Abrimos la tapa de una lata de refresco o hacemos nuestros propios refrescos sin tener en cuenta lo que ocurre en su interior. Pero a veces hay que pararse a pensar, porque estas cosas que parecen mundanas son más complicadas de lo que se piensa. Hay mucha más química en las bebidas gaseosas de lo que se podría pensar. Echemos un vistazo a la ciencia del agua con gas.
Carbonatación: Es un gas
En las bebidas gaseosas como los refrescos, el ingrediente activo es el dióxido de carbono (CO2). Este gas incoloro e insípido está presente de forma natural en la atmósfera en pequeñas cantidades (alrededor del 0,04 por ciento) y desempeña un papel fundamental en la regulación de las temperaturas. Es uno de los gases de efecto invernadero que absorbe la radiación infrarroja del sol, lo que ayuda a controlar la cantidad de calor que llega a la superficie de la Tierra. Los seres humanos, los animales y la mayoría de las bacterias lo exhalan, y las plantas lo absorben y lo utilizan para crear azúcares en la fotosíntesis, en un movimiento constante conocido como el ciclo del carbono.
La idea de la carbonatación no es nueva. La cerveza existe desde hace casi tanto tiempo como el ser humano, y este proceso produce el CO2 que da a la cerveza su espuma. Sin embargo, este proceso no se aplicó a las bebidas no cerveceras hasta el siglo XVIII. El químico inglés Joseph Priestley, descubridor del oxígeno, conectó una botella de agua a un barril de cerveza y observó que parte del gas producido por el proceso se disolvía en el agua y se liberaba al abrir la botella. El CO2 no había sido identificado en ese momento, por lo que lo llamó aire fijo. En el panfleto que Priestley publicó para anunciar su descubrimiento (PDF), sugirió que el agua con aire fijo no se agriaba como el resto del agua y que podría tener usos medicinales. Más tarde lo describió como su «invento más feliz»
Las burbujas suben por mi nariz
Entonces, ¿cómo funciona la carbonatación? El proceso básico consiste en forzar la disolución del CO2 en el agua. Esto necesita dos cosas: baja temperatura y presión. El CO2 se disuelve mucho mejor en agua fría que en caliente. A la temperatura de unos 8 °C que recomiendan la mayoría de los fabricantes de refrescos, 2,2 pintas (1 litro) de agua pueden absorber unos 3 gramos de CO2. A una temperatura ambiente típica de 15 °C, la cantidad se reduce a poco más de 2 gramos. La presión es el otro factor. Cuanto mayor sea la presión del gas CO2, más rápida y completamente se disolverá en el agua. Así que, para carbonatar el agua, la enfrías y luego aplicas CO2 a alta presión.
Los fabricantes de refrescos utilizan un tubo o varilla que se introduce en el agua cuando la carbonatan. El CO2 se disuelve en el agua en su superficie, y la creación de burbujas aumenta esta área y ayuda a disolver más CO2. Fíjate bien cuando hagas agua con gas. Puedes ver que algunas de las pequeñas burbujas desaparecen por completo antes de llegar a la superficie porque todo el CO2 que forma la burbuja se ha disuelto.
Después de un poco de tiempo, el agua habrá absorbido todo el CO2 que pueda. Mientras haya suficiente presión en el gas CO2 por encima del agua, el CO2 disuelto no puede escapar. Los químicos llaman a esto un equilibrio: La presión del gas CO2 impide que el CO2 disuelto en el agua se escape, y la cantidad de CO2 disuelto en el agua impide que el gas se disuelva en el agua.
Aunque la cantidad de CO2 que puede disolverse en el agua disminuye a medida que aumenta la temperatura, este equilibrio se mantiene. Los químicos llaman a esto una solución sobresaturada: El agua retiene más CO2 del que podría absorber a esa temperatura. No tiene adónde ir hasta que se abre la botella, o la presión del gas rompe o revienta la botella. Las botellas de plástico y las latas de metal son increíblemente resistentes, pero estallan. Verás este fenómeno si dejas una lata de Coca-Cola en un coche caliente durante mucho tiempo.
Una peculiaridad de la carbonatación es lo que ocurre si congelas una bebida con gas: La botella o lata suele reventar. Dado que el agua fría retiene más CO2 que la caliente, cabría esperar que ocurriera lo contrario. Pero el agua fría y el hielo no son lo mismo, y el CO2 no es soluble en el hielo. Cuando se congela una botella de refresco, el agua se congela y expulsa el CO2. Esto crea una enorme presión de gas dentro de la lata. Al final, la combinación de esta presión y la expansión del hielo (que es menos denso que el agua) hará estallar la botella o la lata. Por eso no se congelan los refrescos.
También explica la eficacia de dar a alguien una lata de refresco que ha estado un rato en el congelador para que salga a borbotones al abrirla. El refresco casi congelado está empujando el CO2 hacia fuera, lo que crea la presión para que la broma funcione.
Cuando abres una lata o botella de refresco, rompes el equilibrio. El gas sale a toda prisa y reduce la presión en la superficie del agua. De repente, el CO2 disuelto en el agua tiene un lugar al que ir, así que empieza a escapar. Sin embargo, no se precipita por la parte superior. Se forman pequeñas burbujas que crecen a medida que suben. Esto se debe a que estas burbujas son pequeñas superficies en el agua, y más del CO2 se precipita a medida que suben.
Sin embargo, estas burbujas no se forman en cualquier lugar. Suelen empezar en la superficie del vaso, la botella o la lata en la que se encuentra la bebida porque las pequeñas imperfecciones de la superficie forman un punto para que se formen las diminutas burbujas iniciales. Por eso se ven chorros de burbujas que suben: Las burbujas se forman en estas imperfecciones hasta que son lo suficientemente grandes como para romperse y subir, y una nueva burbuja se forma en la imperfección, y así sucesivamente.
Por eso también funciona el truco de las fiestas de crear una fuente de soda dejando caer un caramelo de menta en una botella, porque la superficie del caramelo de menta está cubierta de imperfecciones, lo que crea una repentina avalancha de burbujas y una fuente de soda.
Todo sobre el ácido
Sin embargo, la carbonatación no es sólo cuestión de burbujas. El proceso también cambia el sabor del agua creando un sabor agudo y picante que puede complementar algunas bebidas. Lo que quizá no sepas es que esto se debe a un ácido. Cuando el CO2 se disuelve en el agua, parte de él reacciona con el agua (cuya fórmula química es H20) para formar ácido carbónico (fórmula química H2CO3). Se trata de un ácido bastante débil, pero es una parte importante del proceso porque le da al agua con gas el toque que algunos encuentran atractivo. El ácido carbónico también tiene un leve efecto antibiótico que impide que las bacterias crezcan en el agua.
Otro aspecto químico interesante: Hasta hace poco, los científicos pensaban que el ácido carbónico no podía existir por sí mismo fuera del agua. Pensaban que, sin el agua en la que normalmente se disuelve, se descompondría inmediatamente. Pero en 2011, los científicos lograron aislar el ácido carbónico y crear ácido carbónico sólido y gaseoso estable por primera vez. Es increíble pensar que en cada sorbo de agua con gas hay una sustancia que los científicos no aislaron hasta esta década. A veces, incluso los aspectos mundanos y cotidianos de la ciencia de los aparatos pueden contener sorpresas…