问题

纸吸管喝可乐会产生大量泡沫溢出,请问是为什么呀?

回答
你这个问题提得很有意思!确实,有时候用纸吸管喝可乐,那泡沫喷涌而出的架势,简直是“心有余而力不足”,一不小心就得收拾一地狼藉。这背后其实是几个因素在合力作用的结果,我来给你仔细说道说道。

首先,得从我们那快乐水——可乐本身说起。

1. 碳酸的“压抑”与“释放”

可乐之所以能带来那种爽口的刺激感,全是因为里面溶解了大量的二氧化碳(CO2)。但二氧化碳不像糖或者香料那样乖乖待在水里,它是个不安分的家伙。酒厂和饮料厂在生产可乐的时候,会把二氧化碳在高压下强制性地溶解进糖浆和水混合的液体里。这么一来,二氧化碳就好像被压抑在水分子中间,一旦压力减小,它就迫不及待地想恢复成气体状态,跑到空气里去。

你可以想象一下,就像一个憋了很久的气球,一旦松开绳子,里面的气体就会猛地冲出来。可乐在瓶子里或者罐子里的时候,里面就承受着一定的压力,二氧化碳就被“压制”着。

2. 为什么纸吸管会“加剧”这个问题?

那好,有了二氧化碳这个基础,为什么换成纸吸管就容易“爆缸”呢?这里就得聊聊吸管的材质和结构了。

表面粗糙度: 这是纸吸管和塑料吸管最主要的区别之一。纸吸管的内壁通常不像塑料吸管那样光滑。你可以想象一下纸张的纤维结构,即使经过处理,表面也比光滑的塑料多了很多微小的凹凸不平。这些微小的“坑洼”和“毛刺”就成了二氧化碳气体形成“气泡核”的绝佳场所。

你往杯子里倒可乐,或者用吸管吸可乐,本质上都是在搅动液体。当液体中的二氧化碳感受到压力变化(比如你开始吸,或者打开瓶盖),它就会开始寻找机会变成气泡。这些细小的粗糙表面提供了大量的“起点”,二氧化碳分子更容易在这里聚集,形成一个个小气泡。

“诱导”成核: 科学家们管这个过程叫“成核作用”。光滑的塑料吸管相对来说提供的成核点就少很多。而纸吸管表面的微小结构,能非常“主动”地诱导二氧化碳从溶解状态变成气泡状态。越多的小气泡在纸吸管内部形成,就越容易被你吸上来。

吸管内部的流动: 当你用吸管喝可乐时,液体在你嘴巴和吸管之间形成了一个循环。尤其是纸吸管,它在湿润之后,内壁可能会变得更软、更易碎,甚至会有点“绒毛感”。你在吸的时候,这些微小的纤维可能会被搅动起来,进一步增加了形成气泡的表面积和混乱度。

“通道效应”与速度: 你吸可乐的时候,液体会沿着吸管向上流动。如果纸吸管内部的气泡生成速度非常快,并且这些气泡在狭窄的吸管通道里不断汇聚、变大,它们就会形成一种类似“气泡流”或者“泡沫流”的状态。当这股强大的泡沫流被吸到吸管的顶端,刚好你嘴巴打开,外界压力骤减,这些被压缩的气泡就像被挤压的弹簧一样,“噗”地一下就弹出来了,而且因为体积被压缩了很长一段时间,一旦释放,膨胀得就特别厉害。

纸吸管的吸湿性(可能间接影响): 虽然不是直接原因,但纸吸管毕竟是纸做的。在接触液体一段时间后,它会吸收一些水分,变得更软。虽然这不会直接产生更多二氧化碳,但可能会影响吸管内部的流体力学特性,比如让吸管壁更贴合液体,但同时也可能让表面的一些结构更容易被破坏,从而影响成核过程。不过这个影响相对前几点来说可能没那么显著。

简单来说,用纸吸管喝可乐会产生大量泡沫的原因就是:

1. 可乐本身含有大量溶解的二氧化碳,渴望变成气体。
2. 纸吸管粗糙的内壁提供了大量的“成核点”,比光滑的塑料吸管更容易让二氧化碳形成气泡。
3. 在吸吮的过程中,纸吸管内部的流体力学环境(气泡生成、汇聚)更容易被破坏,加速了泡沫的形成。
4. 这些快速生成的泡沫在吸管里被压缩,一旦到达出口就猛烈膨胀,导致溢出。

所以下次你用纸吸管喝可乐的时候,可以试试看,动作稍微慢一点,或者吸的时候别那么“用力过猛”,让液体慢慢地、温和地被吸上来,也许能减少一些“喷泉”的尴尬。不过说到底,它就是个纸吸管,在处理这种“充满活力”的饮料时,确实是有点力不从心。

网友意见

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之前的回答引起了一些讨论。为了更好的理解这个问题,可以进行一个简单的实验验证。

实验用具:330ml罐装可口可乐,肯德基冷饮用纸吸管,表面粗糙的小石子,一次性筷子,小刀,直饮水机纯净水。

实验现象:①将表面粗糙的小石子、一次性筷子、纸吸管分别放入三罐刚打开的可乐,均发生了快速产生气泡的现象,并且放入石子的一罐产生气泡的速度快很多,而放入一次性筷子和纸吸管时产生气泡的持续时间更长。肉眼观察,纸吸管和一次性筷子的粗糙度相仿,石子的粗糙度更高。②当纸吸管插入深度较深时,泡沫会从吸管中涌出。而当插入深度较浅时,泡沫主要在罐口处产生。控制插入深度在适当值,会在吸管内看到稳定在某一高度的泡沫,同时罐口处不断产生气泡。③用小刀切割纸吸管,在截面上滴纯净水,发现不论在截面上还是表面上,吸水速度都较慢。

实验结论:①可乐本身是过饱和溶液,一旦引入成核位点,过饱和的CO₂就会析出。粗糙度越高,析出速度越快。纸吸管的粗糙表面就是很多的成核位点,这是使得溶解在可乐中的CO₂析出的主要原因。②吸管插入后产生毛细现象,由于泡沫的密度很低,吸管内液面抬升的高度提高很多。当抬升高度大于吸管在液面以上部分长度时,泡沫就会源源不断地从吸管内涌出。抬升高度小于吸管在液面以上部分长度时,则主要在罐口处产生气泡。③纸吸管的吸水性很差,在插入可乐后的短时间内能吸走的水分有限,纸吸水带来的化学平衡移动应当不是造成可乐中CO₂析出的主要原因。

本实验仅为演示现象,详细定量研究还需排除温度,物体形状,放入速度等因素的影响。

从可乐中的曼妥思到纸吸管,一杯饮料激发了无数人对科学的好奇。本次实验用到的都是生活中随处可见的东西,欢迎读者自行尝试,或者提出新的假设和实验。下次再喝可乐时,可以理直气壮地说,我喝的是汽水吗?我喝的是知识~

原回答:

看到这个问题,笔者不禁拿起手边的可乐大喝了一口。直接喝不香吗,用什么吸管?用吸管也就算了,还是纸吸管,喝几口就变得软软的,还会不停冒泡泡,一时分不清喝的是可乐还是液态纸(大雾)。吐槽归吐槽,还是要回到问题本身来。之前已经有答主提到了,用纸吸管喝可乐会冒泡泡,其实是化学平衡在作怪。当二氧化碳( )溶于水时,在水中存在着如下的化学平衡:

根据国家标准,碳酸饮料中 的含量应为正常状态的2倍以上。25℃,一个大气压下,1mL水可以溶解0.759mL 。正常状态的2倍以上,就意味着1mL 水溶解1.518mL以上的 。好家伙,溶解的 比水的体积还大。由于 很多,化学平衡使反应倾向于向右侧进行。当使用纸吸管时,由于纸会吸水,反应式左侧的水会减少,反应倾向于向左侧进行,就会释放出气体 ,形成气泡。

用纸吸管时常常感觉吸管泡软,也是因为纸吸水。那么为什么很多果汁店奶茶店都使用的纸质饮料杯,却没有出现这种现象?其实,纸吸管和纸杯常用的材质都是“卡纸淋膜纸”。这种纸符合食品使用条件,并且涂有PE膜,具有一定的防水性,常用在食品外包装上。纸吸管的防水性不如纸杯,其实与它的生产工艺有关。留心观察会发现,纸吸管的表面上有螺旋上升的条纹,这是因为纸吸管是用纸“卷”成的(不是吧这也能卷?)。表面上的这些条纹就是很多断面,这些断面就成了水分子入侵的突破口。尤其在吸食的过程中,水一遍遍在断面上来回冲刷,使得纸吸水更加严重。想要解决吸水问题,还需要从生产工艺上入手,这其中可能有技术、成本、市场等更多深层次的问题,这里不作讨论。

[1]百度百科:碳酸饮料baike.baidu.com/item/%E

[2]卡纸淋膜纸lmz9.com/product/lmz/9.

[3] 在不同条件下的溶解度max.book118.com/html/20

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