탄산음료 병을 흔든 후 열면 음료가 터지는 상황은 누구나 한 번쯤 겪어봤을 것이다. 병을 흔들면 압력이 높아져서 터진다고 생가할 수도 있지만, 병은 밀폐된 상태이므로 압력을 증가시키려면 병을 압축하거나 외부에서 추가적인 공기나 액체를 넣어야 한다. 따라서 병을 흔든다고 해서 압력이 갑자기 높아지지는 않는다. 그렇다면, 탄산음료 병 흔들면 터지는 이유는 무엇일까?
실제로 탄산음료 병은 처음부터 대기압보다 높은 압력을 가진 상태로 밀봉된다. 이산화탄소(CO₂)가 물에 용해되면서 탄산이 발생하고, 병 안의 공기와 액체 속의 CO₂는 평형 상태를 유지한다. 병 안의 CO₂는 액체와 공기 중에서 균형을 이루고, 이 상태에서는 음료 속에서 기포가 잘 발생하지 않는다. 병을 열면, 내부의 압력이 외부 환경과 같아지면서 액체 속의 이산화탄소가 기체로 변환된다. 이 과정에서 발생하는 기포가 음료 표면으로 올라오며, 탄산음료 특유의 거품이 생긴다. 병을 흔들지 않고 열면, 이 과정은 병 목 부분의 작은 표면적에서 일어나기 때문에 거품이 서서히 발생한다.
그러나 병을 흔들면 상황은 달라진다. 흔들림으로 인해 병 안의 공기 중 CO₂가 액체와 섞이면서, 이미 포화 상태인 액체는 더 이상 CO₂를 용해할 수 없다. 대신 병 안 곳곳에 기포가 형성된다. 이 기포들은 액체의 표면적을 크게 증가시키고, 병을 열 때 더 많은 이산화탄소가 기포 속으로 빠르게 이동한다. 이로 인해 기포가 팽창하고, 액체는 병 밖으로 거품처럼 분출된다.
실생활에서도 이러한 현상을 쉽게 관찰할 수 있다. 예를 들어, 음료를 유리잔에 따를 때, 잔 바닥에 바로 붓는 것과 잔의 옆면을 따라 천천히 붓는 경우를 비교해보면, 잔 옆면을 따라 붓는 경우 탄산이 더 오래 유지된다. 이는 기포가 적게 발생하여 표면적이 줄어들기 때문이다. 이와 같은 원리를 이용해, 탄산음료를 따를 때 잔의 옆면을 따라 천천히 붓는 것이 탄산을 오래 유지하는 방법이다.
또한, 흔들린 탄산음료 병을 열기 전에 안전하게 처리하는 방법도 있다. 병을 열기 전에 병의 뚜껑을 살짝 돌려 천천히 압력을 낮추면, 기포가 급격하게 팽창하는 것을 방지할 수 있다. 이 방법은 기포가 점차 사라지도록 하여, 음료가 밖으로 튀어나오는 것을 막는 데 효과적이다.
탄산음료 병을 흔들면 내부 압력이 상승하지는 않지만, 액체 속에 형성된 기포들이 표면적을 크게 증가시켜 CO₂가 빠르게 기체로 변환된다. 그 결과, 음료는 거품 형태로 병 밖으로 분출되는 것이다.