학문
탄산음료를 흔들면 왜 넘치게 되나요?
탄산음료는 가만히 있을 때보다 흔든 뒤 열면 훨씬 강하게 넘치는 경우가 많습니다. 화학적으로 탄산음료를 흔들었을 때 내부에서 어떤 변화가 발생해서 이와 같은 현상이 발생하나요?
2개의 답변이 있어요!
안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
흔들거나 떨어뜨린 탄산 음료를 뚜껑을 열게 되면 거품이 넘쳐 흘러 곤란한 적이 있었을 것입니다. 왜 이런 현상이 일어나는지 자세히 설명해 드리겠습니다.
탄산음료는 높은 압력을 가해 이산화탄소 가스를 액체 속에 강제로 녹여 놓은 과포화 상태의 음료입니다. 뚜껑이 닫혀 있을 때는 병 내부의 압력이 균형을 이루고 있어 가만히 두면 기포가 새로 생기지 않고 안정적인 상태를 유지합니다. 하지만 음료를 세게 흔들면 병 위쪽 빈 공간에 모여 있던 이산화탄소 가스가 액체 내부로 마구 뒤섞이면서 수 백만 개의 미세한 기포로 쪼개져 액체 전체에 퍼지게 됩니다. 과학적으로 이 미세 기포들은 액체 속에 녹아 있는 가스들이 쉽게 모여들 수 있는 핵생성 자리 역할을 합니다.
이 상태에서 뚜껑을 열면 병 내부 압력이 대기압 수준으로 급격히 떨어집니다. 이때 액체 속에 억지로 녹아 있던 이산화탄소들이 새로운 기포를 만드는 대신, 이미 흔들어서 만들어진 수 백만 개의 미세 기포 속으로 순식간에 빨려 들어가게 됩니다. 이로 인해 기포의 부피가 순식간에 폭발적으로 팽창하며, 거대해진 기포들이 주변의 액체를 한꺼번에 위로 밀어 올리기 때문에 음료가 분수처럼 강하게 넘쳐흐르는 현상이 발생합니다.
안녕하세요. 탄산음료를 흔들면 넘치는 이유는 탄산가스가 액체 속에서 한꺼번에 빠져나오기 쉬운 상태가 되기 때문이며, 흔드는 과정에서 음료 속에 수많은 작은 기포의 핵이 만들어집니다. 탄산음료는 제조 과정에서 높은 압력을 가해 이산화탄소를 물에 녹여 놓은 상태인데요, 병이나 캔이 닫혀 있을 때는 내부 압력이 높아 많은 양의 이산화탄소가 액체 속에 안정적으로 녹아 있습니다. 하지만 뚜껑을 열면 압력이 갑자기 낮아지면서 녹아 있던 이산화탄소가 기체로 빠져나오려 합니다.
가만히 있던 탄산음료에서는 기체가 비교적 천천히 작은 기포를 만들며 올라오는데요, 이때 음료를 흔들면 액체 전체에 미세한 기포가 생기고, 이 기포들이 이산화탄소가 모여 커질 수 있는 발판 역할을 합니다. 또한 흔드는 과정에서 액체와 기체가 강하게 섞여 병 안의 빈 공간에 있던 기체도 잘게 분산됩니다. 이 상태에서 뚜껑을 열 경우 압력이 급격히 감소하면서 녹아 있던 이산화탄소가 수많은 기포 핵으로 한꺼번에 모여 매우 빠르게 팽창합니다. 기포가 급격히 커지면서 주변의 음료를 밀어 올리고, 거품이 순식간에 늘어나 병 밖으로 넘쳐흐르게 되는 것입니다. 다만 흔든 직후에도 잠시 그대로 두면 다시 넘칠 가능성이 줄어드는데요, 흔들면서 생긴 작은 기포들이 시간이 지나 위쪽으로 모여 사라지고, 액체가 다시 안정된 상태에 가까워지기 때문입니다. 감사합니다.