образуются быстрее и сохраняются дольше.

Вот почему подача диетической колы со льдом занимает немного больше времени — проблему, которую вы можете заметить в самолете. Более низкое поверхностное натяжение искусственного подсластителя означает, что шипучий напиток будет сильнее и дольше по сравнению с другими безалкогольными напитками. Затем бортпроводникам приходится ждать, пока пузырьки в чашке лопнут, прежде чем они смогут наполнить чашку диетической колой.

Поверхностное натяжение также является причиной того, что диетическая кола так хорошо работает в знаменитом эксперименте Mentos, во время которого вы бросаете конфеты Mentos в 2-литровые бутылки диетической колы. Конфеты помогают ослабить взаимодействие между молекулами воды и молекулами CO₂, снижая поверхностное натяжение и облегчая высвобождение молекул CO₂. Пузырящийся «гейзер» диетической колы быстро поднимается над двухлитровой бутылкой, поскольку молекулы CO₂ быстро образуются на поверхности конфет и вытесняют диетическую колу из бутылки.