Denk aan de laatste keer dat je iets te vieren had. Als je de gelukkige gelegenheid hebt geroosterd, was je drankje waarschijnlijk alcoholisch - en bruisend. Heb je je ooit afgevraagd waarom het zo leuk is om een glas iets op te drinken dat een reeks micro-explosies in je mond veroorzaakt?
Een glas bruisende drank zit vol met natuurkunde, geschiedenis en cultuur. Waarschijnlijk zijn we voor het eerst fizz tegengekomen naast de ontdekking van alcohol, omdat zowel ethanol als koolstofdioxide (CO2) gas zijn bijproducten van fermentatie. Het drinken van koolzuurhoudende stoffen voor het plezier - in plaats van gewoon gehydrateerd te blijven - lijkt iets te zijn wat alleen mensen doen.
In het 17e-eeuwse Frankrijk heeft de benedictijner monnik Dom Pérignon de wijn die we nu kennen als Champagne, zeer verfijnd. Het kostte hem vele jaren om een fles en kurkontwerp te perfectioneren dat bestand was tegen de hoge druk die het proces vereiste. In mousserende wijn vindt een deel van de gisting plaats nadat de vloeistof is gebotteld. Aangezien de CO2 kan niet ontsnappen aan de gesloten container, de druk bouwt binnen. Dit resulteert er op zijn beurt in dat grote hoeveelheden gas feitelijk in de vloeistof worden opgelost, in overeenstemming met de wet van Henry - een regel die zegt dat de hoeveelheid gas die in een vloeistof kan worden opgelost evenredig is met de druk.
De wet van Henry legt onder andere uit waarom duikers decompressieziekte kunnen krijgen als ze hun opstijging naar de oppervlakte brengen: op grote dieptes wordt het lichaam blootgesteld aan hoge druk en worden gassen in hoge concentraties opgelost in bloed en weefsels. Dan, wanneer het oppervlak aan de oppervlakte komt, keert de druk terug naar het omgevingsniveau, zodanig dat het gas 'bevriest' en wordt vrijgegeven om pijnlijke, schadelijke luchtbellen in het lichaam te vormen. Hetzelfde gebeurt wanneer we een fles Champagne ontkurken: de druk daalt plotseling terug naar zijn atmosferische waarde, de vloeistof raakt oververzadigd met koolstofdioxide - et voila, bubbels ontstaan!
Naarmate de tijd vordert dat er gas vrijkomt, neemt de grootte van de bellen toe en neemt hun drijfvermogen toe. Zodra de bubbels voldoende groot worden, kunnen ze niet blijven plakken aan de microscopische spleten in het glas waar ze oorspronkelijk gevormd zijn, en dus komen ze naar de oppervlakte. Kort daarna vormt zich een nieuwe bubbel en herhaalt het proces zichzelf. Daarom heb je waarschijnlijk de vorming van bellenkettingen in champagneglazen waargenomen, evenals de droevige neiging van koolzuurhoudende dranken om na een tijdje plat te gaan.
Intrigerend, Gérard Liger-Belair, hoogleraar chemische fysica aan de universiteit van Reims Champagne-Ardenne in Frankrijk, ontdekt dat het merendeel van het gas dat in de atmosfeer in mousserende wijn verloren gaat, niet ontsnapt in de vorm van bellen, maar van het oppervlak van de vloeistof. Dit proces is echter sterk verbeterd door de manier waarop bubbels aanmoedigen de champagne in het glas laten stromen. Als er geen bubbels waren, zou het weken duren voordat een drankje zijn koolstofdioxide verliest.
Het aantrekkelijke champagnehart van Champagne is ook te vinden in andere dranken. Als het gaat om bier en koolzuurhoudend water, komen de bubbels niet van fermentatie, maar worden kunstmatig geïntroduceerd door de vloeistof onder hoge druk te bottelen met een overmaat aan koolstofdioxide. Nogmaals, wanneer het gas wordt geopend, kan het niet worden opgelost, dus er ontstaan bellen. Kunstmatige carbonatatie werd feitelijk ontdekt door de 18-eeuwse Engelse chemicus Joseph Priestley - beter bekend door het ontdekken van zuurstof - terwijl hij onderzoek deed naar een methode om drinkwater op schepen te conserveren. Koolzuurhoudend water komt ook van nature voor: in het Zuid-Franse stadje Vergèze - waar Perrier, het commerciële merk mineraalwater, wordt gebotteld - wordt een ondergrondse waterbron blootgesteld aan kooldioxide onder hoge druk en komt van nature bruisend.
Wanneer een koolzuurhoudende drank rijk aan verontreinigingen is die aan het oppervlak blijven kleven, bekend als oppervlakte-actieve stoffen, bubbels kunnen niet barsten als ze de top bereiken, maar zich daar ophopen als schuim. Dat is wat bier zijn kop geeft. Dit schuim beïnvloedt op zijn beurt de textuur, het mondgevoel en de smaak van de drank. Vanuit een meer fysiek perspectief isoleert schuim ook de drank, houdt deze langer kouder en fungeert als een barrière voor het ontsnappen van koolstofdioxide. Dit effect is zo belangrijk dat bier in het Dodger Stadium in Los Angeles soms wordt geserveerd met een schuimkraag. Onlangs hebben onderzoekers ontdekt een ander interessant effect: een schuimkraag voorkomt dat het bier morst als iemand met een open glas in de hand loopt.
Dondanks onze solide begrip van bellenvorming in drankjes, blijft een vraag: waarom houden we van drankjes met bubbels? Het antwoord blijft ongrijpbaar, maar enkele recente studies kunnen ons helpen begrijpen. De interactie van kooldioxide met bepaalde enzymen in speeksel veroorzaakt een chemische reactie die koolzuur produceert. Aangenomen wordt dat deze stof sommige pijnreceptoren stimuleert, vergelijkbaar met die geactiveerd bij het proeven van gekruid voedsel. Het lijkt erop dat de zogenaamde 'carbonatiebeten' een soort pittige reactie is - en mensen (vreemd genoeg) lijken het leuk te vinden.
De aanwezigheid en grootte van bubbels kan zelfs onze perceptie van smaak beïnvloeden. In een recent studie, onderzoekers ontdekten dat mensen de beet van koolzuur konden ervaren zonder bubbels, maar bubbels veranderden hoe de dingen smaakten. We hebben nog steeds geen duidelijk beeld van het mechanisme waarmee bubbels de smaak beïnvloeden, hoewel fabrikanten van frisdrank manieren hebben om de hoeveelheid koolzuur in te stellen op basis van de zoetheid en aard van de drank. Bubbels ook invloed hebben op de snelheid waarmee alcohol wordt opgenomen in het lichaam - het is dus waar dat een bruisend drankje ervoor zorgt dat je je sneller dronken voelt.
Wat ons betreft biedt dit alles een goed excuus om over fysica te praten. We genieten natuurlijk ook van bubbeldranken, maar persoonlijk vieren we het toevoegen van een vleugje wetenschap aan een onderwerp, zodat de meeste mensen zich erbij kunnen vinden. Wat meer is, bubbelvloeistoffen hebben veel praktische toepassingen. Ze zijn essentieel voor sommige extractietechnieken olie; voor het uitleggen van dodelijke onderwaterexplosies bekend as uitbarstingen van limoenen; en voor het begrip van veel andere geologische fenomenen, zoals vulkanen en geisers, waarvan de activiteit sterk wordt beïnvloed door de vorming en groei van gasbellen in de uitbarstende vloeistof. Dus, de volgende keer dat je een glas bubbels viert en terugspoelt, moet je weten dat de natuurkunde bijdraagt aan de som van het menselijke geluk. Salud!
Over de Auteurs
Roberto Zenit is een onderzoeker en professor in engineering aan de Nationale Autonome Universiteit van Mexico en fellow van de American Physical Society. Zijn werk is gepubliceerd in de Journal of Fluid Mechanics en Physical Review Fluids, Onder vele anderen.
Javier Rodríguez Rodríguez is universitair hoofddocent bij de Fluid Mechanics Group van de Carlos III Universiteit van Madrid. Zijn werk is verschenen in de Journal of Fluid Mechanics, naast vele andere publicaties.
Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op eeuwigheid en is opnieuw gepubliceerd onder Creative Commons.
Verwante Boeken
at InnerSelf Market en Amazon
