Почему бутылки из-под кока-колы шипят намного сильнее, если их встряхнуть?

Хотя почему нельзя СО$_2$смешивать обратно с жидкостью после встряхивания бутылки содовой? является дубликатом этого вопроса, я не уверен, что это отличный ответ, и было бы хорошо, если бы кто-то мог найти здесь лучший ответ.

Принято считать, что встряхивание бутылки создает крошечные пузырьки, которые действуют как ядра для образования пузырьков, когда давление сбрасывается. Без этих зародышей образование пузырьков в основном происходит за счет гетерогенного зародышеобразования на стенках бутылки, и это происходит медленнее.

Однако я никогда не видел статьи, демонстрирующей, что это так, например, измерениями светорассеяния на встряхиваемой, но неоткрытой бутылке. Ближайшее, что я видел, это эта статья , которая кажется достаточно авторитетной, хотя она не из рецензируемого журнала. Если кто-нибудь знает о таких документах или хочет провести эксперимент, мне было бы интересно увидеть данные.

Известно, что давление не увеличивается при встряхивании или падении бутылки (в статье, на которую я ссылаюсь, это измерялось), поэтому некоторая форма усиленного зародышеобразования кажется наиболее правдоподобным механизмом. Просто было бы неплохо увидеть это доказанным.

Подумайте об этом с точки зрения принципа Ле Шателье.

Не встряхиваемая бутылка должна находиться в состоянии, близком к термодинамическому равновесию концентрации, температуры, объема и парциального давления. Скорости химической реакции, описывающей растворение компонентов СО2, одинаковы как в направлении растворения, так и в направлении растворения.

Когда вы встряхиваете бутылку, вы перемешиваете ее и ускоряете реакцию в сторону раствора. (Точно так же, как вы можете ускорить растворение сахара в чае, помешивая.) Это приводит к тому, что жидкость становится перенасыщенной по отношению к компоненту CO2. Откупорить бутылку, и давление газа резко понизится, и перенасыщенный раствор закипит. Перенасыщение является метастабильным состоянием.

В качестве проверки этой гипотезы я также думаю, что вы обнаружите, что встряхивание закрытой бутылки с газировкой немного снизит температуру и давление газа, а также немного изменит объем жидкости.

Обычно я бы отклонил теорию «устойчивых микроскопических пузырьков», потому что очень маленькие пузырьки будут иметь очень высокое внутреннее давление, что сделает их нестабильными, а их большое отношение площади поверхности к объему ускорит скорость повторного растворения газа — это будет практически мгновенно. Однако в присутствии белков (или других поверхностно-активных веществ) поверхность пузырьков будет занята белками, и пузырь будет повторно растворяться только до того момента, когда белки образуют жесткую оболочку (вот почему пузырьки в пиве с высоким содержанием белки, намного жестче, чем пузырьки в шампанском). Вполне вероятно, что временная шкала повторного растворения белковых структур может составлять от пятнадцати до двадцати минут, о которых сообщается.

У меня нет ответа, но я хочу попытаться ясно изложить другие ответы.

Ответ Джона Ренни: Когда вы встряхиваете бутылку, она каким-то образом создает множество крошечных пузырьков. Когда бутылка открывается, давление снижается, и каждый пузырек расширяется. Это расширение выбрасывает много жидкости из отверстия.

Также мы наблюдаем большие пузыри в жидкости. Крошечные расширяющиеся пузырьки должны сливаться, а также они притягивают больше CO2 из жидкости, чтобы стать больше, чем их расширение из-за низкого давления.

Ответ Марка Роветты: СО2, растворенный в воде, находится в равновесии между более чем одним состоянием. Одно из состояний — это просто молекулы CO2, бьющиеся в воде. Второе состояние — это молекулы CO2, связанные водородными связями с водой, которые можно представить как H2CO3. (Могут быть и другие состояния, этих двух достаточно для объяснения.) Видите ли, уксусная кислота подобна СО2 с присоединенной метильной группой. Муравьиная кислота похожа на CO2 с присоединенным водородом. Углекислота это просто СО2. Минимальная карбоксильная группа.

Может быть, встряхивание дает энергию для разрыва некоторых водородных связей? И со временем они восстанавливаются.

Когда давление сбрасывается, только что растворенный CO2 выходит из раствора и образует пузырьки.

Нет, подождите, это не то, что сказал Марк Роветта. Вот по-другому он мог это иметь в виду. Вы получаете равновесие между СО2, растворенным в жидкости, и СО2, находящимся в газовом слое над жидкостью. Когда вы встряхиваете бутылку, вы выделяете энергию, которая переводит больше CO2 в раствор. Кроме того, вы обеспечиваете большую площадь поверхности для того, чтобы это произошло. Позже, когда бутылка неподвижна, требуется больше времени, чтобы восстановить старое равновесие из-за уменьшенной площади поверхности.

Когда вы открываете бутылку, лишний CO2, растворенный в жидкости, быстро выходит из раствора. Потому что в растворе больше CO2.

Когда я думаю об этом, кажется важным, что вы можете предотвратить шипение, медленно открывая бутылку. Вы можете открыть его НАМНОГО раньше без чрезмерного пузырения, чем если бы вы подождали, а затем открыли его быстро. Это должно как-то вписываться в головоломку.

Возможный эксперимент: посчитайте пузыри.

Если количество центров зародышеобразования со временем уменьшается, чем дольше вы ждете, чтобы открыть бутылку, тем меньше будет пузырьков.

Если каждое место зародышеобразования будет становиться все меньше, будет такое же количество пузырьков, но они будут меньше, и может потребоваться немного больше времени, чтобы стать большим.

Таким образом, это не говорит о том, важны ли места зарождения, но показывает разницу между одной моделью зародышеобразования и другой моделью зародышеобразования или обобщенной моделью решения.

Возможный эксперимент: разлейте по бутылкам газированную воду с достаточным количеством масла, чтобы образовалась прослойка между водой и газом. Нефть должна увеличивать время достижения равновесия между СО2, растворенным в воде, и СО2 в газовом слое. Когда вы встряхиваете его, вы получаете большую площадь поверхности между пузырьками CO2 и водой, и эта площадь поверхности постепенно уменьшается по мере слияния капель масла. Если проблема заключается в соотношении угольной кислоты и CO2 в воде, это вообще не должно иметь значения. Если это зародыши в воде, которые со временем исчезают, не переходя в газовый слой, то это тоже не должно иметь значения.