Ответить

Почему кола пенится, а в закрытой бутылке даже создает дополнительное давление, если ее встряхнуть?

ФизикаЕдаНаука
Ответить
Комментировать
0
Подписаться
0
1 ответ
Поделиться

Потому что в ней, как и в любом другом газированном напитке, растворен углекислый газ и угольная кислота.

Угольная кислота (H₂CO₃) — слабая и нестабильная кислота. Она распадается на углекислый газ и воду, что и приводит к образованию пены. При понижении давления или повышении температуры скорость распада ускоряется.

Перед тем как ответить на вторую часть вопроса расскажу немного теории.

Угольная кислота образуется при растворении углекислого газа в жидкости (абсорбция газов). При повышенном давлении и концентрации углекислого газа часть его молекул (CO₂) образуют с молекулами воды (H₂O) угольную кислоту (H₂CO₃).

В водном растворе угольной кислоты возникает сложная равновесная система между свободным (газообразным) углекислым газом (CO₂↑), растворенным углекислым газом (CO₂ ⋅ H₂O), самой угольной кислотой (H₂CO₃) и ее ионами (HCO₃⁻ и CO₃²⁻):

CO₂↑⇄ CO₂ ⋅ H₂O ⇄ H₂CO₃ ⇄ HCO₃⁻ ⇄ CO₃²⁻

Стрелочки в этой формуле показывают "перетекание" одного в другое. При этом скорости этих перетеканий разные. Скорость разложения углекислоты 23 с⁻¹, а скорость ее синтеза из воды и газа 0,039 с⁻¹ — почти в 600 раз ниже.

Равновесие этой системы зависит от температуры и давления. Чем выше давление и чем ниже температура, тем больше газа может раствориться в напитке. При образовании газа, давление в бутылке увеличивается, что приводит к стабилизации системы.

Почему повышается давление в закрытой бутылке при встряхивании, если система в равновесии? (оговорюсь, что могу ошибаться, ведь я не химик и не физик)

Газированный напиток — насыщенный раствор углекислого газа, содержащий большое количество ядер конденсации (то на чем зарождаются пузырьки). При встряхивании бутылки возникают турбулентные течения и соответственно зоны с небольшой разницей давлений, в которых стабильность системы нарушается, растворенный газ конденсируется в пузырьки, и давление в бутылке возрастает.

Так как скорость разложения кислоты почти в 600 раз выше, чем скорость ее синтеза из молекул воды и углекислого газа, то возврат к равновесному состоянию занимает гораздо больше времени.