汽水內部是否穩態？爲何汽水震動後再打開會衝出大量氣泡？

01-13

大家應該有經驗，買來未開封且靜置過較長時閒的可樂，打開時是比較平靜的，稍加註意就能打開後不產生大量氣泡。而如果先讓可樂瓶經受大的震動（比如從1 m多高的手中掉到地上），短時閒內打開就會產生大量小氣泡衝出來，即使小心也很難控制。但如震動後再靜置幾十分鐘，打開時仍能平穩。
那我的問題就是，震動後短期內的可樂和震動前有什麼區別？按道理可樂沒有開封，體積、壓力、溫度（這個我不能完全確定，因爲可樂瓶經常在冰箱到熱天之閒轉移，沒做過嚴格恆溫的實驗）都是一定的，那麼長時閒靜置後就已經達到了熱力學平衡的穩態，那震動後以上條件仍沒有變化，則穩態仍應該不變。打開瓶蓋時可樂與外界連通，通過釋放溶解的二氧化碳達成新的穩態很正常。但爲何震動和未震動過的可樂表現會如此不同？

可樂平靜時，溶解的氣體要釋放，要克服液體的表面張力，但一旦形成氣泡，所需要的能量就大大減小。因此最難的是氣泡從無到有形成的階段。

所以可樂受到振動時溶解在可樂中的氣體釋放更快。因為受到振動時，將許多小氣泡搖進了液體中，溶解的氣體以這些小氣泡為基礎，就能更加輕鬆地克服表面張力進入到小氣泡中。

沒有震動的可樂，其瓶內氣壓和灌裝時的氣壓基本一致。震動短期後的可樂，其實已經有很多原先溶解後的氣體被釋放出來，充填在瓶內空氣空間里，瓶內氣體壓力升高，馬上打開的話，這些氣體很快湧出並在液體表面形成湍流，進一步產生了連鎖反應，促使氣體大量釋放。而靜置之後，這些氣體再度溶解，瓶內氣壓恢復到原先的水平，因此打開就不會噴涌了。

參考：Why does a shaken soda fizz more than an unshaken one?

氣體在液體中的溶解，是有一種平衡態的。

內能傾向於使氣體從液體中解離出來，形成氣泡。

液體的表面張力傾向於壓縮氣體，使氣泡消失。

只有內能超過表面張力時，才能形成微氣泡。

而微氣泡中表面張力產生的壓力大小，取決於微氣泡的直徑，直徑越大，表面張力越小。

綜上，一旦微氣泡的直徑超越某個閾值，表面張力就會小於內能，微氣泡就會增大，表面張力繼續減小，變成一個暴膨的過程，就是沸騰。

那麼超越閾值的方法就有很多，要麼增加內能，比如加熱液體，要麼減小閾值，比如加入表面活性劑。

震動就是比較複雜的情況。一方面液體局部的壓力忽大忽小，壓力形成的閾值也是會變化的。另一方面，震動也會引起局部內能的改變。所以……這很複雜，還是邀請搞熱力學的人吧。