Chúng ta thường bật một lon soda sau đó thưởng thức vị ngon và ga mát lạnh mà không bao giờ xem xét những gì đang xảy ra bên trong. Nhưng đôi khi, bạn cần phải dừng lại và suy nghĩ, bởi vì những thứ dường như quen thuộc này lại khá phức tạp đấy.
Có rất nhiều hóa chất đang diễn ra trong đồ uống có ga hơn bạn có thể nghĩ. Và hôm nay, chúng ta hãy nhìn vào một khía cạnh hóa học nhỏ liên quan đến một loại khí tạo nên ga cho đồ uống nhé!
Đó là một loại khí
Đối với đồ uống có ga như soda, thành phần hoạt tính là carbon dioxide (CO2). Khí không màu, không mùi này có mặt tự nhiên trong khí quyển với lượng nhỏ (khoảng 0,04%) và đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh nhiệt độ.
Đó là một trong những khí nhà kính hấp thụ bức xạ hồng ngoại từ mặt trời, giúp kiểm soát lượng nhiệt đạt tới bề mặt Trái đất.
Con người, động vật và hầu hết vi khuẩn hít thở nó, và thực vật hấp thụ nó và sử dụng nó để tạo ra đường trong quang hợp, trong một quy trình liên tục được gọi là chu kỳ carbon.
Ý tưởng về carbon dioxide bão hòa không phải là mới. Bia là một thí dụ điển hình, và quá trình này tạo ra CO2 cung cấp cho bia có “bọt”. Cái này dân nhậu hay gọi là “bia bọt” nè.
Tuy nhiên, quá trình này không áp dụng cho đồ uống không pha cho đến thế kỷ 18.
Nhà hóa học người Anh Joseph Priestley, người khám phá ra oxy, kết nối một chai nước với một thùng bia ủ và nhận thấy rằng một số khí được tạo ra bởi quá trình hòa tan vào trong nước và được giải phóng khi ông mở chai.
CO2 đã không được xác định vào thời điểm đó, vì vậy ông gọi nó là “fixed air” (không khí cố định).
Trong cuốn sách nhỏ Priestley phát hành để công bố phát hiện của mình, ông đề nghị rằng nước với không khí cố định không bị chua như nước khác và nó có thể sử dụng trong y học. Sau đó ông mô tả nó như là “phát minh hạnh phúc nhất của mình”.
Các bong bóng đi lên mũi của tôi
Vậy cơ chế tạo thành CO2 bão hòa hoạt động như thế nào? Quá trình cơ bản là buộc CO2 hòa tan trong nước. Điều này cần hai điều: nhiệt độ và áp suất thấp. CO2 hòa tan tốt hơn trong nước lạnh hơn là nóng.
Ở nhiệt độ khoảng 8°C mà hầu hết các nhà sản xuất soda đề nghị, 1 lít nước có thể hấp thụ khoảng 3 gram CO2.
Ở nhiệt độ phòng điển hình khoảng 15°C, giảm xuống chỉ khoảng 2 gram. Áp lực là yếu tố khác. Áp lực của khí CO2 càng cao thì càng nhanh chóng và hòa tan hoàn toàn vào trong nước.
Vì vậy, để làm nước bão hòa CO2, bạn chỉ cần làm lạnh nó và sau đó áp dụng áp suất cao vào CO2.
Các nhà sản xuất soda sử dụng một ống hoặc cây đũa đổ vào nước (hay hiểu đơn giản là sục khí) khi CO2 đã bão hòa. CO2 hòa tan vào nước trên bề mặt của nó, và tạo ra bong bóng làm tăng diện tích này và giúp nó hòa tan nhiều hơn.
Hãy nhìn kỹ hiện tượng này khi bạn tạo ra nước có ga. Bạn có thể thấy một số bong bóng nhỏ biến mất hoàn toàn trước khi chúng va vào bề mặt vì tất cả CO2 tạo thành bong bóng đã được hòa tan.
Sau một thời gian ngắn, nước sẽ hấp thụ càng nhiều CO2 càng tốt. Miễn là có đủ áp lực trong khí CO2 trên mặt nước, CO2 hòa tan không thể thoát được.
Các nhà hóa học gọi đây là trạng thái cân bằng: Áp lực của khí CO2 làm cho CO2 tan trong nước thoát ra ngoài, và lượng CO2 hòa tan trong nước ngăn không cho khí hòa tan vào trong nước.
Mặc dù lượng CO2 có thể hòa tan trong nước giảm khi nhiệt độ tăng, trạng thái cân bằng này sẽ vẫn giữ. Các nhà hóa học gọi đây là một dung dịch siêu bão hòa: Nước đang giữ nhiều CO2 hơn là nó sẽ hấp thụ ở nhiệt độ đó.
Nó không có nơi nào để đi cho đến khi bạn mở chai, hoặc áp lực của khí phá vỡ hoặc vỡ chai. Chai nhựa và lon kim loại cực kỳ mạnh mẽ, nhưng chúng nổ tung.
Bạn sẽ thấy hiện tượng này nếu bạn để một lon Coca trong một chiếc xe hơi nóng trong một thời gian dài.
Không nên đóng băng đồ uống có ga
Một sự trùng hợp ngẫu nhiên nữa của CO2 bão hòa là những gì sẽ xảy ra nếu bạn đóng băng một thức uống có ga: Chai hoặc thùng chứa có thể vỡ.
Người ta cho rằng nước lạnh giữ nhiều CO2 hơn ấm, bạn có thể mong đợi điều ngược lại xảy ra. Nhưng nước lạnh và nước đá không giống nhau, và CO2 không hòa tan trong nước đá.
Khi bạn đóng băng một chai soda, nước đóng băng và tạo ra CO2. Điều này tạo ra một lượng lớn áp suất khí bên trong hộp.
Cuối cùng, sự kết hợp của áp lực này và sự mở rộng của băng sẽ làm vỡ chai hoặc có thể. Đó là lý do tại sao bạn không nên đóng băng soda.
Hiện tượng này cũng giải thích hiệu quả của việc cho ai đó một lon soda đã được để trong tủ đông một chút để nó phun ra khi họ mở nó. Soda đóng băng đang đẩy khí CO2 ra, tạo ra áp lực cho trò đùa này.
Khi bạn mở lon hoặc chai soda, bạn đã phá vỡ trạng thái cân bằng. Khí chảy ra và giảm áp lực lên mặt nước.
Đột nhiên, CO2 hòa tan trong nước có nơi nào đó để đi, vì vậy nó bắt đầu trốn thoát. Nó không chỉ vội vã ra khỏi mặt nước. Hình dạng bong bóng nhỏ phát triển lớn hơn khi chúng tăng lên.
Đó là bởi vì những bong bóng này là những bề mặt nhỏ trong nước, và nhiều khí CO2 đổ vào khi chúng tăng lên.
Những bong bóng này không chỉ hình thành ở bất cứ đâu. Chúng thường bắt đầu trên bề mặt của thủy tinh, chai hoặc có thể là thức uống là bởi vì những khiếm khuyết nhỏ trên bề mặt tạo thành một điểm cho các bong bóng khởi động phút hình thành.
Đó là lý do tại sao bạn nhìn thấy dòng bong bóng nổi lên: Bong bóng hình thành trên những khiếm khuyết này cho đến khi chúng đủ lớn để chúng vỡ ra và nổi lên, và một bong bóng mới hình thành trên sự không hoàn hảo, và vân vân.
Đây cũng là lý do tại sao mà người ta có thể tạo ra một đài phun nước soda bằng cách thả một viên kẹo Mentos hoặc bạc hà vào một chai hoạt động, bởi vì bề mặt của bạc hà được bao phủ trong không hoàn hảo, tạo ra một làn sóng đột ngột của bong bóng và một đài phun nước soda.
Tất cả về axit
Tuy nhiên, CO2 bão hòa không chỉ để tạo ra bong bóng cho đồ uống có ga. Quá trình này cũng làm thay đổi hương vị của nước bằng cách tạo ra một hương vị sắc nét, có thể bổ sung cho một số loại đồ uống.
Những gì bạn có thể không nhận ra điều này là do axit. Khi CO2 hòa tan trong nước, một số phản ứng với nước (với công thức hóa học H2O) để tạo thành axit cacbonic (công thức hóa học H2CO3).
Đây là một loại axit khá yếu, nhưng nó là một phần quan trọng của quá trình này bởi vì nó tạo ra nước có ga mà một số người thấy hấp dẫn. Axít cacbonic cũng có tác dụng kháng sinh nhẹ ngăn ngừa vi khuẩn phát triển trong nước.
Cho đến gần đây, các nhà khoa học cho rằng axit cacbonic không thể tồn tại bên ngoài nước. Họ nghĩ rằng, nếu không có nước mà nó thường hòa tan vào, nó sẽ ngay lập tức bị phá vỡ.
Nhưng trong năm 2011, các nhà khoa học đã tìm cách cô lập axít cacbonic và tạo ra axit cacbonic rắn và khí ổn định lần đầu tiên.
Thật ngạc nhiên khi nghĩ rằng trong mỗi ngụm nước có ga là một chất mà các nhà khoa học không cô lập cho đến thập kỷ này. Đôi khi, ngay cả những hiện tượng mà các bạn thấy mọi ngày nhiều khi cũng có thể có những bất ngờ …
Bài viết đến đây là hết rồi. Hi vọng sẽ giúp ích được cho các bạn trong tương lai. Lần sau nếu có sử dụng đồ uống có ga thì hãy nhớ về hóa học của chúng nhé!
