為何碳酸飲料搖晃之後打開會噴涌而出？其中的原因並不簡單
碳酸飲料是廣受人們喜愛的一種飲料，當它喝入口中時，產生的氣泡能夠刺激我們的口腔、食道，給人一種暢快、清爽的感覺，因此碳酸飲料受到無數人的喜愛。對於碳酸飲料，大家在平時應該發現了這樣一種現象：當我們用力搖晃一瓶碳酸飲料後，再打開瓶蓋，裡面的飲料就會在一瞬間噴涌而出，止都止不住。當然有時候我們可以利用碳酸飲料這個現象來作為一種慶祝工具，但有時候又會這種現象又會給我們帶來一些困擾。那麼為什麼會發生這種現象？下面我們就來一起了解一下。
首先這種氣體實際上是二氧化碳，二氧化碳很容易溶於水，二氧化碳被水吸收後會以碳酸根和二氧化碳分子的形式存在於溶液中。溶液對二氧化碳的吸收程度與充入的二氧化碳壓強與溫度有關，充入的二氧化碳的壓強越大，溫度越低，則吸收程度越大。
飲料吸收二氧化碳並形成平衡態
碳酸飲料在生產時，為了讓溶液中溶解更多的二氧化碳，會向飲料中充入高壓的二氧化碳氣體，而原來飲料中所含有的二氧化碳濃度很低低，因此會導致大量的氣體二氧化碳會擴散至溶液當中，而溶液中只有少量的二氧化碳跑出去，這兩個過程是同時進行的，由於這兩個速率不一樣，於是就形成了這樣一種不平衡狀態，宏觀上的表現就是大量二氧化碳被溶液吸收了。
溶液在不斷吸收二氧化碳的同時，自身二氧化碳的濃度也在不斷升高，因此釋放出來的二氧化碳速度也在逐漸增加，當釋放的二氧化碳速度與吸收的二氧化碳速度相當時，這個時候溶液在這個條件下就達到了飽和狀態，也就不會吸收二氧化碳了，我們把這種狀態稱之為平衡狀態。
在碳酸飲料在進行封裝時，瓶內上方氣體中的二氧化碳氣壓與溶液中溶解的二氧化碳產生的分壓是相等的，一般這個壓強會是大氣壓的三倍左右。並且，由於內部二氧化碳處於平衡態的高壓環境，當我們打開碳酸飲料的時候，無論我們在打開飲料之前是否對碳酸飲料進行搖晃，都會有氣體噴出。
碳酸飲料搖晃的時候發生了什麼？
之前講過封裝之後的碳酸飲料內部二氧化碳實際上是處於平衡狀態的，那麼當我們對密封的碳酸飲料進行搖晃時，飲料中溶解的二氧化碳在這個時候會被釋放出來嗎？實際上並不會。因為搖晃並不會影響整個瓶內二氧化碳的平衡狀態，在上面的內容講過，二氧化碳的溶解程度只與壓強與溫度有關係，在我們進行搖晃的過程中，這兩個條件並沒有發生變化。所以搖晃本身並不會將溶液中的二氧化碳搖出來，在搖晃的過程中瓶內氣壓也並不會發生變化。我們搖晃之後所看見的氣泡只是搖晃過程中上方的氣體混入到了溶液當中，並不是溶液中溶解的二氧化碳跑出來了。
在國外的曾就有人對這個過程進行過研究，首先將碳酸飲料的上方加上一個氣壓計，觀察碳酸飲料在搖晃前與搖晃後氣壓是否有變化，經過試驗之後，發現前後氣壓沒有變化，這也進一步證明了，搖晃過程是不會讓溶解的二氧化碳從溶液釋放出來從而使瓶內的壓強增大。
上為搖晃前氣壓，下為搖晃後氣壓，兩者並沒有變化
因此，搖晃的過程中氣壓並不會發生變化，也就是說二氧化碳並不是在搖晃的過程中釋放出來的，那麼搖晃了和未搖晃的碳酸飲料在打開蓋子之後為何差距如此之大呢？
未搖晃與搖晃了的碳酸飲料在打開時分別發生了什麼變化？
在沒有搖晃碳酸飲料再打開瓶蓋時，由於上方的二氧化碳氣體會排出，空氣會進入，因此上方氣體中二氧化碳的含量會急劇減小（二氧化碳的壓力減小），於是打破了未開封時內部二氧化碳的平衡態，因此溶液會釋放出溶解的二氧化碳，但由於水與二氧化碳的結合能力很強，所以，二氧化碳從溶液中釋放的速度很慢，也就不會出現飲料噴出來的現象。隨著時間的推移，溶液中的二氧化碳含量會越來越少，這也是為什麼沒有密封的碳酸飲料放半天左右就「沒氣」了的原因。
但經過搖晃後的碳酸飲料中二氧化碳氣體從溶液中析出就不一樣了，這裡存在一個成核與氣泡長大的過程。要理解這個過程，我們需要先了解表面張力與表面能這個概念。
表面張力是分子之間的作用力產生的，為了更好的理解這些概念，我們以吹一個氣球為例。氣球在吹大的過程中，氣球分子之間的間距被拉大，於是分子之間的距離具有收縮的趨勢，那麼分子之間會存在一定的吸引力，這個力的合力會導致氣球形成一個向內的壓力，這個力就是表面張力。當我們向氣球內吹氣時，就需要克服這個表面張力，同時氣球的表面積也增大了，吹氣過程中所做的功就轉換成了增加的這部分面積需要的能量，這個表面所擁有的能量就是表面能。
在飲料中二氧化碳氣泡的產生就和這個吹氣球的過程差不多，內部的二氧化碳氣體在溶液中聚集，並且逐漸長大，這個過程氣泡與溶液就會形成一個表面，這個表面的產生同樣需要一定的能量。並且通過計算，這個氣泡會存在一個所需能量最大的半徑，我們把這個半徑稱為臨界半徑，當產生的氣泡半徑大於臨界半徑時，氣泡就會很容易長大，當能量不足時，氣泡半徑也就很難突破臨界半徑，最後這個氣泡甚至會變小而消失。
而搖晃過程中的奧秘正在於此。當我們搖晃一瓶未開封的碳酸飲料時，雖然對溶解在溶液中的二氧化碳並沒有影響，但搖晃的過程中讓大量的瓶內氣體進入溶液中形成大氣泡。當我們打開瓶蓋時，由於二氧化碳在溶液與上方氣體的平衡被打破，二氧化碳會開始析出，而之前搖晃過程中產生的氣泡會幫助溶液中溶解的二氧化碳快速析出。由於搖晃過程中產生的氣泡早已突破了氣泡產生的臨界半徑，因此突破了這個能量勢壘後，溶解的二氧化碳會在這些原有氣泡的幫助下快速長大，無數的這種小氣泡迅速長大，體積快速膨脹，於是產生了這些碳酸飲料快速噴涌而出的效果。
二氧化碳在原有氣泡基礎上快速長大
總結
以上為什麼搖晃過後的碳酸飲料會噴涌而出的真正原因，當我們知道了這個原理之後，也就不難理解為什麼平時我們倒啤酒的時候緩慢的倒入杯中就不容易產生氣泡，而倒的過程中流動劇烈一點就會快速的產生大量氣泡，因為流動過程中引入了大量的小氣泡，促進了原來溶解的二氧化碳析出。
那麼如果我們不小心晃動了這些碳酸飲料，但又不希望它們因為大量氣泡的產生而噴出來時該怎麼辦呢？這個解決辦法很簡單，只需要用手指輕輕地多彈幾下飲料的瓶壁即可，這是因為，搖晃過程中產生的氣泡大部分是附著在內壁上的，當我們用手機輕彈飲料壁時，這些氣泡就會被彈開脫附從而浮到表面，減少了溶液中氣體的成核點，於是，溶液中溶解的二氧化碳就失去了快速「長大」的條件，就不會發生湧出的現象了。
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來源：科學觀世界