Paul Sparks
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Wissenschaftler haben ein schaumiges Rätsel gelöst: die Physik des Sprudelns.
Viele Menschen wissen, dass schaumige Getränke ihren Pop bekommen und durch winzige Kohlendioxidblasen funkeln, die aus ihrer flüssigen Mischung herausplatzen. Sie könnten auch aus Erfahrung wissen, dass sich das harte Schleudern von Selters über eine Zunge anders anfühlt als der glatte Schaum von Champagner, das süße Aufbrausen einer Cola oder der Pizzaz von Club Soda. Bis vor kurzem wussten die Wissenschaftler jedoch nicht, wie unterschiedlich sich Kohlendioxid in verschiedenen Getränken verhält oder warum.
Ein am 9. Januar im Journal of Physical Chemistry B veröffentlichtes Papier bietet die bisher vollständigste Antwort auf diese Frage. Ein Team von Chemikern der chinesischen Jilin University und der University of Minnesota baute komplexe Modelle von kohlensäurehaltiger Cola (im Wesentlichen Zucker und Wasser), Champagner (Alkohol und Wasser) und Limonade (Salz und Wasser) und untersuchte sie, um herauszufinden, wie diese Lösungen aussehen das Verhalten von gelöstem Kohlendioxid ändern. Sie bauten auch ein Modell aus reinem kohlensäurehaltigem Wasser (Selters), einer Substanz, deren Physik bereits gut verstanden ist, um zu überprüfen, ob ihre Modelle ordnungsgemäß funktionierten. [Heben Sie Ihr Glas: 10 berauschende Bier Fakten]
Sie fanden heraus, dass bei allen drei untersuchten Getränken Kohlendioxid langsamer und weniger intensiv aus der Lösung sprudelte als in reinem Selterswasser - aber aus verschiedenen Gründen.
In einem kohlensäurehaltigen Getränk lösen sich laut Papier winzige CO2-Klumpen im Wasser, genau wie der Zucker in einer Cola. Diese CO2-Klumpen lösen sich jedoch nicht sehr gut auf, und sobald das Getränk an der frischen Luft ausgesetzt ist, platzen sie als Blasen aus der Lösung, steigen an die Oberfläche und verschwinden in der Atmosphäre.
Dieser Prozess findet nicht auf einmal statt, stellten die Forscher fest. Dies liegt daran, dass Wasser viskos ist - seine H2O-Moleküle haften mit geladenen Bindungen zwischen ihren kleinen Mickey-Mouse-Ohr-Wasserstoffatomen und großen Sauerstoffatomen aneinander -, sodass das CO2 seinen Weg durch dieses Gitter finden muss, um zu entkommen.
Seltsamerweise reduzieren sowohl der Alkohol in der Champagne als auch der Zucker in der Cola tatsächlich die Gesamtzahl der Wasserstoffbrücken zwischen den Wassermolekülen, wodurch die Anzahl der Bindungen, die das CO2 an Ort und Stelle halten, verringert wird. Und dennoch setzen beide CO2 langsamer frei als reines Wasser. (Das Salz in Club Soda erhöht die Anzahl der Wasserstoffbrückenbindungen, daher ist es sinnvoll, dass es CO2 fester hält.)
Warum halten Champagner und Cola trotz weniger Wasserstoffbrückenbindungen etwa so fest an CO2 wie Club-Soda??
Die Forscher zeigten, dass Zucker und Alkohol tatsächlich die gesamte Form des Wassers um sie herum verändern. Selbst wenn sich der Wasserstoff an Wassermoleküle bindet und sie daran hindert, sich aneinander zu binden, drücken sie diese Moleküle näher aneinander - sie zerkleinern sich dichter um das gesamte gelöste CO2 und halten es auch ohne Wasserstoffbrücken effektiv an Ort und Stelle Forscher erklärten.
Diese Art der Modellierung ist wichtig, schrieben die Forscher, da sie dazu beiträgt, grundlegende Fragen zur Physik und zum Geschmack von kohlensäurehaltigen Getränken auf eine Weise zu beantworten, die mit direkten Experimenten nur sehr schwer zu erreichen ist. Da sich CO2 in all diesen Getränken, von Champagner bis Selters, so schnell und leicht auflöst, ist es schwierig, die Unterschiede zwischen ihnen zu messen, aber sie machen einen großen Unterschied in den Aromen der Getränke.