La bevanda COCA-COLA è notoriamente una bevanda gassata. La composizione a grandi linee e è riportata sul retro di ciascuna confezione di bevanda.
Uno dei componenti è l’anidirde carbonica (CO2). L’anidride carbonica è alla base di tutte le bevande gassate per alcuni motivi commerciali tra i quali:
1) costa poco e si produce con facilità
2) è inerte e non reagisce con nessuna delle sostanze contenuta nelle bevande
3) non è velenosa e tossica, anche se asfissiante ad alti dosaggi
4) è abbastanza solubile in acqua a varie temperature
5) se ingerita con la bevanda a parte il gonfiore di stomaco non ha altre controindicazioni
6) protegge il prodotto dalla proliferazione di batteri aerobici. In pratica la bevanda Coca-Cola in confezione non aperta si matiene commestibile per lungo tempo anche senza conservanti aggiunti, basta il suo contenuto di CO2.
Per le caratteristiche salienti dell’anidride carbonica consiglio l’ottimo sito di Wikipedia: http://it.wikipedia.org/wiki/Anidride_carbonica
Il delicato equilibrio della Coca-Cola
Per la solubilità in acqua dei gas si consiglia: http://www.vialattea.net/esperti/php/risposta.php?numero=7996
Qui si ricorda solo che la soilubilità di un gas in solvente aumenta in modo direttamente proporzionato alla pressione esterna applicata ed inversamente porporzionato alla temperatura. Inoltre se il solvente presenta affinità chimica con il gas da disciogliere la solubilità è intrinsecamente maggiore: questo significa che un solvente organico dissoverà maggiormente un gas di molecole organiche, mentre l’acqua che è un solvente polare dissolverà maggiormente molecole gassose polari.
Per fare un esempio in pratica:
n-ottano (organico non polare) discioglie benissimo vari gas organici, metano, propano, pentano, butano e pochissimo gas polari
acqua (inorganico polare) discioglie in percentuali elevate HCl (38%), NH3 (30 %) e pochissimo gas organici non polari
In generale ed in prima approssimazione a temperatura costante i gas seguono la legge di Henry della solubilità
P=k·x
dove:
P = pressione parziale del gas sovrastante la soluzione
k = costante caratteristica della coppia soluto-solvente, dipendente dalla temperatura
x = frazione molare del gas sciolto nel liquido
Tale legge fornisce un grafico a forma di retta con pendenza k. Per la CO2 e l’acqua questa legge è abbastanza valida (k =1,25·106 torr)
Alla pressione di 1Atm la solubilità della CO2 è inversamente proporzionale alla temperatura (°C):
|
T, °C |
0 |
10 |
20 |
40 |
|
CO2, ml/litro H2O |
1,71 |
1,19 |
0,88 |
0,53 |
Aumentando la pressione esterna della CO2 la solubilità aumenta sostanzialmente.
Alterazione dell’equilibrio di solubilità del gas in acqua
Per mantenere l’elevata concentrazione di CO2 nella bevanda è necessario ricorrere ad alcune soluzione tecniche. Innanzitutto le bottiglie sono fatte di polietilene tereftalato che resiste fino alla pressione di 12 Atm senza rompersi. Secondariamente la bottiglia viene tappata perfettamente in mod da non permettere la fuoriuscita di gas per tutta la vita della confezione. Chiunque abbia bevuto una Coca-Cola tiepida sa che il sapore è molto differente da quella della bevanda fresca: la Coca-Cola va bevuta fredda; la temperatura bassa mantiene la CO2 in soluzione.
Quando si stappa una bottiglia di Coca-Cola si comincia ad alterare tutto questo insieme di equilibri.
Tappo
Stappando la confezione di cocacola si diminuisce la pressione nello spazio di testa (spazio compreso tra il tapppo ed il livello della bevanda) e tra lo spazio di testa e la bevanda liquida. Abbiamo detto che la solubilità del gas diminuisce con il diminuire della pressione quindi, stappando la bottiglie/lattina diminuisce la pressione e quindi la CO2 in eccesso viene liberata: si forma gorgogliamento ed effervescenza.
Temperatura
Togliendo la bottiglia dal frigorifero la temperatura comincia ad aumentare: questo effetto è lento essendo la bottiglia di plastica, ma nelle lattine è più rapido. Inoltre i bicchieri hanno le pareti a temperatura ambiente e quindi il contatto tra la bevanda e le pareti scalda parte della bevanda che quindi libera il gas che non può essere più trattenuto dalla bassa temperatura.
Questo effetto si nota anche con bevande non gassate ad esempio l’acqua naturale tolta dal frigo. Nel frigorifero è sempre presente una cerat quantità di aria che viene assorbita dall’acqua man mano che la sua temperatura diminuisce. Quando si versa l’acqua nel bicchiere e la si lascia per qualche minuto a riposo si nota la formazione di piccole bolle sulla superficie interna del bicchiere: è l’aria in eccesso che viene liberata man mano che la temperatura dell’acqua aumenta.
Altri additivi
Aggiungendo granelli di altre sostanze si altera nuovamente l’equilibrio del gas disciolto nella bevanda:
a) piccoli cristalli possono fungere da zone iniziali di instabilità per il gas disciolto, per la presenza sulla superficie di spigoli che concentrano le cariche elettrostatiche.
b) la temperatura diversa dei cristalli altera localmente la temperatura della bevanda che libera gas in eccesso
c) la solubilità del gas è differente disciogliendo della bevanda altre sostanze (zucchero, sale)
L’effetto è verificabile anche con sale oltre che con lo zucchero.
Scheda di sicurezza anidride carbonica
http://www.fi.infn.it/sezione/prevprot/gas/anidridecarbonica.html