炭酸飲料の背後にある泡の化学反応

マイアミ大学化学生化学教授

Michael W. Crowder は、抗生物質耐性に関する研究を行うために国立衛生研究所から資金提供を受け、バーボンの特性評価に関する研究を行うために Sazerac Corp と MineXAI から資金提供を受けています。

マイアミ大学は、The Conversation US のメンバーとして資金を提供しています。

すべてのパートナーを表示

多くの人は、ソーダ、シャンパン、ビール、炭酸水のさわやかな泡立ちが大好きです。 一口飲むと飲み物の中のガスの泡がはじけ、放出されたガスが鼻をくすぐります。 しかし、炭酸が実際にどのように作用するか考えたことはありますか?

私は化学と発酵の授業を教える教授であり、炭酸飲料愛好家であり、自身も自家醸造家です。 炭酸化の基本プロセスは比較的単純ですが、温度から表面張力まで、さまざまな要因が飲料の味と品質に影響を与える可能性があります。

炭酸化には、無色無臭の二酸化炭素 (CO₂) ガスを液体に溶解することが含まれます。 水を入れた密閉瓶または缶に二酸化炭素を加えると、瓶または缶内の圧力が上昇し、二酸化炭素が液体に溶解します。

液体上の CO2 と液体に溶解した CO2 は化学平衡に達します。 化学平衡とは本質的に、CO2 が液体に溶解する速度と CO2 が液体から放出される速度が等しいことを意味します。 これは、空気中と液体中の CO₂ の量に基づいています。

溶解した CO₂ の一部は水と反応して、化学式 H₂CO₃ を持つ炭酸を形成します。 したがって、溶解した CO₂ の一部が H₂CO₃ に変換されると、上空の空気からさらに多くの CO₂ が液体に溶解し、化学平衡が再確立される可能性があります。

ボトルまたは缶を開けると、炭酸液体の上の圧力が低下し、ボトルまたは缶の外側の圧力と一致します。 圧力が解放されるとシューという音が発生し、H₂CO₃ が CO₂ に戻り、そのガスが表面に逃げるときに液体内で泡が立ち上がるのがわかります。 飲み物に含まれる炭酸により、少し酸味が感じられます。

炭酸化に影響を与えるもう 1 つの重要な要素は温度です。 二酸化炭素を含むほとんどの気体は、液体の温度が上昇すると液体によく溶けなくなります。 炭酸飲料を室温に放置するとパンクしてしまうのはこのためです。

逆に、お気に入りの炭酸飲料を冷蔵庫に入れて冷やすと、密封されたままの状態でより多くの溶存炭酸ガスが飲み物中に残ります。 冷えたボトルや缶を開けると、冷たい飲み物にはより多くの二酸化炭素が溶けているため、液体はさらに泡立ちます。

炭酸化に関する最後の重要な要素は、液体の表面張力です。 液体の表面張力は、液体の分子が互いにどの程度強く相互作用するかによって決まります。 ほとんどの飲料の場合、それらの分子は水分子ですが、ダイエットソフトドリンクには人工甘味料が溶解されています。 これらの甘味料は水分子間の相互作用を弱め、表面張力を低下させる可能性があります。 表面張力が低いということは、二酸化炭素の泡がより速く形成され、より長く持続することを意味します。

氷を入れたダイエットコークが提供されるまでに少し時間がかかるのはこのためです。これは飛行機内で発生する可能性がある問題です。 人工甘味料による表面張力の低下により、他のソフトドリンクと比べてシュワシュワ感がより多く、より長く持続します。 客室乗務員はカップ内の泡が消えるまで待たなければ、カップにさらにダイエット コークを注ぐことができません。

表面張力は、メントス キャンディを 2 リットルのダイエット コーク ボトルに落とすという有名なメントス実験でダイエット コークがうまく機能する理由でもあります。 キャンディーは水分子と CO₂ 分子の間の相互作用を弱めるのに役立ち、表面張力を下げて CO₂ 分子の放出を容易にします。 ダイエット コークの泡立つ「間欠泉」が 2 リットルのボトルの上に急速に上昇し、二酸化炭素分子がキャンディーの表面に急速に形成され、ダイエット コークがボトルから押し出されます。