Nước ngọt có ga sủi bọt khi mở vì khí CO₂ được nén hoà vào nước dưới áp suất cao; mở nắp, áp suất tụt, nước giữ không nổi lượng khí ấy nữa và khí thoát ra thành bọt. Lắc lên thì trào không phải vì lắc làm "tăng áp suất" nhiều, mà vì lắc tạo ra vô số bọt khí li ti trong lòng nước — mỗi bọt là một mầm để khí dồn vào, nở to cùng lúc và đẩy nước phụt ra.
Thấy nó ở đâu
Đám cưới, tiệc tất niên, ai cũng từng thấy cảnh mở một chai nước ngọt vừa chở trên xe máy về: "xì" một tiếng rồi bọt trào ướt cả bàn. Rót ra cốc, bọt dâng lên rồi xẹp, những chuỗi bọt nhỏ bám mãi ở một vài điểm trên thành cốc. Lon nước để quên ngoài trời nắng mở ra trào mạnh hơn lon lấy từ tủ lạnh. Chai đã mở để qua đêm thì "hết ga", nhạt thếch.
Cùng một hiện tượng có mặt ở bia, nước khoáng có ga, rượu vang sủi. Hiểu nó cũng là hiểu vì sao thợ lặn phải ngoi lên từ từ.
Khí được "nhét" vào nước như thế nào
Chất khí hoà tan được vào nước, nhiều hay ít tuỳ áp suất của khí ấy phía trên mặt nước: áp suất càng cao, nước giữ càng nhiều khí. Đây là định luật Henry, được nhà hoá học Anh William Henry phát biểu đầu thế kỷ 19. Nói bằng lời: muốn nhét nhiều khí vào nước thì phải ép mạnh.
Nhà máy nước ngọt làm đúng như vậy: làm lạnh nước, nén CO₂ vào ở áp suất cao rồi đóng nắp ngay. Trong chai kín, khoảng trống trên cổ chai chứa đầy CO₂ ở áp suất cao gấp vài lần áp suất khí quyển, cân bằng với lượng khí hoà trong nước. Đó là lý do chai nhựa nước ngọt cứng căng, bóp không lún, còn mở ra rồi thì mềm hẳn.
Một phần nhỏ CO₂ phản ứng với nước thành axit cacbonic yếu. Chính chút axit này cho vị "the the", hơi chua trên lưỡi — vị của ga.
Mở nắp: nước bỗng giữ quá nhiều khí
Khi nắp mở, CO₂ ở cổ chai phụt ra (tiếng "xì"), áp suất phía trên mặt nước tụt về bằng áp suất khí quyển. Theo định luật Henry, nước giờ chỉ giữ được ít khí hơn nhiều. Lượng khí dư phải ra ngoài — nước ngọt lúc này ở trạng thái quá bão hoà.
Nhưng khí không thoát ra ồ ạt ngay. Muốn sinh ra một bọt khí mới từ hư không trong lòng nước rất khó, vì bọt nhỏ quá thì bị sức căng bề mặt bóp xẹp. Khí cần một "mầm" có sẵn để bám vào: một túi khí li ti giấu trong vết xước thành cốc, một sợi bụi, sợi xơ giấy lau cốc. Nhà vật lý người Pháp Gérard Liger-Belair, người nghiên cứu bọt rượu sâm panh nhiều năm, đã chụp được những chuỗi bọt sinh ra từ các sợi xơ cellulose nhỏ bám trên thành ly. Ở mỗi mầm, bọt nhỏ lớn dần, đủ to thì tách ra nổi lên, nhường chỗ cho bọt kế tiếp — vì thế bọt mọc thành chuỗi đều đặn từ cùng một điểm.
Vì sao lắc lên thì trào
Lắc chai kín không làm áp suất trong chai tăng đáng kể khi đã cân bằng. Cái lắc thay đổi là số lượng mầm. Nó đánh khí ở cổ chai thành hàng nghìn bọt li ti phân tán khắp lòng nước. Lúc mở nắp, mỗi bọt li ti ấy là một mầm sẵn sàng. Khí dư dồn vào tất cả chúng cùng lúc, bọt nở to cực nhanh, chiếm chỗ và đẩy nước lên — trào.
Để yên vài phút, các bọt li ti nổi lên tụ về cổ chai, hoà trở lại khoảng khí trên cùng. Mở lúc đó thì trào ít hẳn. Lời khuyên "gõ gõ lên nắp lon" thì chưa có bằng chứng chắc chắn là giúp được; chờ là cách chắc nhất.
Vì sao nước ngọt ấm trào mạnh hơn
Khí hoà tan trong nước nóng kém hơn trong nước lạnh. Lon nước ngọt nóng có áp suất bên trong cao hơn và khi mở thì lượng khí dư lớn hơn, nên trào dữ hơn. Cũng vì thế, chai đã mở để ngoài trời nắng "hết ga" nhanh hơn chai cất tủ lạnh.
Bảng: những thứ làm bọt sinh nhiều hay ít
| Yếu tố | Bọt nhiều hơn khi | Vì sao |
|---|---|---|
| Nhiệt độ | Nước ấm | Nước ấm giữ khí kém, lượng khí dư lớn |
| Lắc, va đập | Vừa lắc xong | Nhiều bọt li ti làm mầm |
| Bề mặt cốc | Cốc có xước, xơ vải, bụi | Có túi khí sẵn để bọt bám vào lớn lên |
| Vật thả vào | Đá viên sần, muối, đường, kẹo bề mặt sần | Thêm vô số mầm cùng lúc |
| Cách rót | Rót thẳng, mạnh | Cuốn khí vào, tạo mầm; rót nghiêng theo thành cốc thì đỡ |
Màn "phun trào" nổi tiếng khi thả viên kẹo bạc hà bề mặt sần vào chai nước ngọt cũng chỉ là phiên bản phóng đại của dòng cuối bảng: hàng triệu mầm trên bề mặt kẹo khiến khí thoát ra gần như tức thì. Nếu làm, làm ngoài trời, đứng xa, không hướng miệng chai về phía ai.
Hiện tượng họ hàng
- Bệnh giảm áp ở thợ lặn. Ở dưới sâu, áp suất cao làm khí nitơ hoà nhiều vào máu và mô. Ngoi lên quá nhanh, giống như mở nắp chai đột ngột, khí thoát ra thành bọt trong cơ thể gây đau khớp, tổn thương nặng. Vì thế thợ lặn phải ngoi lên chậm, có điểm dừng.
- Bọt bia, vang sủi. CO₂ trong bia, vang sủi sinh ra do men lên men chứ không bơm vào, nhưng cách bọt hình thành từ mầm thì y hệt.
- Bọt khí trong cốc nước máy để qua đêm. Nước máy lạnh có không khí hoà tan; để ấm lên, khí giảm độ hoà tan và tụ thành bọt nhỏ bám thành cốc.
Hiểu lầm thường gặp
- "Lắc làm áp suất trong chai tăng vọt." Áp suất chủ yếu do nhiệt độ và lượng khí quyết định. Lắc chủ yếu tạo mầm bọt.
- "Bọt trong cốc là không khí." Bọt là CO₂ từ chính nước ngọt thoát ra.
- "Nước ngọt sủi bọt là phản ứng hoá học." Phần sủi bọt chủ yếu là khí hoà tan thoát ra — biến đổi vật lý. Chỉ một phần nhỏ CO₂ có phản ứng thuận nghịch với nước.
- "Bóp chai cho hết khí rồi đậy là giữ ga lâu." Bóp chai làm giảm khoảng trống, nhưng nước vẫn nhả khí đến khi áp suất trong chai đủ cao để cân bằng. Cách giữ ga tốt nhất là đậy chặt và để lạnh.
Tự quan sát / tự thử an toàn
- Tìm "nhà máy bọt". Rót nước ngọt vào cốc thuỷ tinh trong, soi ngang dưới đèn. Đánh dấu bằng bút những điểm có chuỗi bọt mọc đều. Rửa cốc thật sạch, tráng nước nóng, để khô tự nhiên không lau: số điểm sinh bọt thường giảm.
- Nhúm muối thần kỳ. Rót nước ngọt vào hai cốc. Thả vào một cốc một nhúm nhỏ muối ăn hoặc đường: bọt bùng lên ngay. Mỗi hạt muối là hàng trăm mầm.
- Nho khô nhảy múa. Thả vài hạt nho khô vào cốc nước ngọt không màu. Bọt bám vào nếp nhăn của nho, kéo nó nổi lên; lên mặt nước bọt vỡ, nho chìm xuống — cứ thế lên xuống nhiều phút.
- Lạnh và ấm. Lấy hai lon cùng loại, một lon để tủ lạnh, một lon để nhiệt độ phòng. Mở cả hai trên khay, hướng miệng lon ra xa mặt. So lượng bọt trào ra.
Không lắc chai rồi chĩa vào người khác, không để chai nước ngọt trong xe ô tô phơi nắng — nắp có thể bật mạnh.
Câu hỏi thường gặp
Vì sao mở chai nước ngọt lại có bọt?
Nhà máy nén khí CO₂ vào nước ở áp suất cao. Mở nắp, áp suất tụt nên nước không giữ nổi lượng khí ấy nữa, khí thoát ra thành bọt. Bọt sinh ra ở những chỗ có sẵn túi khí li ti như vết xước thành cốc, bụi, sợi xơ.
Vì sao lắc chai nước ngọt rồi mở thì trào?
Lắc tạo ra hàng nghìn bọt khí li ti phân tán trong nước. Khi mở nắp, khí dư dồn vào tất cả các bọt ấy cùng lúc, chúng nở to rất nhanh và đẩy nước ra ngoài. Để yên vài phút cho bọt li ti nổi lên thì mở sẽ đỡ trào.
Vì sao nước ngọt để lâu bị hết ga?
Sau khi mở, áp suất CO₂ phía trên mặt nước thấp, khí trong nước liên tục thoát ra cho tới khi còn rất ít. Để ở nơi ấm thì càng nhanh vì nước ấm giữ khí kém. Đậy chặt và để lạnh giúp giữ ga lâu hơn.
Thả muối vào nước ngọt sao lại sủi mạnh?
Mỗi hạt muối có bề mặt sần chứa nhiều túi khí li ti, tức là nhiều mầm cho bọt hình thành. Khí dư trong nước ngọt dồn vào các mầm ấy và thoát ra cùng lúc. Đây là biến đổi vật lý, không phải muối phản ứng với nước ngọt.
Nước ngọt có ga sủi bọt là hiện tượng vật lý hay hoá học?
Chủ yếu là vật lý: khí hoà tan thoát ra khi áp suất giảm, không có chất mới sinh ra. Một phần nhỏ CO₂ phản ứng thuận nghịch với nước tạo axit cacbonic, đó là phần hoá học tạo vị the nhẹ.
