Bevande gassate
Avrete notato tutti che se si scuote un liquido che contiene anidride carbonica in soluzione (acqua minerale, birra, bibite varie) il gas si separa dal liquido, come se la solubilità diminuisse. Qualcuno ha idea del motivo?
Risposte
Io ho sempre pensato il seguente.
La CO2 in acqua a 1atm è poco solubile, infatti le bevande molto gassate sono un leggermente in pressione. Già quando le apri la pressione diminuisce e la CO2 tende a tornare in fase gas, se poi fornisci anche energia (mediante l'agitazione), anche se poca, secondo me ciò incide molto sulla solubilità. Nel senso che già siamo in una situazione di non-equilibrio, quindi credo basti poca energia per far succedere qualcosa.
La CO2 in acqua a 1atm è poco solubile, infatti le bevande molto gassate sono un leggermente in pressione. Già quando le apri la pressione diminuisce e la CO2 tende a tornare in fase gas, se poi fornisci anche energia (mediante l'agitazione), anche se poca, secondo me ciò incide molto sulla solubilità. Nel senso che già siamo in una situazione di non-equilibrio, quindi credo basti poca energia per far succedere qualcosa.
Mah. L'energia fornita scuotendo è veramente minima. Molto minore di quella fornita con un piccolissimo riscaldamento, che però non produce affatto questo effetto.
Se fornisci calore però devi tenere in conto anche della diffusione del calore. L'acqua ha un cp molto alto poi... Sto ipotizzando, magari poi provo a fare qualche conto e vedere se è fattibile come spiegazione. Altrimenti non saprei.. 
PS: magari è una cavolata, ma se scuoti una bottiglia di acqua gassata e aspetti qualche secondo l'acqua si ferma (passa poco tempo). Penserei che quindi le irreversibilità che generano calore a partire dal movimento sono "veloci"; se invece fornisci calore, magari devi aspettare più tempo.
PS: magari è una cavolata, ma se scuoti una bottiglia di acqua gassata e aspetti qualche secondo l'acqua si ferma (passa poco tempo). Penserei che quindi le irreversibilità che generano calore a partire dal movimento sono "veloci"; se invece fornisci calore, magari devi aspettare più tempo.
"mgrau":
... Molto minore di quella fornita con un piccolissimo riscaldamento, che però non produce affatto questo effetto.
Prova a mettere una lattina di Coca Cola ™ sul gas e vediamo cosa succede ...
"axpgn":
Prova a mettere una lattina di Coca Cola ™ sul gas e vediamo cosa succede ...
E' una battuta... sono ordini di grandezza completamente diversi.
Proviamo a fare due conti della serva:
- supponiamo che uno "scuotimento" corrisponda ad una caduta da 1m, per una lattina, fanno 3.3J
- per riscaldare di 1 grado la lattina occorrono 4186*0.33 = 1400J
- metterla sul fuoco, cosa vorrà dire? portarla a 50°? Sono 70.000 J, ossia circa 20.000 scuotimenti... salvo errori
Ho fatto due conti alla buona con dei dati presi su un hanbook per la costante di Henry (solubilità) di CO2 in H20 e anche ipotizzando che l'energia entrante sia di circa 30J la solubilità non cambia significativamente... Quindi ho detto una cavolata.
Ho cercato un po' su internet, ma non trovo una spiegazione che mi soddisfi
PS io ho ipotizzato che l'energia entrante fosse vista dal sistema come calore entrante e quindi ciò sembra confermare quello che dice mgrau (se fornisco la stessa quantità col calore invece che per agitazione non succede nulla). Inoltre non ho considerato la formazione di acido carbonio in acqua che, da quanto ho capito invece da un paio di ricerche su internet, non è trascurabile. Nonostante questo anche se aggiungessi una relazione di equilibrio chimico al sistema non penso che il risultato possa cambiare significativamente.
Ho cercato un po' su internet, ma non trovo una spiegazione che mi soddisfi
PS io ho ipotizzato che l'energia entrante fosse vista dal sistema come calore entrante e quindi ciò sembra confermare quello che dice mgrau (se fornisco la stessa quantità col calore invece che per agitazione non succede nulla). Inoltre non ho considerato la formazione di acido carbonio in acqua che, da quanto ho capito invece da un paio di ricerche su internet, non è trascurabile. Nonostante questo anche se aggiungessi una relazione di equilibrio chimico al sistema non penso che il risultato possa cambiare significativamente.
@mgrau hai risolto ? sono curioso 
"mgrau":
Avrete notato tutti che se si scuote un liquido che contiene anidride carbonica in soluzione (acqua minerale, birra, bibite varie) il gas si separa dal liquido, come se la solubilità diminuisse. Qualcuno ha idea del motivo?
Per quanto semplice la domanda, non riesco a trovare una risposta plausibile, secondo me c'entra comunque l'energia fornita. ...ci penso.
Mi viene in mente che potrebbe contare l'aumento della superficie di contatto gas/liquido. Per verificare si dovrebbe avere un recipiente completamente pieno, scuoterlo e vedere se l'aumento di pressione cambia oppure no rispetto a quando c'è dell'aria
Io penso che a facilitare meccanicamente la dissoluzione possa essere la pressione esercitata sulle molecole del liquido.
Quando una bottiglia viene agitata, il liquido contenuto sbatte violentemente contro la superficie interna, sopportando uno sbalzo di pressione repentino.
E se la bottiglia è completamente piena fino all'orlo, il liquido ha meno libertà di movimento e la pressione sopportata dal liquido mentre viene agitata è certamente inferiore, per il semplice fatto che tecnicamente non avvengono rapidi e intensi scambi di forze (urti).
Quando una bottiglia viene agitata, il liquido contenuto sbatte violentemente contro la superficie interna, sopportando uno sbalzo di pressione repentino.
E se la bottiglia è completamente piena fino all'orlo, il liquido ha meno libertà di movimento e la pressione sopportata dal liquido mentre viene agitata è certamente inferiore, per il semplice fatto che tecnicamente non avvengono rapidi e intensi scambi di forze (urti).
Dopo aver cercato un po' qua e là su internet e non, penso che la risposta che riesco ad accettare meglio è che agitando la bottiglia si formano dei centri di nucleazione che favoriscono la transizione di fase. Agitando la bottiglietta una parte piccolissima del vapore sopra il liquido viene intrappolato nel liquido stesso quando "torna a riposo", sotto forma di microscopiche bollicine. Queste bollicine tuttavia dovrebbero, per qualche oscura ragione, essere abbastanza grandi da fungere da centri di nucleazione per la transizione di fase.
Se lasci la bottiglia ferma per un tempo sufficientemente lungo, ovviamente si ristabilisce l'equilibrio termodinamico.
Io non so nulla del fenomeno di nucleazione... ho cercato su wikipedia, ma non ho ben capito come funziona e non riuscirei mai a buttare giù due calcoli per vedere se è veramente così... Certo l'energia necessaria alla formazione di questi centri i nucleazione deve essere bassissima: ciò ha senso.
Che ne pensate ?
Se lasci la bottiglia ferma per un tempo sufficientemente lungo, ovviamente si ristabilisce l'equilibrio termodinamico.
Io non so nulla del fenomeno di nucleazione... ho cercato su wikipedia, ma non ho ben capito come funziona e non riuscirei mai a buttare giù due calcoli per vedere se è veramente così... Certo l'energia necessaria alla formazione di questi centri i nucleazione deve essere bassissima: ciò ha senso.
Che ne pensate ?
@dRic Può essere un'idea. Si può verificarla agitando il liquido in assenza di gas, in un recipiente completamente pieno. Ci sarà o no un aumento di pressione?
"mgrau":
Si può verificarla agitando il liquido in assenza di gas, in un recipiente completamente pieno.
Ci avevo pensato (e provvederò!). Tuttavia, anche con l'esperimento, si dimostrerebbe (nel caso funzionasse) che il vapore sopra la superficie del liquido è necessario, ma non nel dettaglio il meccanismo... Nel senso che io non ci ho capito nulla della nucleazione, e di come potrebbe funzionare. Poi, leggendo su wikipedia (non ho trovato di meglio), ho scoperto che la teoria della nucleazione è buona per descrivere la transizione di fase da solido a liquido, mentre fa un po' cilecca nel descrivere la transizione liquido/vapore.
"mgrau":
Ci sarà o no un aumento di pressione?
*Secondo me* sì. Indipendentemente dalle circostanze e dal raggiungimento o meno di un equilibrio termodinamico, la fase vapore occupa sempre più spazio della fase liquida.
"dRic":
Tuttavia, anche con l'esperimento, si dimostrerebbe (nel caso funzionasse) che il vapore sopra la superficie del liquido è necessario, ma non nel dettaglio il meccanismo...
Certo, non ti spiega il meccanismo, ma almeno elimina le ipotesi che fanno capo ad un apporto di energia.
Vero. Quando dici "in assenza di gas in un recipiente completamente pieno" intendi che non ci devono essere neanche bollicine nell'acqua o solo che il livello dell'acqua deve arrivare precisamente alla fine del recipiente?
"dRic":
Vero. Quando dici "in assenza di gas in un recipiente completamente pieno" intendi che non ci devono essere neanche bollicine nell'acqua o solo che il livello dell'acqua deve arrivare precisamente alla fine del recipiente?
Idealmente, la prima che hai detto... certo che non è facile
Mhm... difficilissimo! Oppure mi viene in mente, magari dico una cavolata, si potrebbe prendere una "siringa" e iniettare un po' di aria nell'acqua e vedere se, oltre alla bollicina dell'aria che inietto, si formano delle altre bollicine. E' stupida come idea?
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