Miksi limsatölkki kuohuu sen jälkeen, kun sen on tiputtanut tai sitä on ravistanut?
Hetken levättyään se ei enää kuohahda. Laskeeko ulkoinen energia nesteen pintajännitettä, jolloin liuennut hiilidioksidi vapautuu helpommin? Vai mitä oikein tapahtuu?
30.07.2012
Professori Hanna Vehkamäki Helsingin yliopiston fysiikan laitokselta vastaa:
Limsa on nestettä, johon on liuennut hiilidioksidia eli kaasua. Kaasun maksimimäärä limsassa -kuinka paljon kaasua voi enimmillään liueta siihen - riippuu limsan ja hiilidioksidin omien ominaisuuksien lisäksi limsan lämpötilasta ja tölkin sisällä olevasta paineesta.
Kun limsatölkki avataan, paine tölkin sisällä laskee. Samalla myös liuenneen kaasun maksimimäärä laskee ja osa hiilidioksidista pyrkii pääsemään kaasumaiseen olomuotoon. Tämä vaatii limsan sisäosissa, ei siis pinnalla, kaasukuplien muodostumista. Näiden kuplien pinnalle alkaa muodostua neste-kaasu rajapintoja. Koska kahden eri olomuodon rajapintojen muodostaminen edellyttää energiaa, limsaan muodostuu kaasukuplia vain hitaasti.
Ilmiötä kutsutaan nukleaatioksi. Nukleaatiossa energiavalli tai energiasakko, jota sanotaan myös nukleaatiovalliksi, ei vain hidasta vaan estää toisinaan jopa kokonaan olomuodon muutoksen toiseksi. Kyse on käytännössä siitä, että rajapintojen molekyylit joutuvat vuorovaikuttamaan naapurimolekyylien kanssa hankalassa tilanteessa, jossa niiden havaitsema ympäristö on eri suuntiin aivan erilainen. Siksi niiden keskinäiset vuorovaikutusenergiat nousevat korkeammiksi kuin muualla samassa nesteessä sijaitsevien molekyylien. Esimerkiksi nesteen pinnalla osa nesteen molekyylien sitoutumiskäsistä sojottaa tyhjinä kaasun suuntaan, eivätkä ne pääse optimaaliseen sitoutumistilaan.
Jos tölkkiä on ravistettu tai se on pudotettu, tölkin nesteestä vapaassa tilassa ollut kaasu on päässyt jo sekoittumaan kupliksi nesteeseen. Näissä kuplissa on kaasu-neste -rajapinta valmiina, mikä mahdollistaa liuenneen hiilidioksidin kaasuuntumisen välittömästi ilman energiavallia myös nesteen sisäosassa. Siksi kuplat kasvavat nopeasti ja kuohuttavat nestettä.
Kun tölkki saa levätä, kuplat poistuvat nesteestä ja kuohuminen loppuu. Lopuksi tilanne on sama kuin alussa: nukleaatiovalli estää kuplien muodostumista nesteen sisällä, mutta ei nesteen pinnalla.
Nukleaatiota esiintyy myös esimerkiksi nesteen jäätyessä tai kaasun nesteytyessä, jos syntyvää olomuotoa ei alkutilanteessa ole vielä lainkaan olemassa.
