破裂する程まで容器の内圧が上がる推定要因は次の通りです。主成分のひとつに水があります。H2Oは、液体状態から固体状態になる(=凍る)と体積が増加する(※1)ことが一般的に知られています。(500ml×1.09)まで体積容量が増えます。容器の余裕体積が小さく満杯まで飲料が入ってる場合は、この要因1だけで破裂する可能性があります。よって、条件によっては炭酸飲料に限らず、破裂する場合があると考えられます。CO2」が溶け込んでいます(※3)。液体状態の水には二酸化炭素が溶存することができるのですが、固体状態の氷には二酸化炭素は溶存することはできません(※4)。よって、炭酸飲料を凍らせると、水に溶けていた二酸化炭素がガス化して追い出されます(=脱気)。溶存していた二酸化炭素が脱気して気体状態になると、体積が増加するため、容器内の圧力が増加します。容器が耐えられる圧力を、内圧が上回ったときに破裂します。「容器の内圧が上がることが原因で破裂する。研究開発に言えることですが、原因がわかれば対策を考えることができます。今回は、容器内の内圧の上昇が原因だと推定したので、以下のような対策が挙げられます。500ml×10%)を飲んでから、フタを開けた状態で冷凍庫に入れれば破裂する可能性は低いと考えられます。炭酸ガスは抜けるため、美味しくないかもしれません。※1:水が凍ると体積増加する理由H2O分子は折れ線構造(※2)をしていますが、液体の状態だと固体状態よりも自由に分子運動をしているため、水素結合しても規則正しい配列にならず、かさ高くなりません。固体状態だと分子運動が停止し、水素結合により折れ線構造のH2O分子が規則正しく配列するため分子間の隙間が大きくかさ高くなります。よって、水は固体になると体積が増加します。水素結合とは、分極により正電荷を帯びた水素原子と、電気陰性度の高い原子の孤立電子対の間に生じる分子間力のことです。今回の場合は、「水素原子」と「酸素原子の孤立電子対」との間の分子間力になります。https://www.sidaiigakubu.com/examination-measure/chemistry/08/詳しくは以下のサントリーさんの解説をご覧ください。ちなみに、水を除く大多数の物質は液体状態よりも固体状態の方が体積が小さくなります。水のように結晶構造の隙間が大きくなることにより、液体状態よりも固体状態の方が体積が大きくなる物質のことを異常液体と言います。水の他には、ケイ素、ゲルマニウム、ガリウム、ビスマス等の元素が挙げられます。※2:H2O分子が折れ線構造である理由H2O分子は、化学式の通り、H原子×2個と、O原子×1個から構成されています。H原子は原子番号1であるため、電子数は1つ、O原子は原子番号8であるため、電子数は8つです。(定義)この電子が各原子の原子軌道に入ります。電子はフェルミ粒子なので、パウリの排他原理に従い、1つの軌道にはお互いに逆向きのスピンである2つの電子が入ることになります。原子軌道への電子の入り方はこちらを参照。2pz1)という原子軌道になります。ここで、混成軌道理論を適用すると、O原子はsp3混成軌道になります。https://kusuri-jouhou.com/chemistry/orbit.html2つのH原子の電子が、O原子の空いている2つのsp3混成軌道に入ることで、オクテット則に従いエネルギーが安定化します。その結果、H2O分子は以下のような構造になります。https://www1.doshisha.ac.jp/~bukka/lecture/general/resume_g/GC-13-05.pdfここで、電子対反発則により、孤立電子対(ローンペア)とO-H間の共有結合電子がそれぞれ反発し、お互いが最も離れる構造で安定化し、四面体構造になります。孤立電子対は目に見えないので、結果としてH2O分子は折れ線構造となります。溶け込んでいる溶液」となりますが、もう少し詳しく考えてみましょう。H2CO3が生成した場合の化学反応式は以下です。」は双方向の反応が起こる平衡反応であることを示しています。10-3ただし、H2CO3は不安定な物質であるため、この反応の平衡状態は著しく左に偏っていることが知られています。10-3であることから99%以上が「H2CO3」ではなく「H2O分子とCO2分子」として存在していると考えられます。H2CO3は以下のように水溶液中で電離します。10-4また、HCO3-は以下のようにさらに電離します。10-11いずれの電離も平衡定数が極めて小さいことから、ほぼ無視して良いと考えられます。CO2」で良いと個人的には考えています。このことから、炭酸飲料を開封し、圧力を下げたときに出てくる気体は当然「CO2」であると言えます。日常では「炭酸が抜ける」などという発言をよく聞きますが、正確には「炭酸ガス(CO2)が抜ける」ですね。CO2が溶け込んでも化学反応は生じにくいです。よって、H2O分子がCO2分子を取り囲むような状態になると考えられます。液体状態の水では、CO2分子を閉じ込めておけるのですが、固体状態の氷では規則正しい配列の結晶構造をしているので、CO2分子を取り囲むことができないと考えられます。よって、固体状態の氷には、炭酸ガスは溶けることができないと言えます。炭酸飲料を冷凍庫で凍らせてはいけない理由を科学的(化学的)に解説してみました。ご参考になれば幸いです。リンクPVコメントするコメント、ご質問は管理人Twitterまでお願い致します。DTM、仕事、お金についてノウハウ・嗜好を紹介するブログ(月2.5万人閲覧)を運営。(現在950万円)についてブログで発信。音楽はメタルコア・ポストハードコア・エモ・スクリーモが好き。-DTMあんてなDTMアンテナメッセージ誹謗中傷、荒らし、その他不適切と判断したコメントをされた方はアクセス制限の対象とし、特に悪質なコメントや恫喝、犯行予告は、しかるべき場所へ通報、連絡致します。書き込まれた内容、IPアドレスは万が一のときの為に全て保管させていただいておりますのでご了承下さい。ご理解頂きますよう、よろしくお願い致します。