Senti uno sfrigolio soddisfacente e vedi l'effervescenza salire in cima a una bottiglia quando apri una bevanda gassata. Le bolle che creano quell'effetto sono molecole di anidride carbonica disciolta in acqua. Potrebbe essere difficile da immaginare, ma la CO2 è solubile in acqua, poiché l'acqua circonda le molecole di anidride carbonica e agisce come una gabbia attorno ad esse.
Carica molecolare
Uno dei motivi per cui un gas come l'anidride carbonica si dissolve nell'acqua è la sua carica. La CO2 è composta da un atomo di carbonio e due atomi di ossigeno. Gli atomi condividono gli elettroni, ma non condividono quegli elettroni in modo uniforme: le estremità dell'ossigeno di una molecola di CO2 hanno una leggera carica negativa. Le molecole d'acqua sono attratte da queste aree polari, consentendo alla CO2 di dissolversi nell'acqua.
Il processo di scioglimento
Le molecole di anidride carbonica devono prima superare la barriera di aria e acqua per dissolversi in acqua. Una volta che la CO2 attraversa la superficie dell'acqua, le molecole acquisiscono un guscio di molecole d'acqua e si trasferiscono dal gas di anidride carbonica, o CO2(g), all'anidride carbonica in una soluzione acquosa, o CO2(aq). Questo processo è molto lento.
Equilibrio
Non tutte le molecole di CO2 rimangono disciolte nell'acqua: una parte di esse reagisce con l'acqua per formare acido carbonico o H2CO3. Anche questa reazione è molto lenta. L'equilibrio è stabilito tra CO2, H2O e H2CO3. L'acido carbonico è debole e può dissociarsi in bicarbonato o carbonato; l'idrogeno viene prodotto da queste reazioni, che conferisce all'acqua gassata un pH leggermente acido.
Processo di carbonatazione
Quando apri una bottiglia di soda o acqua frizzante, noti che si formano delle bollicine che salgono verso l'alto del liquido. Quando le fabbriche producono bevande gassate, aggiungono CO2 all'acqua ad alta pressione per far dissolvere più gas CO2 di quanto farebbe naturalmente. L'anidride carbonica viene tipicamente aggiunta all'acqua fredda perché la sua solubilità in acqua diminuisce all'aumentare della temperatura. Potresti notare che una soda diventa "piatta" o perde la sua carbonatazione. Poiché l'attrazione tra acqua e anidride carbonica non è così forte come tra acqua e zucchero, ad esempio, le molecole di CO2 vengono rilasciate dalla soluzione.