Тема: Химия и жизнь
Примерное время чтения: >3 минут
Химики в лабораториях, а также в заводских условиях часто имеют дело с системами, содержащими одновременно жидкие и газообразные компоненты. Равновесие жидкость-газ следует учитывать и в тех случаях, когда газообразное вещество растворено в растворителе. Из подобных систем чаще всего сталкиваемся с растворами углекислого газа. И лимонад, и минеральная вода, и Pepsi – всё это раствор CO2 в воде.
Вспомните, как приятно жарким летним днём открыть холодную бутылку минеральной воды или лимонада! А почему, собственно, холодную? Открывая тёплую бутылку, мы рискуем облиться пенящейся струей, выплеснутой из горлышка. Почему так происходит? С повышением температуры растворимость для большинства газов уменьшается, давление над раствором растёт, и под действием этого давления может произойти резкий выброс жидкости.
Кроме того, если напитки, содержащие сахар, долго хранить в теплом месте, в них из-за брожения выделяется дополнительное количество углекислого газа, что ещё больше повышает давление в бутылке.
Но, в любом случае, если бутылку открыть, давление в ней тут же упадёт до атмосферного. Теперь уже раствор не будет находиться в равновесии с газовой фазой, из него начнут выделяться пузырьки газа, и будет это продолжаться до тех пор, пока газированная вода полностью не «выдохнется» - ведь в окружающем воздухе концентрация CO2 очень мала, всего несколько сотых долей процента. Поэтому равновесие при открытой пробке соответствует очень малой (хотя и не нулевой) концентрации CO2 в растворе (вот почему даже дистиллированная вода, хранящаяся в контакте с воздухом, имеет не нейтральную, а слабо кислую реакцию).
Осталось объяснить, почему взбалтывание способствует выделению CO2 из открытой бутылки. Как установил еще в 18 веке французский математик и физик П. С. Лаплас, давление в газовом пузырьке, находящемся в жидкости, обратно пропорционально его радиусу.
Когда пузырёк начинает расти, его радиус близок к нулю, следовательно, давление в нём должно быть бесконечно большим. Значит, самопроизвольно пузырёк газа в жидкости возникнуть не может…
Но представим, что в жидкости каким-то путём уже образовался крошечный пузырёк. Тогда по мере его роста (за счёт подвода растворённого в жидкости газа) давление в нём будет падать. Значит, дело только в том, как создать первые пузырьки-зародыши (называют центрами нуклеации). Этому и способствует встряхивание жидкости. Отсюда следует давно известный практический вывод: если вы не хотите бурного выделения газа, не создавайте центров нуклеации, т.е. не трясите бутылку перед её открытием.
Если же бутылка стоит в покое, то центры нуклеации исчезнут и газ будет выделяться более спокойно. Различные примеси также облегчают образование центров нуклеации. Например, если в газированную воду или в пиво бросить щепотку соли, то выделение газа сразу же усилится. Поэтому для приготовления лучших прохладительных напитков используют только самую чистую воду.