열심히 땀을 흘리며 운동하고 마시는 콜라나 고된 하루를 마치고 치킨과 함께 마시는 맥주, 여러분들도 많이 좋아하시죠? 저도 많이 좋아하는데요. 지금 글을 쓰면서 생각만 해도 시원함이 느껴지는 것 같네요. 그런데 이런 콜라나 맥주에 빠지지 않고 들어있는 것이 있습니다. 그것은 바로 그 안에 녹아 있는 짜릿짜릿한 액화 탄산가스입니다. 우리 생활과 밀접하게 연관되어 있기에 화학을 모르는 문외한이라도 너무나도 많이 들어봤을 탄산, 여러분은 어디까지 알고 계신가요? 지금부터 매력적인 탄산가스를 낱낱이 파헤쳐보도록 하겠습니다!
#탄산! 너는 누구냐?
▲ 탄산 분자식(출처: //ko.wikipedia.org/)
탄산은 이산화탄소가 물에 녹아서 생기는 산을
말하는데요. 탄산은 수용액으로만 존재한다고 합니다. 화학식으로는 H2CO3입니다. 매우 약한 2가산이며, 기체로 분리되기 쉬운 성질을 가지고 있습니다. 맥주 및 탄산음료의 식품 첨가물로 가장 많이 쓰이고 그 외에도 공업, 농업, 의약용품 등 우리 생활의 각종 분야에서 두루두루 사용되는 팔방미인이랍니다. 쉽게 설명해서 이산화탄소를 가압하에서 물에 녹인 것이 청량음료수로 사용됩니다.
▲ 조지프 프리스틀리와 그의 저서 <여러 종류의 기체에
관한 실험과 관찰>(출처: //ko.wikipedia.org)
탄산가스는 1772년 영국의 화학자 조지프 프리스틀리에 의해 발견되었습니다. 여러 종류의 공기에 대해 연구하던 그는 효모 발효조에서 탄산가스를 발견하고 이것을 이용해 소다수를 제작하는 방법을 알아내기도 했습니다. 그 이후 탄산은 1776년 스웨덴에서 성공리에 탄산음료가 상업적으로 제조되면서 대중들에게 널리 인식되기 시작했습니다. 1886년 미국 애틀랜타주의 약품 도매업자인 존팹버튼이 발명한 코카콜라가 탄생한 이후 탄산과 우리 생활은 떼놓을 수 없는 관계가 되었죠.
#대한민국 역사 속 탄산
우리나라 역사에서는 고려 시대 유학자 목은 이색의 ‘목은집’에서 최초로 청량음료에 대한 기록을 찾아볼 수 있습니다. 그뿐만 아니라 조선 초기 세종대왕이 즐기던 충북 청원군 옥천면 초정리 약수는 탄산이 다량 포함되어있어 톡 쏘는 맛으로 매우 유명하지요. 갈라진 암반 사이로 스며든 빗물에 각종 광물질이
용해되어 솟아나는 약수는 탄산가스와 산소가 많이 들어 있어 거품이 일고 사이다같이 톡 쏘는 자극이 있습니다. 특히 세종대왕이 애용하던 초정리 광천수는 미국의 샤스터, 영국의 나포리나스와 함께 세계 3대 광천수로 꼽히며 지금까지도 사랑받고 있습니다.
탄산음료 얼리면 #위험!
달콤하고 시원한 맛을 더 높이기 위해
탄산음료를 얼려 먹어도 될까요? 정답은 ‘절대 안 된다.’ 입니다! 탄산음료란 음료에 이산화탄소를 녹여 만든 액체입니다. 기체를 녹이려면 압력을 높이고 온도를 낮춰야 합니다. 따라서 탄산음료를 만들 때는 온도를 낮추고 압력을 높여 이산화탄소를 액체에 녹입니다. 이렇게 만들어진 탄산음료가 냉동되면 물이 결정화되면서 이산화탄소가 빠져나옵니다. 물이 언 공간 외에 밀폐된 공간에서 이산화탄소가 쌓이고 쌓이다 보면 막중한 압력을 견디지 못하고 캔 뚜껑을 열 때 폭발사고로 이어질 수 있으니 주의하시기 바랍니다.
우리 주변 #탄산가스 찾기!
지금까지 탄산가스에 대해서 알아보았는데요. 주변에서 쉽게 접할 수 있는 탄산가스에 대해서 너무 모르고 있었죠? 우리에게 너무나 익숙한 화학물질인 탄산가스는 청량음료뿐만 아니라 용접용, 소화용 가스, 급속 냉각제, 산화방지제 등 다양한 공업 분야에서 사용되고 있으며 국소 마취제, 살충제 등 의학 분야에서도 무궁무진하게 사용되고 있습니다. 일상생활을 하면서 우리 주변에서 사용되고 있는 탄산가스를 한 번 찾아보세요. 이렇게 탄산가스에 대해서 공부도 했으니 탄산가스 쉽게 찾으실 수 있으시겠죠? 그리고 마지막으로 청량음료를 차갑게 먹을 때 얼리면 안 된다는 것 꼭 기억하세요!!
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탄산음료를 김이 빠지지 않게 보관하는 방법은? 본문
학습자료/과학
탄산음료를 김이 빠지지 않게 보관하는 방법은?
대한민국 교육부 2015. 6. 17. 13:34
탄산음료를 김이 빠지지
않게 보관하는 방법은?
■ 뚜껑을 연 탄산 음료의 김이 빠지는 이유
방금 사와서 뚜껑을 연 탄산 음료는 시원하고 톡 쏘는 맛이 강합니다. 톡 쏘는 맛이 주는 상쾌함 때문에 많은 사람들이 탄산 음료를 마시지요. 그런데 한 번 뚜껑을 열었던 탄산 음료를 냉장고에 보관해 두었다가 며칠 뒤 다시 마셨을 때, 톡 쏘는 맛이 처음과 다른 것을 경험해 본 적이 있나요? 왜 이러한 차이가 생기는걸까요?
탄산 음료는 이산화탄소를 물에 녹인 음료입니다. 이산화탄소가 물에 녹았을 때 생성되는 것이 바로 ‘탄산’이지요. 이산화탄소가 물에 녹았을 때 일어나는 반응은 다음과 같습니다.
CO2(이산화탄소) + H2O(물) ⇔ H2CO3(탄산) → H+(수소 이온) + HCO3-(중탄산 이온)
시간이 지나면서 음료에 녹아 있는 이산화탄소가 조금씩 빠져나가며 남아 있는 탄산의 양도 감소하게 되고, 우리는 ‘김이 빠진’ 음료수를 마시게 됩니다. 뚜껑을 열었던 음료수는 아무리 뚜껑을 세게 닫고 냉장고에 보관해도 시간이 지나면 김이 빠진 맛이 나지만, 새 음료수는 공장에서 만들어진 지 한참이 지난 후에 뚜껑을 열어도 톡 쏘는 맛이 강렬합니다.
한 번 열었던 음료수가 뚜껑이 잘 안 닫혀져서 그런 차이가 나는 것일까요? 물론 음료수 병의 뚜껑을 아무리 세게 닫아도 뚜껑에 있는 나사선 사이의 틈으로 기체가 새어나올 것입니다. 하지만, 또 한 가지 중요한 이유는 탄산 음료가 공장에서 만들어지는 과정에 있습니다.
사이다나 콜라와 같은 탄산 음료는 설탕 등 여러 가지 식품 첨가물을 사용하여 맛을 낸 용액에, 이산화탄소를 인공적으로 용해시켜 만든 것입니다. 하지만 보통의 조건으로 이산화탄소를 용해시키면 이산화탄소의 용해도가 그리 높지 않아 우리가 원하는 만큼 톡 쏘는 맛을 낼 수 없기 때문에, 우리가 살고 있는 지구의 대기압인 1기압보다 더 높은 3~4기압의 압력을 가합니다.
기체의 용해도는 온도뿐만 아니라 압력의 영향도 받습니다. 고체와 액체의 경우는 온도가 높을수록 용해도가 높아지고, 압력의 영향은 거의 받지 않습니다. 하지만 기체의 경우에는 고체와는 반대로 온도가 낮을수록 용해도가 증가하고, 압력이 높을수록 용해도도 높아집니다. 고체와 반대로 온도가 낮을수록 용해도가 증가하는 것은 온도가 낮을수록 기체 분자의 운동이 덜 활발해져 액체 분자의 운동과 비슷해지고 그에 따라 액체 분자와 잘 섞이기 때문입니다. 또한 압력이 높을수록 기체 분자가 용액 밖으로 탈출하는 것을 막을 수 있기 때문에, 압력이 높을수록 기체의 용해도는 증가하게 됩니다.
▲ 온도와 압력에 따른 기체의 용해도 곡선
그렇기 때문에 탄산 음료 제조 과정에서 압력을 3~4기압으로 높이면 이산화탄소를 보다 많이 용해시킬 수 있는 것입니다. 그리고 음료수 병 안의 압력을 이렇게 높게 유지한 채로 뚜껑을 밀폐하여 제조됩니다. 그런데 밀폐된 탄산 음료의 뚜껑을 여는 순간, 높은 압력을 형성하고 있던 병 속의 기체가 기압 차이에 따라 빠져나오게 되고, 병 속의 압력은 대기압과 같은 1기압으로 낮아집니다. 압력이 낮아졌기 때문에 기체의 용해도는 낮아지게 되고, 탄산 음료에 녹아있던 이산화탄소는 밖으로 빠져나오기 시작합니다. 음료수 병의 뚜껑을 열었을 때 피식 소리와 함께 거품이 형성되는 것은 바로 이 때문입니다.
그리고 뚜껑을 연 음료수는 제조 당시보다 압력이 낮아졌기 때문에 낮아진 용해도만큼 이산화탄소가 음료에서 병 속의 빈 공간으로 빠져나오게 되고, 뚜껑을 닫고 냉장고에 보관해도 김이 계속 빠지게 되는 것입니다.
■ 탄산 음료를 김이 빠지지 않고 오래 보관하려면?
뚜껑을 연 탄산 음료 속의 이산화탄소가 빠져나가지 않게 하기 위해서는 기체의 용해도를 최대한 높일 수 있는 환경에서 보관해야 합니다. 그러기 위해서는 낮은 온도, 높은 압력을 유지해야 하겠지요. 냉장고에 보관함으로써 낮은 온도를 유지할 수 있기 때문에, 다른 조건을 생각해 봅시다.
뚜껑을 연 상태에서 병을 찌그러뜨린 후 다시 뚜껑을 닫아 보관하게 되면, 병 안의 빈 공간이 적어져 이산화탄소가 빠져나올 공간도 적어지기 때문에 김이 빠지는 것을 조금은 막을 수 있습니다. 어차피 한 번 뚜껑을 열면 완벽한 밀폐는 불가능하기 때문에 병 밖으로 나오는 기체의 양은 비슷하다고 하면, 이산화탄소가 음료 밖으로 빠져나올 수 있는 공간 자체를 줄이는 것이 도움이 될 수 있습니다.
그리고 시중에서 판매되는 압축 마개를 이용할 수도 있습니다. 압축 마개는 고무 펌프를 이용해 공기를 넣어 병 속의 압력을 높여 줌으로써 기체의 용해도를 높일 수 있도록 해 줍니다. 또한 중요한 것은, 탄산 음료 병을 ‘절대’ 흔들지 않고 조심스럽게 보관하는 것이 김이 빠지는 것을 막는 데 도움이 됩니다.
■ 탄산 음료와 일반 생수병의 차이
PET 소재로 만들어진 탄산 음료 병과 생수 병을 비교해서 관찰하면 두 가지 병은 차이가 있습니다. 탄산 음료 병은 생수 병에 비해 병과 뚜껑의 재질이 더 단단하고, 생수는 병의 윗부분까지 가득 차 있는 데 비하여 탄산 음료는 윗부분이 비워진 채 내용물이 담겨 있습니다.
앞서 알아보았듯이 탄산 음료는 3~4기압의 높은 압력으로 보관되어 있으므로 압력차에 의해 병이 팽창하는 것을 방지하기 위해 병과 뚜껑의 재질이 생수 병에 비해 더 단단합니다. 또한 흔들리거나, 충격을 받았을 때 음료에 용해되어 있던 기체가 빠져나오는 것을 대비하여, 생수 병과는 달리 탄산 음료는 병에 끝까지 차 있지 않고 공간을 남겨 두었습니다. 공간이 너무 적다면, 마구 흔든 후 뚜껑을 열었을 때 큰 참사가 일어날 것입니다.
[자료출처: 에듀넷]