#生活中的化学#
碳酸饮料摇晃以后可以复原吗
ps.默认瓶盖是拧紧了的,以下一切都按封闭体系处理:
Q1.剧烈的摇晃是否会让瓶子炸裂
答案是不会的,PET的瓶身可比想象的要结实的多,根据实验(图2,3,4),至多能承受14个大气压而不破裂。
而实际上5℃下(灌装温度)二氧化碳的平衡压强也就几个大气压。和上限比较,不论用多大的力气都是小打小闹。
而摇晃的剧烈程度决定的只是静止后建立新的平衡时的压强。再次开盖时,若液面平静,则会听到更大的声音;或是随着表层泡沫喷溅一身
。dogedoge
Q2.静置的可乐为什么看不到气泡
由于可乐的配方包含磷酸和钠离子等组分,导致可乐的表面张力较大。同时在液体表面会形成一个溶质浓度比体相更大的表面相,该部分的表面张力比体相更大,形成一个阻止二氧化碳离开的小隔离层。
气泡若要逸出,需要先形成气泡。气泡受到到了内部气体向外的压力p=nRT/V 以及气液界面的表面张力引起的向内的附加压力Δp=4γ/r。
由于该附加压力在气泡半径小的时候非常大,导致平稳的溶液很难形成气泡,即使形成也难以增大并最终逸出。
溶解的二氧化碳和水发生可逆反应生成碳酸,而碳酸在水中进行一级电离为碳酸氢根,随后碳酸氢根二级电离生成碳酸根。由于可乐中添加了磷酸,pH大约在2~3,导致碳酸的电离被抑制。所以体系内的二氧化碳多以溶解的二氧化碳和碳酸的形式存在。
Q3.当你摇动可乐瓶,发生了什么
你可能发现,在干一大口可乐以后,不管瓶子在盖的时候有多瘪,摇晃或者静置一段时间,瓶子总会变得饱满有弹性。这是为什么呢?
反复摇动瓶子,使得表面相被破坏,隔离层的作用丧失。
液体流动,并且与瓶壁碰撞,湍流引发了大量局部小气泡的形成,气泡开始逸出溶液体系。
在气泡逸出的初期,瓶内气压变化不大。瓶子为塑料瓶,发生一定形变,对外做功损失一部分内能。但最终瓶子到达形变极限,体积几乎不再增大。
逸出后期,pV=nRT,气体相体积不变而二氧化碳物质的量增大,气压开始上升,直到该气压与二氧化碳的蒸汽压平衡。
摇动增加了体系的内能,分子动能升高,发生更多有效碰撞,使得反应速率加快,且溶液中负焓变的反应得到促进。碳酸分子分解为溶解的二氧化碳和水,增大了溶液相中二氧化碳的蒸汽压。
Q4.停止摇晃后的一小段时间发生了什么
人对瓶子做的功转化为化学能,改变了溶液组分,溶液pH升高,总离子浓度有所增大。
由于不继续产生湍流,而且气体无法离开瓶子,液面上部的二氧化碳开始溶解回溶液表面。
一段时间后,表面相重新建立,由于溶液总离子浓度有所增加,Γ=n/A,溶质表面超量增大。
这产生一个比最初更强的阻隔效应,阻止了二氧化碳的在溶液表面的进一步溶解。瓶子的形变维持在较高水平,气相中的二氧化碳含量较摇动前又较大增加。
溶液体相内的二氧化碳含量比最初减少,使得内部更加难以形成气泡。气相中的二氧化碳想要溶解进溶液体相,但是由于表面相的阻隔,速率极低甚至无法进行。
Q5.摇瓶子很爽,但爽完以后如何恢复
二氧化碳在不同温度下的溶解度-压力曲线
你可以选择减低溶液温度来增大二氧化碳溶解度,但是溶液组分和表面现象导致了一些动力学阻碍,溶液无法回复到最初的状态。
比较靠谱的补救方法是放到冰箱里冷却。
摇瓶子很酸爽,但是会牺牲掉口感。所以,还是摇别人的吧

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