Deschidem capacul unei cutii de suc sau ne facem singuri sucuri fără să ne gândim la ce se întâmplă în interior. Dar, uneori, trebuie să vă opriți și să vă gândiți, pentru că aceste lucruri care par banale sunt mai complicate decât ați putea crede. În băuturile carbogazoase se întâmplă mult mai multă chimie decât ați fi crezut. Haideți să aruncăm o privire la știința apei spumante.
Carbonat: Este un gaz
Pentru băuturile carbogazoase, cum ar fi sifonul, ingredientul activ este dioxidul de carbon (CO2). Acest gaz incolor și insipid este prezent în mod natural în atmosferă în cantități mici (aproximativ 0,04%) și joacă un rol esențial în reglarea temperaturilor. Este unul dintre gazele cu efect de seră care absoarbe radiațiile infraroșii de la soare, ceea ce ajută la controlul cantității de căldură care ajunge la suprafața Pământului. Oamenii, animalele și majoritatea bacteriilor îl expiră, iar plantele îl absorb și îl folosesc pentru a construi zaharuri în fotosinteză, într-o agitație constantă cunoscută sub numele de ciclul carbonului.
Ideea de carbonatare nu este nouă. Berea există de aproape la fel de mult timp ca și oamenii, iar acest proces produce CO2 care îi conferă berii capul spumos. Cu toate acestea, acest proces nu a fost aplicat la băuturile care nu sunt fabricate din bere până în secolul al XVIII-lea. Chimistul englez Joseph Priestley, descoperitorul oxigenului, a conectat o sticlă de apă la un butoi de bere și a observat că o parte din gazul produs prin acest proces s-a dizolvat în apă și a fost eliberat atunci când a deschis sticla. CO2 nu fusese încă identificat la acea vreme, așa că l-a numit aer fix. În broșura pe care Priestley a publicat-o pentru a-și anunța descoperirea (PDF), el a sugerat că apa cu aer fixat nu se acrește ca alte ape și că ar putea avea utilizări medicinale. Mai târziu a descris-o ca fiind „cea mai fericită invenție a sa.”
Bulelele îmi urcă pe nas
Deci, cum funcționează carbonatarea? Procesul de bază constă în a forța CO2 să se dizolve în apă. Acest lucru are nevoie de două lucruri: temperatură scăzută și presiune. CO2 se dizolvă mult mai bine în apă rece decât în apă caldă. La o temperatură de aproximativ 8°C (aproximativ 45°F), pe care o recomandă majoritatea producătorilor de sucuri, 2,2 pinte (1 litru) de apă pot absorbi aproximativ 3 grame (0,1 uncii) de CO2. La o temperatură obișnuită a camerei de 60°F (aproximativ 15°C), acest lucru scade la puțin peste 0,07 uncii (aproximativ 2 grame). Presiunea este celălalt factor. Cu cât presiunea gazului CO2 este mai mare, cu atât mai repede și mai complet se va dizolva în apă. Așadar, pentru a carbonați apa, o răciți și apoi aplicați CO2 la presiune ridicată.
Producătorii de sifon folosesc un tub sau o baghetă care se înfige în apă atunci când o carbonează. CO2 se dizolvă în apă la suprafața acesteia, iar crearea bulelor mărește această suprafață și ajută la dizolvarea mai mult CO2. Priviți cu atenție atunci când faceți apă carbogazoasă. Puteți vedea că unele dintre bulele mici dispar complet înainte de a ajunge la suprafață, deoarece tot CO2 care formează bulele a fost dizolvat.
După puțin timp, apa va fi absorbit cât de mult CO2 poate. Atâta timp cât există o presiune suficientă în gazul CO2 deasupra apei, CO2 dizolvat nu poate scăpa. Chimiștii numesc acest lucru un echilibru: Presiunea gazului CO2 împiedică CO2 dizolvat în apă să scape, iar cantitatea de CO2 dizolvat în apă împiedică gazul să se dizolve în apă.
Deși cantitatea de CO2 care poate fi dizolvată în apă scade pe măsură ce temperatura crește, acest echilibru se va menține. Chimiștii numesc acest lucru o soluție suprasaturată: Apa reține mai mult CO2 decât ar absorbi la acea temperatură. Nu are unde să se ducă până când deschideți sticla sau până când presiunea gazului sparge sau sparge sticla. Sticlele de plastic și conservele de metal sunt incredibil de rezistente, dar se sparg. Veți vedea acest fenomen dacă lăsați o cutie de Coca-Cola într-o mașină fierbinte pentru o perioadă lungă de timp.
O ciudățenie a carbonației este ceea ce se întâmplă dacă înghețați o băutură carbogazoasă: De obicei, sticla sau cutia se sparge. Având în vedere că apa rece reține mai mult CO2 decât cea caldă, v-ați putea aștepta să se întâmple contrariul. Dar apa rece și gheața nu sunt același lucru, iar CO2 nu este solubil în gheață. Atunci când înghețați o sticlă de suc, apa îngheață și elimină CO2. Acest lucru creează o presiune uriașă a gazelor în interiorul sticlei. În cele din urmă, combinația dintre această presiune și expansiunea gheții (care este mai puțin densă decât apa) va sparge sticla sau cutia. De aceea nu se îngheață sucurile.
Acesta explică, de asemenea, eficiența de a da cuiva o cutie de suc care a stat puțin în congelator, astfel încât aceasta să țâșnească atunci când o deschide. Sifonul aproape înghețat împinge CO2-ul afară, ceea ce creează presiunea pentru ca farsa să funcționeze.
Când deschideți o cutie sau o sticlă de sifon, rupeți echilibrul. Gazul se grăbește să iasă și reduce presiunea de la suprafața apei. Dintr-o dată, CO2 dizolvat în apă are unde să se ducă, așa că începe să iasă. Totuși, nu iese pur și simplu prin partea superioară. Se formează bule mici care se măresc pe măsură ce se ridică. Acest lucru se datorează faptului că aceste bule sunt suprafețe mici în apă, iar mai mult CO2 se precipită înăuntru pe măsură ce se ridică.
Aceste bule nu se formează oriunde, totuși. Ele încep, de obicei, pe suprafața paharului, sticlei sau a cutiei în care se află băutura, deoarece micile imperfecțiuni de la suprafață formează un loc pentru formarea micilor bule de pornire. Acesta este motivul pentru care vedeți fluxuri de bule care se ridică: Bulele se formează pe aceste imperfecțiuni până când sunt suficient de mari încât să se rupă și să se ridice, iar o nouă bulă se formează pe imperfecțiune, și așa mai departe.
Acesta este, de asemenea, motivul pentru care funcționează trucul de petrecere de a crea o fântână de sifon prin aruncarea unei bomboane de mentă într-o sticlă, deoarece suprafața bomboanei de mentă este acoperită de imperfecțiuni, ceea ce creează un val brusc de bule și o fântână de sifon.
Totul despre acid
Totuși, carbonatarea nu se referă doar la bule. Procesul schimbă, de asemenea, gustul apei, creând o aromă ascuțită, picantă, care poate completa unele băuturi. Ceea ce poate nu vă dați seama este că aceasta este cauzată de un acid. Atunci când CO2 se dizolvă în apă, o parte din el reacționează cu apa (cu formula chimică H20) pentru a forma acid carbonic (formula chimică H2CO3). Acesta este un acid destul de slab, dar este o parte importantă a procesului, deoarece conferă apei carbogazoase acea mușcătură pe care unii o găsesc atrăgătoare. Acidul carbonic are, de asemenea, un ușor efect antibiotic care împiedică bacteriile să se dezvolte în apă.
O altă paranteză chimică interesantă: Până de curând, oamenii de știință credeau că acidul carbonic nu poate exista de unul singur în afara apei. Ei credeau că, fără apa în care este dizolvat în mod normal, acesta s-ar descompune imediat. Dar, în 2011, oamenii de știință au reușit să izoleze acidul carbonic și să creeze pentru prima dată acid carbonic solid și gazos stabil. Este uimitor să ne gândim că în fiecare înghițitură de apă carbogazoasă există o substanță pe care oamenii de știință nu au izolat-o decât în acest deceniu. Uneori, chiar și aspectele banale și cotidiene ale științei aparatelor pot conține surprize…
.