Otkud mjehurići u nekim pićima?

Razmislite: Što se nalazi u mjehurićima? U kojem je agregatnom stanju tvar u mjehurićima?

Zaključujemo da su mjehurići ispunjeni plinom. Kojim plinom?

Napravite mali kućni pokus. U posudu ulijte vodu iz slavine i lagano ju zagrijavajte na štednjaku. Uočit ćete pojavu mjehurića. Otkud plin u vodi?

1800. godine engleski je kemičar William Henry formulirao zakon koji opisuje otapanje plinova u tekućinama.

“Količina plina otopljenog u tekućini na određenoj temperaturi upravno je razmjerna parcijalnom tlaku toga plina iznad tekućine”

c=K_i p_i

gdje je c molarna koncentracija otopljenog plina (u mol/L), p_i parcijalni tlak plina iznad površine tekućine, a K_i konstanta (često se naziva konstanta Henryjeva zakona). Zamislimo sljedeći pokus (slika): Slobodan prostor ispunjen plinom iznad površine tekućine zatvorimo pomičnim klipom. Što će se dogoditi pritisnemo li klip prema površini tekućine?

Smanjimo li pritiskanjem klipa obujam slobodnoga prostora nad tekućinom, povećat će se tlak. Na ovom zamišljenom pokusu vidimo da se dvostrukim povećanjem tlaka iznad tekućine, dvostruko više molekula plina (ružičaste točkice) nalazi u tekućini (plave točkice).  To je posljedica Henryjeva zakona.

Više o tomu..

Konstanta Henryjeva zakona, K, nije doista konstanta, jer se njezina vrijednost mijenja s promjenom temperature. Općenito, vrijednost K pada s porastom temperature pa će količina bilo koje vrste otopljenoga plina u zagrijanoj tekućini biti manja od količine istoga plina otopljenoga u hladnijoj tekućini.

Vratimo se na objašnjenje maloga kućnog pokusa. Voda u vodovodnim cijevima dolazi iz prirodnih izvora. Prirodni izvori vode iznad sebe imaju zrak, čiji se plinovi otapaju u vodi shodno veličini svojega parcijalnog tlaka i konstanti K_i  (čija vrijednost ovisi o temperaturi).  Bez obzira na pojedine specifične uvjete, u takvoj vodi očekujemo da postoje otopljeni svi atmosferski plinovi (dušik, kisik, CO₂, itd.). Kada takvu vodu zagrijavamo, plinovi više ne mogu ostati otopljeni u tekućini, nego izlaze iz volumena tekućine u obliku mjehurića. Uočite (iz formulacije Henryjeva zakona), da bismo istu pojavu zamijetili kada bi iznad tekućine smanjivali tlak.

Pića u kojima nastaju mjehurići imaju, dakle, u sebi otopljene plinove, najčešće CO₂. Kod gaziranih pića, CO₂ se na umjetan način otapa u tekućini (pod povišenim tlakom iznad površine tekućine), dok kod ostalih uglavnom nastaje kao posljedica fermentacije (pivo, šampanjac).

Pokušajte odgovoriti: Vidite li mjehuriće u takvim pićima i prije nego što otvorite bocu koja mirno stoji? Što se događa kada bocu protresete?

Boca s gaziranim pićem (koja mirno stoji) jest sustav koji je postigao ravnotežu izlaska plina iz tekućine (u slobodni prostor pri vrhu boce) i ulaska plina (iz slobodnog prostora u tekućinu) pa u tom slučaju ne vidimo mjehuriće plina.

Kada bocu protresemo, unosimo u sustav dodatnu količinu energije uslijed čega plin opet izlazi iz tekućine u obliku mjehurića (kao i uslijed zagrijavanja). Ostavimo li bocu na miru dovoljno vremena, ponovno će se sustav naći u ravnoteži.

No, tlak plina je u slobodnome prostoru pri vrhu začepljene boce veći od atmosferskoga tlaka zraka koji okružuje bocu, jer se u njemu nalazi plin koji je do uspostavljanja ravnoteže izašao iz tekućine. Što će se dogoditi ako bocu naglo otvorimo?

Gledamo li pažljivo, vidimo da odjednom u CIJELOM obujmu tekućine nastaju mjehurići. Zašto?

Zato što smo naglo smanjili tlak iznad površine tekućine (parcijalni je tlak CO₂ u prostoru iznad gaziranoga pića mnogo  veći od parcijalnoga tlaka CO₂ u okolnome zraku!), pa plin želi naglo izaći iz tekućine. Izlazak može biti toliko buran da mjehurići svojim izlaskom ujedno „povuku“ i tekućinu pa se dio sadržaja boce izlije.