Como funciona a solubilidade do gás no refrigerante de acordo com a temperatura e pressão?

Existem muitos vídeos e sites na internet que mostram o efeito surpreendente que pode ser observado quando se adicionam balas de menta em refrigerantes, principalmente aqueles de sabor cola e zero açúcar, formando-se instantaneamente uma espécie de jato explosivo, parecido com gêiser, que é constituído de um spray de gás carbônico e líquido (refrigerante).

O dióxido de carbono, mais conhecido como gás carbônico (CO2), é o gás utilizado em refrigerantes e em águas gaseificadas a fim de realçar o paladar e a aparência da bebida. Esse gás é solubilizado no líquido por meio da carbonatação, que é a reação química que ocorre entre o dióxido de carbono e a água. Essa reação está exposta a seguir:

CO2(g) + 2H2O(?) ↔ CO2(aq) + 2H2O(?)↔ HCO3–(aq) + H3O+(aq)

Observe que é estabelecido um equilíbrio químico, sendo que essa reação ocorre em uma pressão bastante elevada e em uma temperatura muito baixa (entre 3 e 12 ºC), pois a solubilidade desse gás aumenta com a diminuição da temperatura e com o aumento da pressão. É por isso que, quando compramos o refrigerante bem gelado e enquanto a garrafa permanece fechada, o gás fica dissolvido no líquido. Porém, quando abrimos a garrafa, podemos notar a formação de bolhas de gases saindo em virtude da diminuição da pressão. Além disso, se o refrigerante estiver quente, a efervescência observada será ainda maior. Essa ocorrência está de acordo com o princípio de Le Chatelier, que diz que a elevação da temperatura favorece o sentido da reação endotérmica (absorção de calor), que para os gases ocorre quando eles deixam a solução.

Mas outros fatores podem acelerar a saída do gás carbônico do refrigerante, como a adição de algum sólido com superfície porosa, como açúcar cristal, sal grosso, areia ou mesmo uma bala. Apesar de parecer lisa a olho nu, quando se observa uma bala de menta em um microscópio eletrônico de varredura, nota-se que ela possui a superfície rugosa e bem irregular, o que propicia a formação de sítios de nucleação das bolhas do gás que está dissolvido no líquido e isso provoca a liberação de um spray de dióxido de carbono.

Dependendo da quantidade de refrigerante e balas utilizadas, quanto menor o espaço para o gás passar, maior será a pressão dentro da garrafa e, consequentemente, o “jato” de gás e líquido atingirá alturas maiores.

Essa liberação de CO2 provoca uma perturbação no equilíbrio químico mencionado. Ainda segundo o princípio de Le Chatelier, uma perturbação no equilíbrio provoca o seu deslocamento no sentido de minimizar os efeitos dessa pertubação. Portanto, nesse caso, visto que o gás foi liberado, o equilíbrio se deslocará no sentido de formação de mais reagentes (para o lado esquerdo) para produzir mais gás carbônico e suprir o que foi perdido.

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Conforme dito, outros materiais, como areia e açúcar, poderiam ser usados para causar essa efervescência, porém, outro fator que propicia uma liberação gasosa mais intensa quando se usa a bala de menta é um de seus constituintes, a goma arábica. Esse composto possui a propriedade de reduzir a tensão superficial do líquido e facilita a liberação do gás.

No ano de 2008, 1.500 estudantes da Bélgica reuniram-se na praça Ladeuzeplein, na cidade de Leuven, e bateram o recorde mundial de "explosão de refrigerante". Eles fizeram isso com refrigerantes zero açúcar. Mas por que com esse tipo de refrigerante a espuma formada atinge alturas maiores e é mais intensa?

Isso ocorre porque a principal diferença entre os refrigerantes comuns e os que são “zero” é que esses últimos contêm edulcorantes, substâncias (como a sacarina, o ciclamato de sódio, o aspartame e o acessulfame de potássio) que conferem sabor doce às bebidas em lugar da sacarose. Esses edulcorantes reduzem o trabalho necessário para a formação de bolhas, o que facilita o escape do CO2.

Veja abaixo que, realmente, a liberação de gás possui um efeito mais intenso na última garrafa (da direita), que é exatamente a que possui um refrigerante sabor cola e zero açúcar.

* Créditos editoriais das imagens:

[1] Autor:Michael Murphy / Fonte: Wikimedia Commons;

[2] Autor: K. Shimada / Fonte: Wikimedia Commons

Como varia a solubilidade dos gases com a temperatura e com a pressão?

Qual e a influência da temperatura na solubilidade do gás no refrigerante?

Qual a relação da solubilidade de um gás em um líquido em relação a pressão?

Como a pressão influência na solubilidade?