Mikä tekee hiilidioksidista liukoisen H2O: han?

Kuulet tyydyttävän virinän ja huomaat, että höyry nousee pullon yläosaan, kun avaat hiilihapollisen juoman. Kuplat, jotka luovat tämän vaikutuksen, ovat veteen liuotettuja hiilidioksidikaasumolekyylejä. Se voi olla vaikea kuvitella, mutta CO2 liukenee veteen, koska vesi ympäröi hiilidioksidimolekyylejä ja toimii häkkinä niiden ympärillä.

Yksi syy siihen, että kaasu, kuten hiilidioksidi, liukenee veteen, on sen varaus. CO2 koostuu yhdestä hiiliatomista ja kahdesta happiatomista. Atomeilla on yhteisiä elektroneja, mutta ne eivät jaa näitä elektroneja tasaisesti - CO2-molekyylin happipääissä on pieni negatiivinen varaus. Vesimolekyylit ovat houkutelleet näille napa-alueille, jolloin CO2 liukenee veteen.

Hiilidioksidimolekyylien on ensin läpäistävä ilman- ja vesisuojus liukenemaan veteen. Kun CO2 ylittää veden pinnan, molekyylit saavat vesimolekyylikuoren ja siirtyvät hiilidioksidikaasusta eli CO2: sta (g) vesiliuoksen hiilidioksidiin tai CO2: iin (vesipitoinen). Tämä prosessi on hyvin hidasta.

Kaikki CO2-molekyylit eivät pysy liuenneina veteen - osa niistä reagoi veden kanssa muodostaen hiilihappoa tai H2CO3: ta. Tämä reaktio on myös hyvin hidas. CO2: n, H2O: n ja H2CO3: n välillä on tasapaino. Hiilihappo on heikko ja voi dissosioitua bikarbonaatiksi tai karbonaatiksi; näistä reaktioista syntyy vetyä, mikä antaa hiilihapotetulle vedelle hieman happaman pH: n.

Kun avaat pulloa soodaa tai kuohuviiniä, huomaat, että pieniä kuplia muodostuu ja nousevat nesteen yläosaan. Kun tehtaat tuottavat hiilihapotettuja juomia, ne lisäävät hiilidioksidia veteen suurella paineella saadakseen enemmän hiilidioksidikaasua kuin luonnollisesti. Hiilidioksidia lisätään tyypillisesti kylmään veteen, koska sen liukoisuus veteen vähenee lämpötilan noustessa. Saatat huomata, että sooda menee "tasaiseksi" tai menettää hiilihapotuksensa. Koska veteen ja hiilidioksidiin liittyvä vetovoima ei ole yhtä vahva kuin esimerkiksi veden ja sokerin välillä, liuoksesta vapautuu CO2-molekyylejä.