מדוע סודה מתפוצצת במקפיאים?

כאשר המים בתוך סודה הופכים לקרח בתוך המקפיא, הם מתרחבים ודוחפים את הפחמן הדו-חמצני החוצה וגורמים לפיצוץ. לכל אחד יש סיפור על סודה קפואה שמתפוצצת. בין אם הם עשו בלאגן במקפיא בניסיון לקרר שש חבילות פחיות לפני מסיבה או שהשאירו בקבוק שני ליטר במכונית בן לילה במהלך חורף קפוא וחזר לאסון דביק, השאלה תמיד מגיעה: איך זה קורה, ולמה מיכל הסודה נראה כל כך מוזר לאחר מכן?

TL; DR (ארוך מדי; לא קרא)

סודה מתפוצצת כשהיא קפואה בגלל תערובת של מולקולות מים והגזמה. סודה היא בעיקר מים והיא מלאה בגז פחמן דו-חמצני מומס שהופך אותה לתוססת. המים מתרחבים כשהם קופאים, והתהליך דוחף את ה- CO2 בסודה החוצה. השילוב של גז בלחץ שמנסה לברוח וקרח שממלא מקום קטן מדי עבורו הוא יותר מדי עבור המיכל, והמתח גורם לפחית הסודה או הבקבוק להתפוצץ.

הסודה היא כמעט כולה מים, בטעם סירופ מתוק ועשויה תוססת על ידי הוספת כמויות גדולות של גז CO2 בתהליך הנקרא גזים. מולקולות של CO2 מנסות באופן טבעי להשאיר נוזלים על ידי עלייה דרך פני השטח כדי להימלט כגז: זו הסיבה שסודה מבעבעת כשאתה פותח אותה. אם יותר מדי מ- CO2 בורח מהנוזל, המשקה הולך לשטוח, ולכן נוסף CO2 נוסף לאוויר בחלק העליון של הפחית או הבקבוק במהלך הייצור כדי להגביל את כמות הגז היוצא. ההתנהגות של מולקולות מים ופחמן דו חמצני במיכל אטום היא שגורמת לפיצוץ של סודה כשהיא קפואה.

מכיוון שהטמפרטורה משפיעה על תנועת המולקולות, ותנועת המולקולות משפיעה על הנפח של a חומר, רוב החומרים מתכווצים כשהם מתקררים וקופאים, ומתרחבים כשהם מתחממים והופכים לנוזל או גַז. מולקולות ה- CO2 בסודה, למשל, נעות פחות כשהן מתקררות, ותופסות פחות מקום במיכל. אבל מים עובדים אחרת.

תכונות המים אינן יוצאות דופן. המולקולות שלה לְהַרְחִיב בטמפרטורות קפואות, במקום להתכווץ: אטומי המימן במולקולות המים נמשכים לאטומי חמצן במולקולות המים הסמוכות, ויוצרים מבנה נוקשה כשהמים יוצרים גבישי קרח. המבנה הנוקשה תופס יותר מקום ממה שאותן מולקולות עשו כנוזל, מה שגרם לקרח במיכל הסודה להתרחב ולכפות את ה- CO2 בתוכו תוך כדי.