La chimie des boissons gazeuses

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Sujets
Patrick Clarke et Parlons sciences
Lisibilité
6.86

Quels sont les liens avec mon programme d'études?

Découvre comment agissent les acides et les bases, et les lois de la solubilité, de l’équilibre chimique et des gaz dans certaines de tes boissons favorites.

Quand tu ouvres une canette de Coca-Cola, quelle est la première chose que tu remarques? Peut-être entends-tu un bruit de pétillement? Peut-être vois-tu des bulles monter à la surface et éclater? Mais savais-tu que tout ce pétillement est en fait un processus chimique? Parce que, dans toutes les canettes de boisson gazeuse, se produisent des réactions chimiques absolument fascinantes.

Le savais-tu?

Le Coca-Cola est la boisson gazeuse la plus vendue au monde. C’est un pharmacien qui l’a inventée en 1886 pour la vendre comme médicament. À l’époque, le Coca-Cola se vendait cinq cents le verre!

Pourquoi les boissons gazeuses pétillent-elles?

Bien souvent, les gens qui boivent des boissons gazeuses adorent la sensation des bulles qui éclatent dans la bouche. Ces bulles sont le résultat de la gazéification. La gazéification est ce qui se produit quand du dioxyde de carbone (CO2) se dissout dans l’eau (H2O) ou une solution aqueuse (à base d’eau).

Normalement, le dioxyde de carbone ne se dissout pas dans l’eau. Pour que cette dissolution se fasse, les fabricants doivent augmenter la pression dans les canettes (ou les bouteilles) et les garder à basse température. Dans ces conditions, les molécules d’eau peuvent capturer beaucoup de molécules de CO2.

La canette est ensuite scellée pour être bien hermétique. De cette manière, il y a suffisamment de pression dans la canette pour empêcher les molécules restantes de CO2 de s’échapper. À l’intérieur de la canette, le CO2 existe sous deux formes : une partie est dissoute dans l’eau, l’autre est sous forme de gaz, emprisonnée entre le couvercle de canette (ou de la bouteille) et le liquide.

Quelles sont les réactions chimiques qui se produisent à l’intérieur d’une canette de boisson gazeuse?

Quand le CO2 se dissout dans l’H2O, l’eau et le dioxyde de carbone à l’état gazeux réagissent pour former une solution diluée d’acide carbonique (H2CO3).

La réaction chimique de ce processus est : CO2 + H2O ⇋ H2CO3 

Tu remarqueras que les réactifs, H2O et CO2, sont à gauche. Le produit, H2CO3, est à droite.

Note le symbole ⇋ dans l’équation chimique. Il indique que la réaction est réversible, c’est-à-dire qu’elle peut se faire dans les deux sens. L’acide carbonique peut redevenir de l’eau et du dioxyde de carbone. Quand une canette est scellée, la forte pression à l’intérieur pousse la réaction chimique vers la droite (réaction directe).

Réaction directe d'acide carbonique
Équation chimique pour la formation d'acide carbonique à partir d'eau et de dioxyde de carbone.

Autrement dit, de l’acide carbonique est produit. La réaction directe continue jusqu’à ce que la concentration des réactifs et des produits arrête de changer, c’est-à-dire jusqu’à ce que les deux réactions chimiques atteignent l’équilibre.

Mais dès que tu ouvres la canette, la pression est relâchée. Cela déplace la réaction chimique vers la gauche (réaction inverse).

Réaction inverse d'acide carbonique
Équation chimique pour la formation d'eau et de dioxyde de carbone à partir d'acide carbonique.

Tu te rappelles qu’il y a du CO2 à l’état gazeux dans la partie supérieure de la canette? Une fois que tu ouvres celle-ci, le gaz s’échappe. Il n’y a donc plus autant de pression et le CO2 dissous commence à sortir de la solution liquide. Des bulles se forment et le CO2 se libère dans l’air.

Le CO2 qui s’échappe fait que la concentration de CO2 dans la boisson diminue et alors l’acide carbonique redevient du COet de l’H2O. Il en résulte un nouvel équilibre.

Pourquoi le pétillement donne-t-il un si bon goût?

As-tu déjà remarqué que les boissons gazeuses ont meilleur goût que les boissons qui ont perdu leur gaz (et leur pétillement)? Cela n’a rien à voir avec les bulles. C’est en fait parce que, dans une boisson gazeuse, l’acide carbonique dilué crée une légère sensation de brûlure sur la langue.

Quand la boisson perd son gaz (et devient plate), cette sensation disparaît. Quand tu laisses ta canette ouverte, le CO2 s’en échappe continuellement. Revoyons notre équation chimique.

H2O + CO2 ⇋ H2CO3

Pendant que les bulles de CO2 s’échappent du liquide, les réactifs et les produits vont de nouveau vers l’équilibre. Cela entraîne une réaction inverse pendant laquelle la concentration d’acide carbonique dans la boisson diminue de plus en plus. À mesure que la quantité de H2CO3 baisse, la capacité de la boisson de provoquer cette sensation de pétillement sur la langue diminue aussi.

Le savais-tu?

Le processus de gazéification a été inventé par un chimiste réputé du nom de Joseph Priestley en 1767. Quelques années plus tard, un scientifique suisse, Jacob Schweppe, a créé la toute première boisson gazeuse au monde, le Schweppes Soda tonique!

Pourquoi aime-t-on les boissons gazeuses?

D’abord, pour quelle raison certaines personnes aiment-elles la sensation de pétillement que donnent les boissons gazeuses? Les scientifiques ne sont pas complètement sûrs de la réponse. Des études ont même montré que, souvent, les autres mammifères évitent de boire des liquides gazéifiés. Certains scientifiques pensent que les humains aiment les boissons pétillantes parce qu’ils veulent vivre des expériences un peu risquées. C’est aussi la raison pour laquelle certaines personnes aiment vraiment la nourriture piquante. Et puis, n’oublions pas qu’il y a autre chose dans les boissons gazeuses que les gens aiment : une grosse quantité de sucre!

Les boissons gazeuses (2016) par Comment c'est fait (5 min 10 sec).

Qu’as-tu appris sur les boissons gazeuses?

Récapitulons!

  • Les boissons gazeuses contiennent de l’acide carbonique. Celui-ci se forme quand le CO2 est dissous dans l’eau.
  • Dans les canettes (ou bouteilles) de boisson gazeuse, l’acide carbonique et le CO2 à l’état gazeux ont atteint un équilibre chimique.
  • Quand tu ouvres une canette de boisson gazeuse, le CO2 s’échappe. Des bulles montent à la surface et tu entends un bruit de pétillement. L’équilibre chimique entre l’acide carbonique et le CO2 change.
  • Quand la boisson devient plate, c’est parce que la concentration d’acide carbonique baisse.
  • De nombreux animaux n’aiment pas du tout les boissons gazeuses.
  • Pour terminer, si tu adores les boissons gazeuses, c’est peut-être parce tu aimes prendre des risques dans la vie!

Amorces de discussion

Faire des liens

  • Quelle est ta boisson gazeuse favorite et pourquoi?
  • Boirais-tu une boisson gazeuse non pétillante (plate)? Pourquoi?
  • As-tu une machine à gazéifier l’eau à la maison ou en as-tu déjà utilisé une? Est-ce que ça rend vraiment l’eau pétillante?
  • As-tu déjà joué des tours avec des canettes de boisson gazeuse? Qu’as-tu fait et qu’est-il arrivé?

Faire des liens

  • Quelle est ta boisson gazeuse favorite et pourquoi?
  • Boirais-tu une boisson gazeuse non pétillante (plate)? Pourquoi?
  • As-tu une machine à gazéifier l’eau à la maison ou en as-tu déjà utilisé une? Est-ce que ça rend vraiment l’eau pétillante?
  • As-tu déjà joué des tours avec des canettes de boisson gazeuse? Qu’as-tu fait et qu’est-il arrivé?

Relier la science et la technologie à la société et à l'environnement

  • rendre la nourriture plus savoureuse, à la faire durer plus longtemps ou à la rendre plus attrayante? Pourquoi?
  • Les machines à gazéifier deviennent de plus en plus populaires. Pourquoi, selon toi?
  • Comment une idée comme celle voulant que « l’eau gazéifiée soit bonne pour la santé » peut-elle se répandre et devenir acceptée dans la société? Explique.

Relier la science et la technologie à la société et à l'environnement

  • rendre la nourriture plus savoureuse, à la faire durer plus longtemps ou à la rendre plus attrayante? Pourquoi?
  • Les machines à gazéifier deviennent de plus en plus populaires. Pourquoi, selon toi?
  • Comment une idée comme celle voulant que « l’eau gazéifiée soit bonne pour la santé » peut-elle se répandre et devenir acceptée dans la société? Explique.

Explorer les concepts

  • Décris le processus d’équilibre dans une réaction chimique.
  • Explique comment la pression et la solubilité agissent sur le pétillement ou l’absence de pétillement dans les boissons gazeuses.
  • Fais une recherche sur les conséquences qu’une consommation régulière de boissons gazeuses entraîne pour la santé.

Explorer les concepts

  • Décris le processus d’équilibre dans une réaction chimique.
  • Explique comment la pression et la solubilité agissent sur le pétillement ou l’absence de pétillement dans les boissons gazeuses.
  • Fais une recherche sur les conséquences qu’une consommation régulière de boissons gazeuses entraîne pour la santé.

Nature de la science et de la technologie

  • L’étude de la chimie des aliments est-elle une « vraie » science? Explique.

Nature de la science et de la technologie

  • L’étude de la chimie des aliments est-elle une « vraie » science? Explique.

Littératie médiatique

  • Quels moyens les médias utilisent-ils pour inciter les gens à acheter des boissons gazeuses et d’autres produits alimentaires non essentiels?
  • Crée ta propre annonce publicitaire ou annonce d’emploi en rapport avec une carrière en chimie ou en science de l’alimentation.
  • Les médias devraient-ils jouer un rôle visant à informer le public sur les effets négatifs possibles de nos choix alimentaires? Explique.

Littératie médiatique

  • Quels moyens les médias utilisent-ils pour inciter les gens à acheter des boissons gazeuses et d’autres produits alimentaires non essentiels?
  • Crée ta propre annonce publicitaire ou annonce d’emploi en rapport avec une carrière en chimie ou en science de l’alimentation.
  • Les médias devraient-ils jouer un rôle visant à informer le public sur les effets négatifs possibles de nos choix alimentaires? Explique.

Suggestions pour l'enseignement

  • Cet article et les vidéos intégrées appuient l’enseignement et l’apprentissage des notions relatives aux acides et aux bases, et aux lois de l’équilibre chimique, de la solubilité et des gaz en chimie. L’article présente les concepts de la gazéification et des réactions réversibles.
  • Avant de leur faire lire l’article, l’enseignant ou enseignante pourrait amener les élèves à réfléchir à la gazéification en général en posant des questions de la section Faire des liens.
  • Après avoir lu l’article et vu le vidéo, les élèves pourraient utiliser la stratégie d’apprentissage Tournoi des idées principales pour résumer les principales idées présentées. Pour appuyer cette stratégie, téléchargez les fiches reproductibles prêtes à utiliser, en formats [Google doc] et [.pdf], qui complètent cet article.
  • Pour une expérience scientifique sur la gazéification, les élèves pourraient : 
    • comparer différents types ou marques de boissons gazeuses en mesurant combien de temps il faut à chacun ou chacune pour que tout l’acide carbonique s’échappe et que la boisson devienne complètement plate;
    • explorer la gazéification de différents types de liquide (p. ex. du jus d’orange, de la limonade, du thé glacé, du lait) au moyen d’une machine à gazéifier pour voir ce qui se produit et dans quelle mesure ils réussissent à rendre les boissons pétillantes.

Suggestions pour l'enseignement

  • Cet article et les vidéos intégrées appuient l’enseignement et l’apprentissage des notions relatives aux acides et aux bases, et aux lois de l’équilibre chimique, de la solubilité et des gaz en chimie. L’article présente les concepts de la gazéification et des réactions réversibles.
  • Avant de leur faire lire l’article, l’enseignant ou enseignante pourrait amener les élèves à réfléchir à la gazéification en général en posant des questions de la section Faire des liens.
  • Après avoir lu l’article et vu le vidéo, les élèves pourraient utiliser la stratégie d’apprentissage Tournoi des idées principales pour résumer les principales idées présentées. Pour appuyer cette stratégie, téléchargez les fiches reproductibles prêtes à utiliser, en formats [Google doc] et [.pdf], qui complètent cet article.
  • Pour une expérience scientifique sur la gazéification, les élèves pourraient : 
    • comparer différents types ou marques de boissons gazeuses en mesurant combien de temps il faut à chacun ou chacune pour que tout l’acide carbonique s’échappe et que la boisson devienne complètement plate;
    • explorer la gazéification de différents types de liquide (p. ex. du jus d’orange, de la limonade, du thé glacé, du lait) au moyen d’une machine à gazéifier pour voir ce qui se produit et dans quelle mesure ils réussissent à rendre les boissons pétillantes.

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Références

Crandall, P. , Chen, C. S., Nagy, S. , Perras, G. , Buchel, J. A., & Riha, W. (2000). Beverages, nonalcoholic. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5, 418-457. DOI: 10.1002/14356007.a04_035

Paul Daubenmire. (n.d.). 13.4: Solutions of gases in water: How soda pop gets its fizz. LibreTexts.