Skąd te bąbelki?

Doświadczenie 1

Terakotową ceramiczną doniczkę lub podstawkę włóż do worka i potłucz (ostrożnie!) młotkiem na kawałki wielkości 1–2 cm. Dwie szklanki napełnij do połowy albo gazowaną wodą mineralną (A), albo napojem gazowanym typu cola (B). Do obu szklanek wrzuć 3–4 kawałki donicy. Powtórz doświadczenie, ale zamiast okruchów użyj szczypty soli, cukru lub piasku. Gdzie bąbelki wydzielają się intensywniej?

Wyjaśnienie: Znane doświadczenie z mentosem wrzuconym do coli zwykle kończy się eksplozywną fontanną. To nie efekt reakcji chemicznej, lecz zaburzenia stanu, w jakim znajduje się ciecz nasycona dwutlenkiem węgla. Rozpuszczonego gazu jest znacznie więcej, niż może się w niej utrzymać w warunkach ciśnienia panującego po otwarciu puszki – próbuje on uciec z cieczy, ale nie jest to łatwe i nie następuje natychmiast. Poszczególne cząsteczki gazu muszą mozolnie przedzierać się między tłumem cząstek wody. Jednak każde zaburzenie pojawiające się w cieczy, np. szorstka powierzchnia mentosa, chropowaty odłamek donicy czy połamane kryształki cukru, to idealne miejsca, na których cząstki gazu gromadzą się i tworzą bąbelek, który niczym zorganizowana wycieczka łatwiej przedziera się ku powierzchni. Najwięcej bąbelków tworzy się na „świeżych” szorstkich krawędziach doniczki, znacznie mniej na fabrycznie wygładzonych powierzchniach (chemicy wykorzystują takie odłamki jako kamyczki wrzenne, zapobiegające przegrzaniu i gwałtownemu wytryśnięciu ogrzewanych cieczy). Na podstawie tych obserwacji opracowano linie kieliszków do szampana z tzw. punktem musującym – szorstkim dnem, zapewniającym przedłużone wydzielanie estetycznych strumieni pęcherzyków. Wszelkie rysy na szkle, a nawet osad soli mineralnych z uprzednio wypitej porcji wody mogą inicjować wzmożone uwalnianie pęcherzyków. Wstrząsanie butelki z napojem także tworzy „punkty zgromadzeń” – będą nimi wprowadzone do roztworu pęcherzyki powietrza znad cieczy. Jeśli nie odczekamy, aż wypłyną na powierzchnię, to otwarcie butelki może spowodować gwałtowne uwolnienie CO₂.

Doświadczenie 2

Do zestawów A i B z doświadczenia 1 z odłamkami dosyp po pół łyżeczki sody kaustycznej (NaOH) i delikatnie rozmieszaj łyżeczką. Obserwuj wydzielanie się bąbelków. Następnie dolewaj porcjami octu i obserwuj, co się zmienia.

Wyjaśnienie: Dodawanie NaOH zatrzymuje wydzielanie pęcherzyków, a w butelce z wodą mineralną wytrąca się mlecznobiały osad węglanu wapnia. Dodanie odpowiednio dużej porcji octu przywraca wydzielanie pęcherzyków gazu (i rozpuszcza węglan wapnia w butelce z wodą mineralną). Dwutlenek węgla nie tylko rozpuszcza się w wodzie – jego część reaguje z nią, tworząc kwas węglowy. Może on tworzyć sole (węglany) z zasadami (np. NaOH) – w środowisku zasadowym jon węglanowy jest stabilny. W środowisku kwaśnym (kwas cytrynowy i fosforowy w coli, a w doświadczeniu dzięki dodaniu octu) kwas węglowy jest nietrwały i może dynamicznie rozłożyć się do wody i dwutlenku węgla, który ucieka z cieczy.

Doświadczenie 3

W płaskim rondlu umieść liść czerwonej kapusty, zalej wrzątkiem i odstaw na 3–4 godz. Ostudzony dodaj do gazowanej wody mineralnej. Jaki uzyska kolor?

Wyjaśnienie: Gazowana woda mineralna jest przesycona dwutlenkiem węgla, a zatem również produktem jego reakcji z wodą – kwasem węglowym. Sok z czerwonej kapusty zawiera barwniki zwane antocyjanami, które w środowisku obojętnym przyjmują barwę fioletową, w zasadowym – zieloną, a w kwaśnym – malinową (i tę zaobserwujemy).

Doświadczenie 4

Szklankę napełnij gazowaną wodą mineralną lub innym gazowanym napojem. Wrzuć do szklanki 1–2 rodzynki i obserwuj ich położenie – zwróć uwagę na rozmiar bąbelków gazu.

Wyjaśnienie: Powierzchnia rodzynek jest pełna nierówności – wydzielają się na nich pęcherzyki gazu i warto dokładniej zaobserwować, jak rosną, łapiąc z otaczającej je cieczy coraz więcej gazu. Nie wszystkie pęcherzyki odrywają się od owocu, lecz jak małe balony podrywają go do powierzchni cieczy i dopiero tam odpadają. Owoc cyklicznie wznosi się na powierzchnię i opada.

Doświadczenie 5

Strzykawkę o poj. 20 ml napełnij 1 cm³ napoju typu cola (odstanego przez 5–10 min, nie powinien się intensywnie burzyć). Zatkaj palcem wylot strzykawki i ciągnij tłok, tworząc wewnątrz obszar obniżonego ciśnienia – obserwuj zachowanie płynu przy położeniu tłoka przytrzymanego na kilkanaście sekund przy oznaczeniach 10 i 20 ml.

Wyjaśnienie: Doświadczenie stanowi odwrotność tworzenia napojów gazowanych, gdzie gaz wnika w ciecz w warunkach wysokiego ciśnienia. Natomiast obniżenie ciśnienia sprawia, że ciecz może utrzymać w sobie jeszcze mniej gazu i pojawiają się liczne pęcherzyki (tłok przy 10 ml), których średnica rośnie, gdy odciągnąć tłok do 20 ml.

Doświadczenie 6

Dwie szklanki napełnij wodą mineralną. Do pierwszej wlej przegotowaną wodę o temperaturze pokojowej, do drugiej – wrzątek. Gdzie intensywniej wydzielają się bąbelki?

Wyjaśnienie: Rozpuszczalność gazów maleje wraz ze wzrostem temperatury – schłodzona w lodówce cola lub szampan nie musują tak intensywnie i stwarzają niższe ryzyko „eksplozji”. Dodatek gorącej wody podnosi temperaturę cieczy i wzrasta intensywność wydzielania bąbelków.

***

Uwaga!

Redakcja nie ponosi odpowiedzialności za ewentualne szkody powstałe wskutek doświadczeń.

***

Zestaw przyrządów i materiałów

gazowana woda mineralna, napój typu cola, terakotowa doniczka, cukier, sól, piasek, strzykawka poj. 20 ml, czerwona kapusta, soda kaustyczna do udrożniania rur, ocet

Niewliczone w cenę: szklanki, łyżeczka, czajnik elektryczny, młotek, worek foliowy

Czas przygotowania: 1 godz.

Koszt: 45 zł

***

Wiedza w pigułce

Prosta smuga bąbelków w kieliszku szampana wróży pomyślny nowy rok – a jest tych bąbelków całkiem sporo, bo jedna butelka o pojemności 750 ml mieści nawet 5 l dwutlenku węgla! Przed otwarciem ciśnienie sięga 4,5–6 barów – może być nawet 6 razy wyższe niż ciśnienie atmosferyczne i do trzech razy wyższe niż ciśnienie w oponie samochodowej (2,1– 2,6 barów)! Nic dziwnego, że wina szampańskie były drogie – spontanicznie wybuchały, a jedna eksplozja aktywowała kaskadę wybuchów sąsiednich butelek, i to pomimo używania wzmacnianego szkła. Dopiero w XIX w. ustalono, ile dodać cukru, aby podczas tzw. drugiej fermentacji wino nasyciło się gazem, lecz nie rozsadzało butelki.

W butelkach napojów gazowanych ciśnienie przed otwarciem jest zdecydowanie niższe i wynosi od 2 do 4 barów. Podczas procesu produkcji gaz wnika do cieczy, nasyca ją w warunkach podwyższonego ciśnienia i wtedy butelki oraz puszki są zamykane. Proces można wykonać także w domu – jeśli ma się do dyspozycji syfon i naboje ze sprężonym dwutlenkiem węgla – naśladując pioniera tej techniki Josepha Priestleya, któremu w 1767 r. za źródło dwutlenku węgla posłużyła kadź z fermentującym piwem, a 5 lat później – mieszanka kredy i kwasu siarkowego. Około 1792 r. Jacob Schweppe zainspirował się i udoskonalił ten pomysł, dodając sprężarkę, co pozwalało mocniej nasycać napój gazem. Tak zaczęła się era napojów gazowanych. Nasycanie dwutlenkiem węgla nadaje napojom delikatnie kwaśny smak. Z tego samego powodu nie używa się dwutlenku węgla do spieniania śmietany – deser z kwaskowatą nutą zsiadłego mleka niekoniecznie trafia w gusta klientów, których zadowala neutralny smak podtlenku azotu, stosowany w komercyjnie dostępnych puszkach ze śmietanką w sprayu. Wody mineralne mogą być też naturalnie gazowane (woda wypływająca ze studni artezyjskich często jest pełna bąbelków) – wysokie ciśnienie, zapobiegające utracie gazu, wynika z nacisku skał, pomiędzy którymi jest uwięziona w podziemnym zbiorniku zgromadzona ciecz. W starożytności Rzymianie mówili, że ze źródeł tego typu wypływa „tańcząca woda”. W czasach nowożytnych kąpielom w musujących wodach przypisywano działanie lecznicze, ale dopiero w 1792 r. tajemnicze bąbelki zidentyfikowano jako CO₂. To dwutlenek węgla napędza także cykliczne wybuchy tzw. zimnych gejzerów, które są atrakcją turystyczną m.in. niemieckiego Andernach.