La química burbujeante detrás de las bebidas carbonatadas

Profesor de Química y Bioquímica, Universidad de Miami

Michael W. Crowder recibe financiación de los Institutos Nacionales de Salud para realizar investigaciones sobre la resistencia a los antibióticos y de Sazerac Corp y MineXAI para realizar investigaciones sobre la caracterización del bourbon.

La Universidad de Miami proporciona financiación como miembro de The Conversation US.

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A mucha gente le encanta la refrescante efervescencia de un refresco, champán, cerveza o agua con gas. Cuando tomas un sorbo, las burbujas de gas en la bebida estallan y el gas liberado te hace cosquillas en la nariz. Pero ¿alguna vez te has preguntado cómo funciona realmente la carbonatación?

Soy un profesor que imparte clases de química y fermentación y un entusiasta de las bebidas carbonatadas y cervecero casero. Si bien el proceso básico de carbonatación es relativamente simple, una variedad de factores (desde la temperatura hasta la tensión superficial) pueden afectar el sabor y la calidad de las bebidas.

La carbonatación implica disolver el gas incoloro e inodoro dióxido de carbono (CO₂) en un líquido. Cuando se agrega dióxido de carbono a una botella o lata sellada que contiene agua, la presión en la botella o lata aumenta y el dióxido de carbono se disuelve en el líquido.

El CO₂ sobre el líquido y el CO₂ disuelto en el líquido alcanzan el equilibrio químico. El equilibrio químico significa esencialmente que la velocidad a la que el CO₂ se disuelve en el líquido es igual a la velocidad a la que el CO₂ se libera del líquido. Se basa en las cantidades de CO₂ tanto en el aire como en el líquido.

Parte del CO₂ disuelto reacciona con el agua para formar ácido carbónico, que tiene una fórmula química de H₂CO₃. Entonces, una vez que parte del CO₂ disuelto se convierte en H₂CO₃, más CO₂ del aire de arriba puede disolverse en el líquido y restablecer el equilibrio químico.

Cuando abres una botella o lata, la presión sobre el líquido carbonatado cae para igualar la presión fuera de la botella o lata. La liberación de presión produce un silbido y se ven burbujas que se elevan en el líquido a medida que el H₂CO₃ se convierte nuevamente en CO₂ y ese gas escapa a la superficie. El ácido carbónico de la bebida es lo que le da un sabor un poco amargo.

Otro factor importante que influye en la carbonatación es la temperatura. La mayoría de los gases, incluido el dióxido de carbono, no se disuelven bien en líquidos a medida que aumenta la temperatura del líquido. Es por eso que las bebidas carbonatadas se desinflan si las dejas a temperatura ambiente.

Por el contrario, si coloca su bebida carbonatada favorita en el refrigerador y deja que se enfríe, quedará más dióxido de carbono disuelto en la bebida mientras aún esté sellada. Cuando abres la botella o lata fría, el líquido burbujea más porque había más dióxido de carbono disuelto en la bebida fría.

Un último factor importante para la carbonatación es la tensión superficial del líquido. La tensión superficial de un líquido está determinada por la fuerza con la que interactúan las moléculas del líquido entre sí. Para la mayoría de las bebidas, esas moléculas son moléculas de agua, pero los refrescos dietéticos tienen edulcorantes artificiales disueltos. Estos edulcorantes pueden debilitar las interacciones entre las moléculas de agua, creando una tensión superficial más baja. Una tensión superficial más baja significa que las burbujas de dióxido de carbono se forman más rápido y duran más.

Por eso se tarda un poco más en servir una Coca-Cola Light con hielo, un problema que se puede notar en un avión. La menor tensión superficial del edulcorante artificial significa que hay más efervescencia y durante más tiempo, en comparación con otros refrescos. Luego, las azafatas tienen que esperar a que se rompan las burbujas del vaso antes de poder llenarlo con más Coca-Cola Light.

La tensión superficial es también la razón por la que la Coca-Cola Light funciona tan bien en el famoso experimento Mentos, durante el cual se colocan caramelos Mentos en botellas de Coca-Cola Light de 2 litros. El caramelo ayuda a debilitar las interacciones entre las moléculas de agua y las moléculas de CO₂, reduciendo la tensión superficial y permitiendo una liberación más fácil de las moléculas de CO₂. Un "géiser" burbujeante de Coca-Cola Light se eleva rápidamente por encima de la botella de 2 litros a medida que las moléculas de CO₂ se forman rápidamente en las superficies del caramelo y obligan a la Coca-Cola Light a salir de la botella.

En un esfuerzo por hacer agua similar a la de los manantiales minerales, el proceso de carbonatación fue inventado por Joseph Priestley en Inglaterra en la década de 1760 y comercializado por Jacob Schweppe. ¿Reconoces el nombre? – en Suiza en la década de 1780. Priestley hizo reaccionar tiza con ácido sulfúrico, produciendo CO₂, y colgó un recipiente lleno de agua sobre la reacción para infundir CO₂ en el agua.

Hoy en día, la mayoría de las cervezas, refrescos, seltzers y aguas con gas comerciales se crean mediante carbonatación "forzada". Esto ocurre cuando los fabricantes inyectan directamente dióxido de carbono en la bebida bajo altas presiones de dióxido de carbono.

Una segunda forma común de introducir dióxido de carbono en un líquido es mediante fermentación. Los fabricantes de champán y algunos pequeños cerveceros caseros siguen este método sellando una fuente de azúcar y levadura viva en sus botellas. La levadura produce alcohol y dióxido de carbono, y este dióxido de carbono aumenta la presión en la botella, lo que da como resultado champán y cerveza carbonatados. Pero este proceso no está tan controlado y puede provocar la explosión de botellas.

Las cervecerías más grandes a menudo capturan el CO₂ producido durante un proceso de fermentación y bombean ese gas a los tanques que contienen la cerveza para carbonatarla. Normalmente, este es un proceso controlado que permite introducir cantidades conocidas de dióxido de carbono en las bebidas para lograr una consistencia excepcional.

La carbonatación es una unión entre la física y la química, que transforma líquidos comunes en delicias efervescentes. La próxima vez que bebas una bebida carbonatada, tómate un momento para apreciar la ciencia detrás de esas burbujas danzantes.