炭酸飲料の炭酸が抜けないようにする方法で、

Question

炭酸飲料の炭酸が抜けないようにする方法で、
「凹ませた状態で保存すると良い」
というものを聞いたことがあるのですが、
私の考えでは、そんなことをすると余計に溶解していた炭酸ガスが抜けて行くような気がします。
この裏技はガセなのでしょうか？
それとも、科学的な根拠がちゃんとあるのでしょうか？
そうだとしたら、その原理を教えてください。

Saturn5 · Accepted Answer

実際に試してみました。
ペットボトルの円柱状の部分はうすくできていて復元力がありますが、
上部の球形に近い部分ではＰＥＴ樹脂が肉厚で復元力はほとんど
ありません。これに加圧してみましたが、状態はそのままでした。

質問者様またはそのご友人の言葉では「凹んだ状態」とありますので、
この写真の状態を含めて何かの方法で凹んだ状態にするのでしょう。
そうすれば気相の体積が減り、気相中のＣＯ２も減るのです。

また、空気加圧によって気相中のＣＯ２は減ることはありません。
もし、ＣＯ２は５０％と空気５０％だけが入っているボトルに空気を
加圧すればＣＯ２は減るでしょうか？ＣＯ２が水に溶ける量は温度と
ＣＯ２分圧にのみ依存します。

あと、良い方法としてはワインの保存装置が使えると思います。
ワインの酸化を防止するために、フィルムが液面の内部まで下がってくる
のです。これならば僅かなＣＯ２で分圧がすぐに上昇するので、
平衡になるまでの時間とＣＯ２の気化量が減り、結論として抜けにくく
なります。

Saturn5 · Answer

以前に「良い方法ではないが効果はある」と書きました。
密閉状態ですから、ＣＯ２は気相か液相かのどちらかにいます。
ここで、「炭酸が抜けないように」というのは気相中のＣＯ２を
減らせばいいということです。従って、ボトル（缶）中体積を小さく
すると圧力は同じでも気相中のＣＯ２は減ります。
従って、メーカーはボトル（缶）一杯まで飲み物を入れて売ればいい
わけですが、そうすれば輸送時の振動や高温時のＣＯ２放出で
ボトル（缶）が破裂するおそれがあります。そこで、５０～６０℃
にも耐えられることを計算して空間を空けているのです。
これを凹ませるのは耐圧の理想型である円形の断面が壊れてしまうし、
缶の場合はピンホールがあく可能性があるので「いい方法ではない」
と書きましたが、効果はあると思います。

(1)圧力について
質問者様の文章は「凹ませた状態で保存する」です。
これは単純に体積変化と考えるところではないでしょうか。
また、缶かペットボトルかも書いてありません。
通常は凹ませるのは栓をしてからではないでしょうか？
栓をする前にしても、缶の場合は変形します。
ペットボトルで復元力があるにしても質問者は「状態」
と書いておられます。ということは缶のように変形する容器であるか、
ペットボトルの場合は重りをおいて加圧するのではないでしょうか。
ORUKA1951さんのいうように、減圧になる場合はペットボトルを
フタが開いた状態で凹ませて、フタをして放置した場合です。
これではＣＯ２を抜いているようなものです。

(2)分圧について
＜状態１＞全圧２ａｔｍ　ＣＯ２：５０％　ＣＯ２分圧１ａｔｍ
＜状態２＞＜状態１＞に同体積の空気を吹き込んで４ａｔｍにする。
　　　　　全圧４ａｔｍ　ＣＯ２：２５％　ＣＯ２分圧１ａｔｍ
ヘンリーの法則より、液層中のＣＯ２量は気相中のＣＯ２分圧に比例します。
従って、液相中のＣＯ２量は変化しません。ということは気相のＣＯ２も
変化しません。
ORUKA1951さんはわかりやすいよに図を書いて説明しておられましたが、
ここでＣＯ２分圧＝１ａｔｍとしておられますが、体積が１／４ではなく
１として計算しなければなりません。（ここがポイントだと思います）
ＣＯ２は気相中の全体積に２５％で均一にあるので、体積１で分圧１です。
逆に、このように、ＣＯ２と空気を分けて考えるならば、ＣＯ２の
分圧（圧力）も空気の圧力も全圧に等しい４として計算しなければなりません。
これでＰＶ＝ｎＲＴが成り立つのです。

ORUKA1951 · Answer

試したことがないのがすぐばれちゃう。
炭酸飲料のボトルなんてへこませてもすぐ戻る。
へこませて蓋をすると、空気の絶対量は少ないので、元の状態に復元した時点ですでにへこまさないときよりも多くの炭酸ガスが気体になっている。

また分圧というのは気相中の気体の体積比そのもので、それが炭酸水との平衡になるか否かです。

普通の化学の問題とほんの少し形を変えると、きちんと仕組みを理解していないで法則だけ覚えていると間違う典型的な問題です。

たぶん、その説を言っていた友人もそうなのでしょう。

炭酸飲料用のPETボトルは、6気圧程度(約60度の炭酸飲料の気化圧力)まで持ちますから、その圧力まで加圧して、かつ凍らせないまで冷やす。凍らせると炭酸ガスは溶けられない。

Saturn5 · Answer

質問者の質問に忠実に答えるならば、
「良い方法ではないがガセではない（効果はある）」です。

結論を言えば、炭酸ガスを抜けにくく（多く溶かす）には
次の２つの方法しか有りません。
(1)温度を下げる。
(2)空間部分の体積を小さくする。

今回、ご質問の方法は曲がりなりにも(2)の結果になりますので、
二酸化炭素は抜けにくくなるでしょう。

ORUKA1951さんは２点勘違いをされておられると思います。

(1)缶（ボトル）を凹ませると圧力が下がる
確かに復元力があり、それが内部を引っ張りますが、それ以前の
状態よりも小さくなっているのです。当然、圧力は上がります。
また、気体中のＣＯ２をｎ（ｍｏｌ）とすれば、
ｎ＝ＰＶ／ＲＴ になりますので、Ｖが小さければ小さいほど
気相のＣＯ２が減ります。
２気圧（平衡になる気圧）になるまで戻るのではなく、凹ませた
時点で２気圧を超えているのです。この値から少し減圧されるだけです。

(2)内圧を上げると気相のＣＯ２が減る
　初期の内圧が２（ａｔｍ）でＣＯ２が５０％ならばＣＯ２分圧は
１（ａｔｍ）になります。
ここに空気を送り込んで内圧を４（ａｔｍ）にするということは、
ＣＯ２の存在率が２５％になって、分圧が１（ａｔｍ）で変わらない
ということです。気相中のｎ＝ＰＶ／ＲＴですので、分圧Ｐ
が一定で体積Ｖが一定なのでｎは変化しません。
また、液層中のｎ’はヘンリーの法則により、分圧に比例する
ので、液相中のＣＯ２も変化しません。
気体というのは分子間の相互作用を０とみなせるものです。
従って、液層と気層で平衡状態が成り立っている系に別の気体を入れても
平衡状態は変化しません。

極端な例で言うと、ボトルの上の空間を極限まで小さくしてください。
当然、ここに存在できるＣＯ２は減るでしょう。ボトルを凹ませる
というのはそういう事なのです。

ORUKA1951 · Answer

＞ボトル内の圧力を上げてもＣＯ２分圧は変化しないので、抜ける炭酸の量は変わらないでしょう。
　と、確かに反論の難しいネタです。結論は逆に「圧力を上げる抜ける炭酸の量は減る」です。この問題のポイントは、「ボトルをへこませると圧力が下がる」ですから逆効果です。

そこで図を描いて説明しましょう。単純化するため炭酸ガスの分圧を１気圧として考えます。

1) ボトルに空間が多い状態でキャップをすると、ボトル内の気圧はある圧力になるまで上昇します。たとえば２気圧まで上昇する場合を考えてみましょう。
　この場合、炭酸ガスの分圧は１気圧であること、炭酸ガスの体積は一気圧換算でボトル内の体積に等しいことが分かります。(PV=nRT)

2) ボトル内を空気を充填して４気圧まで加圧すると、炭酸ガスの分圧はやはり1気圧になりますから、気体であった二酸化炭素は半分は液相に戻ります。
　ポイントは液相に存在する炭酸ガスと気相に存在する炭酸ガスが平衡になっていること。
　テストでは典型的なひっかけ問題ですね。--体積と温度が一定なことに着目すること。

3) よって加圧されると、炭酸ガスは抜けにくくなる。

★ボトルをへこませると、復元力のある(特に内圧がある場合は復元力とみなされる)ボトルでは、あたかも減圧された状態ですから、一気圧になるまで炭酸ガスは気相に移ります。その場合、空気の量が少ないため、ボトル内の分圧が１気圧になるには多量の炭酸ガスが必要ですね。

注意)水中にあるのは、炭酸ではなく、炭酸ガスです。炭酸ガス(二酸化炭素)は水中での解離度はひくく、炭酸としての存在はわずかで気体(二酸化炭素)のまま存在しています。

polymer1 · Answer

質問者の求める回答としては、「その裏技は、ガセです。」で、良いと思います。
理由は、他の方が述べられている通りです。
小職も人からその方法を聞いた時、びっくりというか、あきれました。
多少なりとも理科の勉強をしていれば、判断がつきますからね。

ORUKA1951 · Answer

あなたの言われるように、ボトルをへこませるとボトルの復元力でボトル内は減圧状態になって炭酸ガスはかえって抜けてしまうでしょう。
　逆に圧力をかけるとどうなるでしょう。

温度が一定なら、気体部分の圧力で気体中の二酸化炭素の分圧がどの程度になるかを考えてみましょう。
　気体部分の圧力が２倍になると、常温常圧に換算して同じ体積の二酸化炭素がそこに溶けている場合に、二酸化炭素の分圧は倍になりますね。

常温常圧
　↓　　空気を加えて加圧
　　　　↓
┌─┐　
│空│
│□│　空
│気│
│□│　気
│□│
├─┤┌─┐
│二││空│
│酸││気│
│化│├─┤
│炭││炭│
│素││酸│
└─┘└─┘
　　→加圧
　ボトル内を加圧してしまえば、同じ物質量の二酸化炭素の分圧であっても分圧は倍ですから、二酸化炭素の溶けている水から抜け出る二酸化炭素の量は減ります。ボトルを加圧するということはボトルを膨らませることですね。
　逆にへこませるとボトル内はボトルの復元力で減圧されますから・・・この逆になる。

言い換えると、「上部の空間をせまくすること」は、残量が同じなら、へこませるのではなく、【加圧し続けないと意味がない】。

rad-cost · Answer

#3の回答にありますように、二酸化炭素の分圧は何をしようと、温度が同じであれば変わりません。
なので、温度を下げることと、上部の空間をせまくすること（のみ）が有効です。もちろん、密閉することは大前提です。

上部の空間を狭くするという意味で瓶をへこませることは有効でしょうけど、内部から二酸化炭素が発生するような状況で、それが可能であるかどうかはわかりません。

Saturn5 · Answer

Ｎｏ．２の方のご紹介の「炭酸抜けま栓」を
拝見させていただきました。

理論的には理解できませんでした。
ボトル内の圧力を上げてもＣＯ２分圧は変化しない
ので、抜ける炭酸の量は変わらないでしょう。

ohbacomeon · Answer

参考に
http://www.agport.co.jp/products/houseware/kitchen/ez_cap.html

炭酸飲料の炭酸が抜けないようにする方法で、

実際に試してみました。

以前に「良い方法ではないが効果はある」と書きました。

試したことがないのがすぐばれちゃう。

質問者の質問に忠実に答えるならば、

この回答への補足

＞ボトル内の圧力を上げてもＣＯ２分圧は変化しないので、抜ける炭酸の量は変わらないでしょう。

質問者の求める回答としては、「その裏技は、ガセです。

あなたの言われるように、ボトルをへこませるとボトルの復元力でボトル内は減圧状態になって炭酸ガスはかえって抜けてしまうでしょう。

#3の回答にありますように、二酸化炭素の分圧は何をしようと、温度が同じであれば変わりません。

Ｎｏ．２の方のご紹介の「炭酸抜けま栓」を

参考に

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　あなたの言われるように、ボトルをへこませるとボトルの復元力でボトル内は減圧状態になって炭酸ガスはかえって抜けてしまうでしょう。