تخيل مدى الإثارة عند فتح علبة صودا باردة في يوم صيفي حار، فقط لتتناثر في كل مكان بسبب الكربنة (Carbonation). هذا السيناريو مألوف للغاية، والتفسير الشائع لانفجار الصودا هو أن رج الزجاجة يزيد الضغط لكن هذا التفسير خاطيء. هل تساءلت يومًا عن السبب وراء انفجار الصودا بعد رجها؟
محتويات المقال :
الكربنة والتوازن الكيميائي
تتضمن الكربنة إذابة غاز ثاني أكسيد الكربون عديم اللون والرائحة في سائل. عندما يُضاف ثاني أكسيد الكربون إلى زجاجة محكمة الغلق أو علبة تحتوي على ماء، يزداد الضغط في الزجاجة أو العلبة، ويذوب ثاني أكسيد الكربون في السائل.
حيث يصل ثاني أكسيد الكربون فوق السائل وثاني أكسيد الكربون المذاب في السائل إلى التوازن الكيميائي. ويعني التوازن الكيميائي في الأساس أن معدل ذوبان ثاني أكسيد الكربون في السائل يساوي معدل إطلاق ثاني أكسيد الكربون من السائل. ويعتمد ذلك على كميات ثاني أكسيد الكربون في الهواء وفي السائل.
ولكن ماذا يحدث عندما نفتح زجاجة الصودا؟ ينخفض الضغط في الهواء فوق السائل ليتناسب مع البيئة المحيطة، مما يتسبب في تحول حمض الكربونيك (H₂CO₃) مرة أخرى إلى ثاني أكسيد الكربون. وهنا يحدث السحر، حيث يهرب ثاني أكسيد الكربون من السائل، ويشكل فقاعات على السطح. يعتمد معدل هذه العملية على مساحة سطح السائل.
كيف حصلت الصودا على بريقها؟
يعود مفهوم الكربنة إلى أواخر القرن الثامن عشر عندما اكتشف الكيميائي الإنجليزي جوزيف بريستلي أنه من خلال غمر الماء بثاني أكسيد الكربون، فإنه ينتج مشروبًا غازيًا ومنعشًا. مهد هذا الابتكار الطريق لإنتاج المياه الغازية، المعروفة أيضًا باسم المياه الفوارة.
في أوائل القرن التاسع عشر، قام المخترع الأمريكي جون ماثيوسون، بتطوير آلة يمكنها كربنة المياه على نطاق واسع، مما يجعل من الممكن إنتاج المشروبات الغازية بكميات كبيرة. أدى هذا الاختراع إلى إنشاء أول صودا بنكهة الكولا، وهي شركة كوكا كولا للصيدلاني جون بيمبرتون، في عام 1886. ومع مرور الوقت، قام المصنعون بتحسين عملية الكربنة، وتطوير أساليب أكثر كفاءة لإنشاء فوران ثابت وموثوق في منتجاتهم.
أسباب انفجار الصودا بعد رجها
قد يبدو رج زجاجة الصودا بمثابة إجراء بسيط، ولكنه يؤدي إلى سلسلة من ردود الفعل التي تؤدي في النهاية إلى فوران الصودا سيئ السمعة. عند رج الزجاجة، يمتزج الغاز الموجود فوق الصودا بالسائل، ولأن السائل قد وصل بالفعل إلى أقصى درجة تشبع، فإن ثاني أكسيد الكربون لم يعد قادرًا على الذوبان فيه، وبدلاً من ذلك فإنه يشكل فقاعات في جميع أنحاء الزجاجة. وتزيد هذه الفقاعات من مساحة السطح.
فكر في الأمر مثل لعبة الكراسي الموسيقية، حيث تكون جزيئات ثاني أكسيد الكربون هي اللاعبين. عندما تهز الزجاجة، تبدأ الموسيقى، وتبدأ جزيئات ثاني أكسيد الكربون في الرقص، وتشكل فقاعات أثناء تحركها. ومع انتشار الفقاعات، فإنها تزيد من مساحة السطح، مما يمنح جزيئات ثاني أكسيد الكربون فرصًا أكبر للهروب.
تُعرف هذه العملية بالتنوي، حيث تعمل الفقاعات كمواقع لثاني أكسيد الكربون للهروب من السائل. كلما زاد عدد الفقاعات، زادت مساحة السطح، وزادت سرعة هروب ثاني أكسيد الكربون، مما يؤدي إلى زيادة الضغط ويؤدي في النهاية إلى انفجار الصودا. لذا، ليس الضغط الموجود في الزجاجة هو الذي يزيد عند رجها، بل هو معدل هروب ثاني أكسيد الكربون، مما يؤدي إلى انفجار الصودا بعد رجها الذي نعرفه جميعًا ونحبه (أو نكرهه، اعتمادًا على من يقوم بتنظيف الفوضى).
بدون رج الزجاجة، يكون السطح المكشوف الوحيد عند عنق الزجاجة. ولكن إذا رجتها، تنتشر الفقاعات عبر السائل وتصبح مساحة السطح كبيرة جدًا، حيث تمثل كل فقاعة الآن واجهة بين السائل والغاز. يتبخر ثاني أكسيد الكربون المذاب بسرعة في كل فقاعة، مما يتسبب في تمدد الفقاعات، وبالتالي دفع السائل خارج الزجاجة على شكل رغوة.
طريقة صب الصودا مهمة
عند فتح زجاجة الصودا بعد رجها، ينخفض ضغط الهواء فوق السائل ليتناسب مع البيئة المحيطة. يؤدي هذا التغيير المفاجئ إلى سلسلة من التفاعلات، مما يتسبب في خروج ثاني أكسيد الكربون بسرعة ويحدث انفجارًا فوريًا. ولكن ما هو الدور الذي يلعبه الصب في هذه العملية؟
الجواب يكمن في مساحة السطح. عندما تصب الصودا في كوب، تزيد مساحة سطح السائل بشكل كبير. يسمح ذلك لثاني أكسيد الكربون بالهروب بسرعة أكبر، مما يؤدي إلى فقدان الفوران بشكل أسرع. ومع ذلك، إذا قمت بسكب الصودا ببطء على جوانب الكوب، فإنك تقلل من مساحة السطح وتبطئ هروب ثاني أكسيد الكربون. هذا هو السبب في أن الصودا التي تم صبها بعناية يحتفظ بالفوران لفترة أطول.
الكربنة خارج عالم الصودا
خارج عالم الصودا، تلعب الكربنة دورًا مهمًا في مختلف الصناعات. وفي صناعة المواد الغذائية، يتم استخدامه لإنشاء مجموعة واسعة من المنتجات، من المياه الفوارة إلى البيرة والشمبانيا. في الطب، يتم استخدام الكربنة لصنع أقراص فوارة تساعد في الهضم وامتصاص العناصر الغذائية. وحتى في مجال المعالجة البيئية، يتم استكشاف الكربنة كوسيلة لإزالة الملوثات من التربة والمياه الملوثة.
في المستقبل، يمكن أن يؤدي فهم علم الكربنة إلى تطبيقات مبتكرة في مجالات مثل التكنولوجيا الحيوية وعلوم المواد. حيث يمكن أن نكون قادرين على تسخير قوة الكربنة لإنشاء مواد جديدة ومستدامة أو تطوير طرق أكثر كفاءة لالتقاط الكربون وتخزينه.
المصدر
Shaking A Bottle Of Cola Doesn’t Increase Its Pressure. So Why Does It Explode? | iflscience
Author: أخبار علمية
سعدنا بزيارتك، جميع مقالات الموقع هي ملك موقع الأكاديمية بوست ولا يحق لأي شخص أو جهة استخدامها دون الإشارة إليها كمصدر. تعمل إدارة الموقع على إدارة عملية كتابة المحتوى العلمي دون تدخل مباشر في أسلوب الكاتب، مما يحمل الكاتب المسؤولية عن مدى دقة وسلامة ما يكتب.
التعليقات :