¿Por qué las botellas de Coca-Cola son más efervescentes si las agitas?

Question

A todos nos ha pasado: se te cae la botella de refresco en algún momento y cuando intentas abrirla, estalla en espuma.

Mi pregunta es, entonces: ¿por qué al agitar una bebida carbonatada se escapa el gas disuelto?

Answer 1

Aunque ¿Por qué el CO $_2$ mezclar de nuevo con el líquido después de agitar una botella de refresco? es un duplicado a esta pregunta, no estoy seguro de que sea una gran respuesta y sería bueno si alguien puede llegar a una mejor respuesta aquí.

La idea aceptada es que al agitar la botella se crean pequeñas burbujas y éstas actúan como núcleos para la formación de burbujas cuando se libera la presión. Sin estos núcleos, la formación de burbujas se produce principalmente por nucleación heterogénea en las paredes de la botella, lo que es más lento.

Sin embargo, nunca he visto un artículo que demuestre que esto es así, por ejemplo, mediante mediciones de dispersión de la luz en la botella agitada pero sin abrir. Lo más cercano que he visto es este documento que parece razonablemente autorizada aunque no es de una revista revisada por pares. Si alguien conoce esos artículos, o tiene ganas de hacer el experimento, me interesaría ver los datos.

Se sabe que la presión no aumenta al agitar/soltar la botella (el artículo que he enlazado lo medía), así que alguna forma de nucleación mejorada parece el mecanismo más plausible. Sólo que estaría bien verlo demostrado.

Answer 2

Piensa en esto en términos del Principio de Le Chatelier.

Una botella sin agitar debe estar en un estado que se aproxime al equilibrio termodinámico de concentración, temperatura, volumen y presión parcial. La velocidad de la reacción química que describe la disolución de los componentes del CO2 es igual en ambas direcciones de la disolución y de la disolución.

Al agitar la botella, se mezcla y se acelera la reacción en dirección a la solución. (Al igual que puedes acelerar la disolución del azúcar en el té agitando.) Esto hace que el líquido se sobresature con respecto al componente de CO2. Al destapar la botella, la presión del gas disminuye repentinamente y la solución supersaturada hierve. La sobresaturación es un estado metaestable.

Como prueba de esta hipótesis, también creo que encontrarías que agitar una botella cerrada de gaseosa bajará ligeramente la temperatura y bajará ligeramente la presión del gas y cambiará ligeramente el volumen del líquido.

Answer 3

Normalmente descartaría la teoría de la "burbuja microscópica persistente" porque las burbujas muy pequeñas tendrían una presión interna muy alta que las haría inestables y su gran relación superficie/volumen aceleraría la velocidad a la que el gas se redisolvería, sería prácticamente instantánea. Sin embargo, en presencia de proteínas (u otros tensioactivos), la superficie de la burbuja será ocupada por las proteínas y la burbuja se redisolverá sólo hasta el punto en que las proteínas formen una cáscara rígida (por eso las burbujas de la cerveza, que tiene un alto contenido en proteínas, son mucho más rígidas que las del champán). Es bastante probable que la escala de tiempo para que las estructuras proteicas se redisuelvan pueda ser tan larga como los quince o veinte minutos reportados.

Answer 4

No tengo una respuesta, pero quiero intentar exponer claramente otras respuestas.

La respuesta de John Rennie: Cuando se agita la botella, de alguna manera se crean muchas burbujas diminutas. Cuando la botella se abre, la presión se reduce y cada burbuja se expande. Esa expansión expulsa mucho líquido por la abertura.

Además, observamos grandes burbujas en el líquido. Las pequeñas burbujas en expansión deben estar coalesciendo y también atraen más CO2 del líquido para hacerse más grandes más allá de su expansión desde la baja presión.

La respuesta de Mark Rovetta: El CO2 disuelto en el agua está en equilibrio entre más de un estado. Uno de los estados es simplemente el de las moléculas de CO2 que se mueven en el agua. Un segundo estado es el de las moléculas de CO2 unidas por un enlace de hidrógeno al agua, que puede representarse como H2CO3. (Puede haber otros estados, estos dos son suficientes para la explicación.) Verás, el ácido acético es como el CO2 con un grupo metilo unido. El ácido fórmico es como el CO2 con un hidrógeno unido. El ácido carbónico es sólo CO2. El grupo carboxilo mínimo.

¿Quizás al agitarlo se obtiene la energía necesaria para romper algunos de los enlaces de hidrógeno? Y con el tiempo se restablecen.

Cuando se libera la presión, el CO2 meramente disuelto sale de la solución y forma burbujas.

No, espera, eso no es lo que dijo Mark Rovetta. Aquí hay una forma diferente que puede haber querido decir. Se obtiene un equilibrio entre el CO2 disuelto en el líquido y el CO2 que está en la capa de gas sobre el líquido. Cuando se agita la botella, se proporciona energía que pone más del CO2 en solución. También proporcionas una gran superficie para que eso ocurra. Más tarde, cuando la botella está quieta, tarda más en restablecer el antiguo equilibrio debido a la reducción de la superficie.

Al abrir la botella, el CO2 extra disuelto en el líquido sale rápidamente de la solución. Porque hay más CO2 en la solución.

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Cuando lo pienso, parece importante que se pueda evitar la efervescencia abriendo la botella lentamente. Puedes abrirla MUCHO antes sin que haya un exceso de burbujas que si esperas y la abres rápidamente. Eso tiene que encajar en el puzzle de alguna manera.

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Posible experimento: Cuenta las burbujas.

Si el número de sitios de nucleación disminuye con el tiempo, habrá menos burbujas cuanto más se espere para abrir la botella.

Si cada sitio de nucleación se hace más pequeño, habrá el mismo número de burbujas, pero comenzarán más pequeñas y podrían tardar un poco más en hacerse grandes.

Así que eso no dice si los sitios de nucleación son importantes, pero sí muestra la diferencia entre un modelo de nucleación frente a otro modelo de nucleación o modelo de solución generalizada.

Posible experimento: Embotella un poco de agua de soda con suficiente aceite para formar una capa entre el agua y el gas. El aceite debería hacer que se tarde más en alcanzar el equilibrio entre el CO2 disuelto en el agua y el CO2 en la capa de gas. Cuando lo agitas, consigues una gran superficie entre las burbujas de CO2 y el agua, y esa superficie se reduce gradualmente a medida que las gotas de aceite se unen. Si el problema es el ácido carbónico frente al CO2 en el agua, eso no debería importar en absoluto. Si se trata de sitios de nucleación en el agua que desaparecen con el tiempo sin pasar a la capa de gas, tampoco debería importar.