안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
콜라를 흔들었을 때 폭발하듯 뿜어져 나오는 유발 원인과, 시간이 지난 뒤 원래대로 되돌아가는 원리에 대해 자세히 설명해 드릴게요.
탄산음료는 높은 압력을 이용해 이산화탄소가 물속에 대량으로 녹아 있는 상태입니다. 뚜껑이 닫힌 상태에서 콜라를 거세게 흔들면, 병 상단의 빈 공간에 있던 기체가 액체 속으로 섞여 들어가 수많은 미세한 기포 방울이 액체 전체에 만들어집니다. 물속에 녹아 있는 이산화탄소는 기체로 탈출하려 할 때 씨앗 역할을 하는 핵생성 자리가 필필한데, 흔들어서 생긴 수많은 미세 기포들이 이 거점 역할을 하게 됩니다. 뚜껑을 열면 내부 압력이 순식간에 낮아져 액체 속에 녹아 있던 이산화탄소가 음료 전체에 퍼져 있는 미세 기포 속으로 한꺼번에 몰려들면서 기포가 급격히 팽창합니다. 음료 바닥과 중간 전역에서 기포가 일시에 커지며 위로 솟구치기 때문에, 액체를 밖으로 밀어내며 폭발하듯 뿜어져 나오게 됩니다.
액체 속에 갇혀 있던 미세 기포들은 시간이 지나면서 부력에 의해 위로 올라가 상부 빈 공간으로 다시 빠져나갑니다. 액체 속에서 기포 씨앗들이 사라지면, 뚜껑을 열어 압력이 낮아져도 이산화탄소가 한꺼번에 모여들 거점이 없어집니다. 기포가 빠져나가고 나면 용기 내부의 기체 압력과 액체 속 탄산 농도가 다시 안정된 동적 평형 상태를 이루므로, 뚜껑을 열어도 수면 위로만 탄산이 잔잔하게 빠져나오게 됩니다.