Lorsque vous ouvrez une bouteille de soda, le pétillant effervescent est un rappel visuel de la présence de dioxyde de carbone (CO2 ) molécules dissoutes dans l’eau. Comprendre pourquoi le CO2 se dissout si facilement implique un mélange de polarité moléculaire, de chimie d'équilibre et de principes physiques qui régissent la solubilité des gaz.
CO2 est une molécule linéaire composée d’un atome de carbone doublement lié à deux atomes d’oxygène. Bien que les liaisons soient symétriques, l’oxygène est plus électronégatif que le carbone, conférant une légère charge négative à chaque extrémité de l’oxygène. Cette polarité crée une interaction attractive avec l'eau polaire (H2 O) molécules, permettant au CO2 à envelopper dans une coque d'hydratation.
Pour le CO2 pour se dissoudre, il doit d’abord traverser l’interface air-eau. Une fois à l’intérieur du liquide, les molécules de gaz sont entourées de molécules d’eau, un processus régi par la loi de Henry. À une température donnée, la concentration de CO2 dissous est directement proportionnelle à sa pression partielle dans la phase gazeuse.
Tout le CO2 dissous n'est pas entièrement dissous. reste sous forme de gaz libre. Une petite fraction réagit avec l'eau pour former de l'acide carbonique (H2 CO3 ), un équilibre qui se déroule lentement :\[\text{CO}_{2(g)} + \text{H}_{2}\text{O} \rightleftharpoons \text{H}_{2}\text{CO}_{3}\]L'acide carbonique est faible et peut se dissocier davantage en bicarbonate (HCO3 – ) et le carbonate (CO3 2– ) ions, libérant des ions hydrogène (H + ) qui abaissent le pH de la solution.
Les boissons gazeuses commerciales sont produites en forçant le CO2 dans l'eau sous haute pression. Cela augmente la concentration de gaz dissous au-delà de ce que permettrait l’équilibre à pression ambiante. Les températures froides augmentent encore la solubilité, c'est pourquoi l'eau gazeuse a un goût plus croustillant une fois refroidie.
Lorsque la bouteille est ouverte, la pression chute et le CO2 commence à s'échapper sous forme de bulles. Parce que l'attraction entre l'eau et le CO2 est plus faible que celle entre l'eau et les sucres ou les sels, le gaz s'échappe plus facilement, provoquant un « aplatissement » de la boisson.