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중학교 1학년 과학/4단원(기체의 성질)

탄산음료 오래 보관하는 방법 – 페트병 찌그러뜨리는 건 효과가 있을까?(기체의 용해도, 기압)

by 민서아빠(과학사랑) 2022. 12. 11.

탄산음료를 오래 보관하는 방법 중에 페트병을 찌그러뜨려 놓으면 효과가 있다고 한다. 정말 그럴까? TV 방송에서는 효과가 있다고 주장한다.

그래서 탄산수병을 찌그러뜨리고 효과가 있는지 실험 해 보았다. 
(이 간단한 실험을 하는데 일주일 정도 걸린 듯 하다.)


탄산음료를 오래 보관한다는 것은 이산화탄소가 많이 녹아 있는 채로 보관하는 것이다. 공장에서 만들어져 나온 탄산음료는 내부기압이 약 3기압 정도로 유지되고 있다. 뚜껑을 여는 순간 탄산음료 내부 기압은 대기압과 같은 1기압이 된다. 

먹고 남은 탄산음료 뚜껑을 기체가 빠져나오지 못하게 막아 놓면 어떻게 될까?

기체의 용해도는 온도가 낮고 압력이 높을수록 커진다. 
따라서 탄산음료를 김이 빠지지 않게 오래 보관하는 방법은 첫 번째 온도가 낮은 곳에서 보관하는 것이 좋다. 이건 냉장고에 넣어 두면 된다. 

그다음 같은 온도라고 치면 페트병 내부 압력을 높게 유지할수록 좋다.

우리가 탄산음료를 먹고 뚜껑을 닫아 놓으면 탄산수 내부에 기체가 차지하는 공간이 많아 진다. 그럼 그 공간에 기체 압력이 동적평형을 이룰 때 까지 이산화탄소가 빠져 나오게 된다. 보통 온도에 따라 다르지만 3기압 정도가 되면 동적평형이 이루어진다.
 3기압이 될 때까지 탄산음료에서 이산화탄소가 빠져 나오기 때문에 오랫동안 보관하면 김이 빠진 탄산음료가 된다.

탄산음료를 조금만 먹고 뚜껑을 닫아 놓으면 빈공간이 작기 때문에 이산화탄소가 조금만 빠져 나와도 동적평형이 이루어진다. 그래서 긴 시간이 지난 후에 먹어도 톡 쏘는 맛을 유지할 수 있다. 
하지만 빈공간이 많고 탄산음료가 적게 남아 있으면, 작은양의 탄산음료에서 빈공간의 압력을 3기압으로 높이기 위해서는 거의 모든 이산화탄소가 빠져 나와야 한다. 따라서 시간이 지난 후 먹게 되면 김빠진 탄산음료를 먹게 된다.

그래서 탄산음료를 오래 보관하는 방법으로 페트병을 찌그러뜨려 보관하라는 말이 있다. 빈공간을 줄이면, 이산화탄소가 조금만 빠져 나와도 동적평형이 이루어지기 때문에 탄산음료를 오래 보관할 수 있다는 것이다. 
TV에서 이를 증명하는 실험(?)이 방영 되면서 진실로 믿어지기 시작했다.

정말 찌그러뜨려 보관하는 것이 효과가 있을까?

실험을 해 보기로 했다. 
중요한 것은 찌그러뜨려 놓은 페트병이 시간이 지나도 찌그러져 있는 상태를 유지할 수 있냐는 것이다. 만약 압력이 증가해서 펴진다면 과학적으로 아무 의미가 없다.

실험 동영상을 보자.
https://youtu.be/K5uE_Wg1LOE

 

1. 찌그러 뜨린 탄산수병을 흔들면 왠만하면 다 펴진다. 

  찌그러뜨린 탄산수 병이 펴진다는 것은 그냥 뚜껑을 닫아 놓은 병이랑 이산화탄소가 빠져 나올 공간이 같아지기 때문에 탄산음료를 보관하는데는 아무 효과가 없다고 볼 수 있다. 오히려 병이 펴지면서 공간이 늘어나게 되어 페트병 내부기압이 감소하게 되므로 기체의 용해도가 감소해서 이산화탄소가 더 잘 빠져 나올 것이다. 페트병을 살짝 눌러 놓은 정도가 아니라 과격하게 찌그러 뜨려도 웬만하면 다 펴진다. 

이전에 캔 찌그러뜨리기 실험에서 본 것처럼 
https://sciencelove.com/2295

 

캔 찌그러 뜨리기 (기압 이용)

기체의 압력에서 기체 입자의 운동을 설명하다가 대기압을 이용한 캔 찌그러뜨리기를 보여 주었다. (계속 개선해서 지금은 철재스탠드 대신 스마트폰 거치대를, 알콜램프 대신 고체연료를 사용

sciencelove.com

기압 차이면 캔도 찌그러 뜨릴 수 있다. 과격하게 찌그러 뜨린 페트병도 내부와 외부 기압이 1-2기압 정도 차이 나면 다 펴진다.


2. 양에 따라 펴지는 시간에는 많은 차이가 있다.

탄산수의 양이 많고 빈 공간이 적으면 내부 압력이 증가하면서 바로 펴진다. 전혀 효과가 없다. 중간을 살짝 눌러 놓는 정도 찌그러뜨려 놓은 병은 오히려 펴지려는 성질 때문에 페트병 내부기압이 감소해서 역효과를 볼 것이다. (탄산수 양이 많이 남아 있으면, 페트병을 많이 찌그러뜨릴 수 없고, 가운데 부분을 눌러 놓는 정도 약간 찌그러뜨릴 수 있다.)

탄산수의 양이 적고 빈 공간이 많으면, 시간이 지나도 찌그러뜨려 놓은 페트병이 잘 펴지지 않는다. 이는 탄산수에서 빠져나온 이산화탄소 압력이 페트병을 충분히 펼 만큼 큰 압력을 형성하지 못하기 때문으로 보인다. 그렇다면 탄산수가 빠져나올 공간이 작기 때문에 어느정도 효과가 있다고 볼 수 있다. 하지만 찌그러진 페트병을 펼 만큼 압력을 만들어내지 못했다는 것은 이미 탄산음료로써 기능을 상실했다고 볼 수 있다. 즉 김이 빠진 탄산음료가 됬다는 것이다.

3. 완전히 틀리다고 할 수는 없다. - 제한된 조건에서 가능성이 있다.

과학은 조건이 중요하다. 오랜시간 보관한다면 아무 효과가 없다고 생각된다.
하지만 실제 실험을 해보면 뚜껑을 열었다 다시 닫아 놓은 탄산수 내부 압력이 3기압으로 돌아오는데 꽤 오랜 시간이 걸린다. 
심지어는 뚜껑을 닫지 않고 열어 놓은 탄산수도 일주일 정도 지난 후에 컵에 따라 보면 어느정도 탄산이 녹아 있는 걸 확인할 수 있다. 생각 보다 흔들지 않고 안정한 상태로 두면 물에 녹아 있는 탄산이 빠져 나오는데 꽤 오랜 시간이 걸린다는 것이다. 

 물론 뚜껑만 열었다가 다시 닫아 놓은 탄산수는 1-2시간이면 다시 3기압이 된다. 탄산음료의 양이 많고 빈공간이 적기 때문에 탄산음료에서 이산화탄소가 조금씩만 빠져 나와도 금방 3기압이 되기 때문이다.
 하지만 절반정도만 남아 있는 페트병은 3기압이 될 때 까지 몇일이 걸리는 경우도 있다. 남아있는 탄산음료가 적으면 영영 3기압까지 회복하지 못하는 경우도 있다. 즉 찌그러진 페트병이 완전히 펴지지 않고 공간을 줄인 채로 오랜시간 존재할 수 있다는 것이다. 결론은 페트병이 찌그러진 상태로 오랜시간 존재할 수 있다는 것이다.

페트병을 조금만 흔들어 주어도 순식간에 3기압이 회복되지만, 그대로 가만히 놓아 두면 동적평형이 이루어지는데 몇일이 걸리는 경우도 있다. 더군다나 냉장고에 넣어서 낮은 온도를 유지해 주면 훨씬 오랜시간이 걸린다.

따라서 탄산음료의 내부 압력이 동적평형을 이룰 때 까지 많은 시간이 걸리기 때문에, 어쩌면 낮은 온도에서 긴 시간이 아니라, 아침에 절반을 먹고, 페트병을 변형이 일어날 정도로 찌그러 뜨리고 저녁때 탄산음료를 먹는다면 약간의 효과는 있을 듯 하다.

TV에서 탄산음료 오래 보관하는 실험에서 긴 시간이 아니라 찌그러뜨린 탄산음료를 1-2시간 정도 냉장고에 넣어 두었다가 꺼내서 실험을 하는 것으로 보인다. 그리고 꺼낸 페트병이 찌그러진 상태로 유지되었다면, 약간은 김이 덜 빠진 상태로 유지될 수 있는 가능성이 있다. 즉 TV 방송에 나온 이야기가 완전히 조작된 건 아닐수도 있다는 것이다. 

<어설프지만 나름대로 내린 결론>

 탄산음료를 절반 정도 먹고, 과격하게 페트병을 찌그러뜨린 상태에서 온도가 낮은 냉장고에 1-2시간 정도 보관한다면 약간 아주 약간은 효과를 볼 수 있다. (개인적으로 이정도 효과는 무시해도 되지 않을까?)
하지만 오랜 시간 보관해서 페트병이 펴지게 되면 전혀 효과를 볼 수 없다.
TV 실험에서는 실험 조건을 명확하게 설정하고, 여러 가지 조건(특히 보관 시간) 에서 실험ᄋᆖᆯ 해서 사람들에게 정확한 결과를 제시하고 설득해야 한다. 특수한 조건에서 성립한 사실을 진실인양 방송하는 것은 옳지 않다. 

<추가>


이걸 확인해 보기 위해서 탄산수를 찌그러뜨려도 보고, 흔들어도 보고, 몇일 동안 놓아 두기도 했다. 기압계를 구입해서 병에 부착해서 실험을 해보기도 했다.

이론적으로 정리하지는 않았지만 이 정도 정성적인 실험만 가지고도 의문점을 어느정도 해소할 수 있었다. 
직접 실험해 보고 알아낸 것은, 
뚜껑을 열었다 닫고 탄산수를 흔들면 순식간에 동적평형이 되지만, 흔들지 않고 그대로 놔두면 동적평형이 이루어질 때까지 상당히 오랜시간이 걸린다는 점이다. 그리고 온도에 큰 영향을 받는 다는 점이다.
그래서 먹다 남은 탄산음료의 경우 흔들지 말고 보관해야 한다. 그리고 빈공간이 많다고 해도, 온도가 낮은 냉장고에 보관하고 하루 안에(흔들지 않으면 탄산이 빠져 나오는데 생각보다 오랜시간이 걸린다) 다시 먹는 다면 김이 빠지지 않은 탄산음료를 먹을 수 있을 것이다. 끝.


콜라 오래 보관하는 방법에 대한 이전 자료는 아래 링크 참고
https://sciencelove.com/1650


 

콜라 오래 보관하는 방법 - 뒤집어 놓거나 찌그러 뜨리면 김이 안빠진다?

2004년에 생각해낸 아이디어 입니다. 우리가 먹다 남은 1.5L 짜리 페트병안에 들어있는 콜라나 사이다의김이 빠지지 않게 하기 위해서 뒤집어 놓으면 효과가 있다는이야기를 들은적이 있다.그렇

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<추가실험>

추후에 추가로 정리해 올리겠다.

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