Congelamiento de los refrescos

Congelamiento de los refrescos

En el siglo XVII el químico escocés Joseph Black (1728-99) descubrió el dióxido de carbono (CO₂) y posteriormente, el físico inglés Joseph Priestley inventó un método para disolverlo en el agua y producir el agua carbonatada o soda, muy agradable al paladar. En ese momento nace el refresco embotellado que conocemos hoy en día a nivel mundial. Posteriormente (5 de Mayo de 1886), John Pemberton, bajo la idea original de una fórmula medicinal, inventó un refresco carbonatado, denominado Coca Cola, por contener la hoja de coca entre sus ingredientes.  

     Cuando el refresco se envasa, le agregan CO₂  gaseoso a una presión de 2 a 5 Atm,  para que se disuelva, reaccione con el agua y produzca ácido carbónico según la siguiente reacción: 

H2O + CO2 ßà H2CO3 .

       A su vez, el ácido carbónico reacciona de nuevo con el agua para formar el catión hidronio, H3O+, y el ión bicarbonato, HCO3-, de acuerdo con la siguiente reacción: 

H2CO3 + H2O ßà HCO3- + H3O+ . 

     Esto explica el sabor ácido de los refrescos, ya que el pH se reduce hasta aproximadamente 5.5 después que el líquido se ha expuesto al aire del ambiente. Finalmente, después de taparse, el CO₂ coexiste en equilibro químico con el ácido carbónico; es decir, el agua del refresco es en realidad una disolución acuosa que contiene estas dos sustancias disueltas, además de otras que le da  el sabor y color característico.

     En el enfriamiento de esta bebida universal destacan algunos fenómenos que sólo se explican con la termodinámica de los procesos fisicoquímicos presentes. En varias oportunidades hemos presenciado que, algunas veces, al sacar con cuidado de la nevera un refresco de botella, muy frío, y destaparlo, éste permanece en estado líquido;  pero, basta batirlo un poco para lograr que se congele repentinamente. Esto se explica de la siguiente manera. Como se ha mencionado anteriormente, el “agua pura” se congela a 0 ^oC a la presión atmosférica estándar (1 Atm); pero, al agregar el soluto (sabor y colorantes) al agua, disminuye la temperatura de fusión (Tc en la figura I.18). En consecuencia, esta disolución no se congelaría en una nevera que enfríe por debajo de 0 ^oC y por encima del nuevo punto de congelamiento (o fusión), el cual podría estar alrededor de -18  ^oC, en algunos modelos.

Por otra parte, cuando en la fábrica le agregan al refresco el gas (dióxido de carbono) y lo tapan, la presión en el interior aumenta hasta 2 Atm.  y  su estado termodinámico se ubica en el punto A (2 Atm y 25 ^oC, aprox.) del diagrama de fase de la figura I.18. Luego, al colocarlo en el congelador de la nevera, se enfría lentamente hasta que su temperatura y presión disminuyen, de modo que su estado viene representado por el punto B, el cual corresponde a un estado metaestable donde el refresco está subenfriado, es decir por debajo del la temperatura de fusión (congelamiento) para esa presión. Al destaparlo, con sumo cuidado, podría suceder que no se congele, aunque  haya disminuido la presión en su interior. Sin embargo, basta una pequeña perturbación, por medio de una batida, para alterar tal estado de subenfriamiento y pasarlo al estado de enfriamiento termodinámicamente estable, donde se presenta en la fase sólida, tal como se representa por C.

Otros fenómenos ocurren con los refrescos subenfriados. Cómo la temperatura está por debajo de 0 C, el vapor de agua alrededor de la botella condensa en sus paredes exteriores  y  forma una capa blanca de escarcha. Esta escarcha también se podría usar para lograr el congelamiento repentino del refresco colocando una pequeña cantidad en su interior.