汽水鋁罐未打開前罐內上方的二氧化碳氣體其壓力較大氣壓力為何a大b小c相同d無法比較

	2F Hello 大二下 (2019/06/16) 20.20. 夏天常喝的汽水，其成分包含溶於水中的二氧化碳(分子量為 44 g/mol)；假設二氧化碳分壓為 8.0 大氣壓時，水中含 3.00 克二氧化碳，當二氧化碳分壓降至 1.6 大氣壓時，有多少二氧化碳會跑掉？  (A) 0.60 克  (B) 1.2 克  (C) 1.8 克  (D) 2.4 克  答案：D  難度：簡單 統計： A(7),B(1),C(4),D(37),E(0) #1021301 個人： 尚未作答
	3F

汽水是化學家及牧師卜利士力（joseph Priestly,

1733-1804）發明的，CO2比較為人所知的是發現氧氣

（另外有一個說法是一個叫馬和的中國人發現的）。
    汽水其實只是一瓶二氧化碳的水溶液（另外有糖

和香料），把大約2～3大氣壓的二氧化碳密封在糖水

裡，就會有部份的二氧化碳氣體溶解在水中，二氧化

碳在水中就形成碳酸，汽水給人的那種刺激味道就是

因為碳酸的緣故。
       CO2 (g) ＋ H2O (l) → H2CO3 (aq)

氣態及溶在水中的二氧化碳可以用下列平衡式來表示：    
        CO2 (g) ←→ CO2 (aq)

    氣體在液體中的溶解度是正比於液體上面的壓力

，稱為亨利定律。所以這個平衡式的平衡常數，也就

是CO2 (aq)與CO2 (g)的比值，取決於汽水瓶內的氣體壓

力。
    當你打開一罐汽水時，一系列的事情接著發生。

首先是汽水上方的壓力在很短時間內由原來的2～3大

氣壓降為正常的一大氣壓。在這快速膨脹過程中產生

一個巨大的冷卻作用（因為氣體的膨脹是做功），這

效應稱為焦耳－湯姆生效應（Joule- Thomson effect

）。這個冷卻作用使瓶口的瞬間溫度達到攝氏 -30度

，因此使得附近的水蒸汽凝結。這就是瓶口所看到的

細白霧的原因。
    除了產生白霧之外，由於瓶口壓力降為一大氣壓，

而二氧化碳的分壓也回到正常的0.03大氣壓，使得原

來的式子向左邊移動，因此原來溶解在水中的CO2 (aq)

便開始以氣泡形式離開水中。這些二氧化碳先是在成核

位置（nucleation sites）形成微泡（microbubbles）

，然後離開成核位置並上升，在上升時會與其他微泡結

合逐漸變大。成核位置可能是一個表面上的刮痕或是懸

浮的粒子。
    汽水泡的形成可藉一些方法來加速，例如加入鹽巴

，它迅速提供了許多的懸浮粒子，因此加速氣泡的形成

。當你把鹽巴加入沙士時會看到大量氣泡生成，即是這

個道理。 
    自己在家裡可以做一個有趣的實驗；倒一杯汽水再

放幾顆葡萄乾到汽水裡，就會看到葡萄乾在汽水中浮浮

沈沈。這是因為葡萄乾的表面提供了許多成核位置，因

此會有二氧化碳在表面形成。當足夠的二氧化碳形成時

，它的浮力就會使葡萄乾浮起，但一旦到表面二氧化碳

離開葡萄乾後，它就會沈下去了，如此浮浮沈沈，完全

是藉二氧化碳的力量。除了提供懸浮粒子作為成核位置

之外，鹽巴上有另外一種效應。由於鹽巴所含的鈉離子

及氯離子與水結合能力比比二氧化碳強，因此一但投入

鹽巴，這些離子就會與二氧化碳競爭水分子，導致原來

水合的二氧化碳失去水分子，只好以二氧化碳氣體溢散

。這種效應稱為鹽析效應（salting-out effect）。
    加速氣泡產生的其他方法是加以攪拌，或上下搖動

，或快速倒出汽水（所以拿汽水惡作劇的人事先要用力

搖動，而汽水如果倒太快會滿出來），這是因為攪動增

加微泡在成核置形成的緣故。
     喝汽水當然要喝冰涼的，除了冰冰的喝起來很舒服

之外（光喝冰開水也很舒服），其實這與另一個氣體溶

解定律有關：氣體在水裡的溶解度與溫度有關。溫度越

低溶解的越多（這個基本上是與氣體的動能有關，根據

氣體分子動力論，動能與溫度成正比，因此高溫時氣體

動能較大，也有較大的機會逃離水溶液）。因為二氧化

碳溶在水裡形成碳酸，因此，在低溫時的汽水會有較多

的碳酸，當然喝起來就更有刺激的味道

了。

 

我們來回顧汽水與氣體定律：

1. 亨利定律：為了溶解更多的二氧化碳在汽水中，需

要灌入高壓的二氧化碳 。可是當我們打開汽水罐以

後，由於汽水上方的二氧化碳壓力 減少，它溶解在

汽水的濃度也跟著減少。因此如果汽水不蓋起來，

不久之後就只剩下糖水了。

2. 氣體溶解定律：為了溶解更多的二氧化碳在汽水

中，汽水要冰起來。

3. 波義耳定律：當我們打開汽水時，壓力馬上降為一

大氣壓因此在液體上方的 氣體體積馬上膨脹並且

溢散，這就是我們聽到開汽水的聲音。

據道耳頓分壓定律，它所含的二氧化碳也跟著少。