Rebentamos a tampa de uma lata de refrigerante ou fazemos os nossos próprios refrigerantes sem considerar o que se passa no interior. Mas às vezes, você precisa parar e pensar, porque essas coisas que parecem mundanas são mais complicadas do que você pode pensar. Há muito mais química acontecendo em bebidas com gás do que você possa ter pensado. Vamos dar uma olhada na ciência da água com gás.
Carbonação: É um gás
Para bebidas gaseificadas como o refrigerante, o ingrediente activo é o dióxido de carbono (CO2). Este gás incolor e sem sabor está naturalmente presente na atmosfera em pequenas quantidades (cerca de 0,04 por cento) e desempenha um papel fundamental na regulação das temperaturas. É um dos gases que absorve a radiação infravermelha do sol, o que ajuda a controlar a quantidade de calor que chega à superfície da Terra. Humanos, animais e a maioria das bactérias expiram-no e as plantas absorvem-no e utilizam-no para construir açúcares na fotossíntese, numa rotatividade constante conhecida como ciclo do carbono.
A ideia da carbonatação não é nova. A cerveja existe há quase tanto tempo quanto os humanos, e este processo produz CO2 que dá à cerveja a sua cabeça espumosa. No entanto, este processo não foi aplicado a bebidas não cozidas até ao século XVIII. O químico inglês Joseph Priestley, o descobridor do oxigênio, conectou uma garrafa de água a um barril de cerveja e notou que parte do gás produzido pelo processo se dissolveu na água e foi liberado quando ele abriu a garrafa. O CO2 não tinha sido identificado na altura, por isso ele chamou-lhe ar fixo. No panfleto que Priestley divulgou para anunciar sua descoberta (PDF), ele sugeriu que a água com ar fixo não azedava como outras águas e que poderia ter usos medicinais. Mais tarde ele descreveu-a como a sua “invenção mais feliz”
As bolhas sobem pelo meu nariz
Então, como é que a carbonatação funciona? O processo básico é forçar o CO2 a dissolver-se na água. Isto precisa de duas coisas: baixa temperatura e pressão. O CO2 dissolve-se muito melhor em água fria do que em quente. A uma temperatura de cerca de 45°F (cerca de 8°C) que a maioria dos fabricantes de refrigerantes recomenda, 2,2 pints (1 litro) de água pode absorver cerca de 0,1 onças (3 gramas) de CO2. A uma temperatura ambiente típica de 60°F (cerca de 15°C), que cai para pouco mais de 0,07 onças (cerca de 2 gramas). A pressão é o outro fator. Quanto maior for a pressão do gás CO2, mais rápida e completamente se dissolverá na água. Assim, para carbonatar a água, você refrigera e depois aplica CO2 a alta pressão.
Os fabricantes de refrigerantes usam um tubo ou uma varinha de condão que penetra na água quando carbonatam. O CO2 dissolve-se na água na sua superfície, e a criação de bolhas aumenta esta área e ajuda mais CO2 a dissolver-se. Veja com atenção quando você faz água com gás. Você pode ver algumas das pequenas bolhas desaparecerem completamente antes de atingirem a superfície, porque todo o CO2 que forma a bolha foi dissolvido.
Após algum tempo, a água terá absorvido o máximo de CO2 que puder. Enquanto houver pressão suficiente no gás CO2 acima da água, o CO2 dissolvido não poderá escapar. Os químicos chamam a isto um equilíbrio: A pressão do gás CO2 impede que o CO2 dissolvido na água escape, e a quantidade de CO2 dissolvido na água impede que o gás se dissolva na água.
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Embora a quantidade de CO2 que pode ser dissolvido na água diminua à medida que a temperatura aumenta, este equilíbrio ainda se manterá. Os químicos chamam a isto uma solução supersaturada: A água está a agarrar-se a mais CO2 do que aquele que absorveria a essa temperatura. Não tem para onde ir até que você abra a garrafa, ou a pressão do gás se rompa ou expluda a garrafa. Garrafas plásticas e latas de metal são incrivelmente fortes, mas rebentam. Você verá este fenômeno se você deixar uma lata de Coca-Cola em um carro quente por muito tempo.
Uma estranha peculiaridade da carbonatação é o que acontece se você congelar uma bebida carbonatada: A garrafa ou normalmente pode explodir. Dado que a água fria contém mais CO2 do que a quente, você pode esperar o oposto. Mas a água fria e o gelo não são a mesma coisa, e o CO2 não é solúvel no gelo. Quando você congela uma garrafa de refrigerante, a água congela e força o CO2 a sair. Isto cria uma enorme quantidade de pressão de gás dentro da lata. Eventualmente, a combinação desta pressão e a expansão do gelo (que é menos denso que a água) irá rebentar a garrafa ou a lata. É por isso que você não congela refrigerantes.
Também explica a eficácia de dar a alguém uma lata de refrigerante que está no congelador há um pouco para que ele jorra para fora quando a abre. O refrigerante quase congelado está empurrando o CO2 para fora, o que cria a pressão para que a partida funcione.
Quando você abre uma lata ou garrafa de refrigerante, você quebra o equilíbrio. O gás corre para fora e reduz a pressão sobre a superfície da água. De repente, o CO2 dissolvido na água tem para onde ir, então ele começa a escapar. No entanto, não sai apenas a correr do topo. Formam-se pequenas bolhas que crescem à medida que sobem. Isso é porque essas bolhas são pequenas superfícies na água, e mais do CO2 entra quando elas sobem.
Essas bolhas não se formam em qualquer lugar, no entanto. Elas normalmente começam na superfície do copo, garrafa ou lata em que a bebida está porque pequenas imperfeições na superfície formam um ponto para a formação de pequenas bolhas iniciais. É por isso que se vêem fluxos de bolhas a subir: Formam-se bolhas nestas imperfeições até serem suficientemente grandes para se romperem e subirem, e forma-se uma nova bolha na imperfeição, e assim por diante.
É também por isso que o truque da festa de criar uma fonte de refrigerante deixando cair uma menta numa garrafa funciona, porque a superfície da menta está coberta de imperfeições, o que cria uma súbita onda de bolhas e uma fonte de refrigerante.
Tudo sobre o ácido
A carbonação não é apenas sobre bolhas, no entanto. O processo também altera o sabor da água, criando um sabor picante e picante que pode complementar algumas bebidas. O que você pode não perceber é que isso é causado por um ácido. Quando o CO2 se dissolve na água, parte dele reage com a água (com uma fórmula química de H20) para formar ácido carbônico (fórmula química H2CO3). Este é um ácido bastante fraco, mas é uma parte importante do processo porque dá à água gaseificada a mordida que alguns acham apelativa. O ácido carbônico também tem um efeito antibiótico leve que impede o crescimento de bactérias na água.
Outro químico interessante à parte: Até recentemente, os cientistas pensavam que o ácido carbónico não podia existir por si só fora da água. Eles pensavam que, sem a água em que normalmente se dissolve, ele se decomporia imediatamente. Mas em 2011, os cientistas conseguiram isolar o ácido carbônico e criar ácido carbônico sólido e gasoso estável pela primeira vez. É incrível pensar que em cada gole de água gasosa há uma substância que os cientistas só isolaram nesta década. Às vezes, mesmo os aspectos mundanos e cotidianos da ciência dos aparelhos podem conter surpresas…