탄산음료 속 이산화탄소 양 측정 실험 방법

탄산음료 속에는 청량감을 주는 이산화탄소(CO₂)가 용해되어 있으며, 기압이 낮아지거나 흔들림, 온도 상승 등으로 기체가 방출됩니다. 본 실험에서는 탄산음료에서 방출되는 이산화탄소 기체의 양을 간단한 실험 장치를 이용해 측정하고, 기체의 부피를 통해 함유량을 정량적으로 추정하는 방법을 소개합니다.

실험 목표

탄산음료에서 이산화탄소가 방출되는 원리를 이해하고, 간이 장치를 통해 방출된 CO₂의 양을 측정하여 탄산음료 내 기체 함유량을 정량적으로 추정한다.

실험 원리

탄산음료에 녹아 있는 이산화탄소는 고압 하에서 물에 용해되어 있으며, 병을 개봉하면 압력이 낮아지면서 기체가 방출됩니다. 이 기체는 비누 방울, 페트병 압력, 수조 속 기체 포집 등으로 시각화하거나 부피를 측정할 수 있습니다.

$$\text{CO}_2(\text{aq}) \rightarrow \text{CO}_2(\text{g})$$

실험 준비물

• 탄산음료 (콜라, 사이다 등)
• 500mL~1L 페트병 (뚜껑 포함)
• 고무 마개 또는 플라스틱 병뚜껑에 구멍 뚫은 것
• 유연한 플라스틱 튜브(어항용 실리콘 튜브 등)
• 물이 가득 찬 수조 또는 큰 비커
• 기체를 포집할 투명 눈금 실린더 또는 페트병(입구 아래로)
• 온도계, 타이머

실험 방법

1. 실험 장치 구성

1. 페트병 뚜껑 중앙에 구멍을 뚫고, 튜브를 꽂아 고정합니다.
2. 튜브의 다른 끝은 수조 속 물이 가득 찬 눈금 실린더 안에 넣습니다. (실린더 입구는 물속에 아래로 향하도록 뒤집어서 고정)
3. 눈금 실린더는 넘침 없이 기체가 들어갈 수 있도록 물에 잠긴 상태로 유지합니다.

2. 실험 시작

1. 탄산음료를 실온에 두고 잘 흔들지 않은 상태로 페트병에 약 300mL 정도 붓습니다.
2. 뚜껑을 빠르게 닫고, 병을 세게 흔들거나 병을 손으로 주물러 기체를 유도합니다.
3. 페트병 내부 압력이 증가하면서 CO₂가 튜브를 통해 방출되어 실린더 안으로 들어갑니다.

3. 측정 및 기록

• 5~10분 동안 방출된 기체의 부피를 눈금 실린더로 측정합니다.
• 실험 후 병을 열고 흔들면 추가 방출 여부 확인 가능

예상 결과

탄산음료 종류	기체 부피 (mL)	비고
콜라	180~220	설탕 + CO₂ 풍부
사이다	150~200	투명한 무색 음료
제로 콜라	120~160	감미료 사용
병 개봉 후 1일 경과	30~50	기체 손실

확장 실험 아이디어

• 온도 변화에 따른 CO₂ 방출량 비교 (차가운 음료 vs 따뜻한 음료)
• 흔들기 유무에 따른 방출량 비교
• 개봉 후 시간 경과에 따른 CO₂ 잔존량 측정
• 병 크기, 용량, 브랜드 간 차이 분석

주의사항

• 병을 과도하게 흔들면 넘침이나 터짐 위험이 있으니 주의합니다.
• 병뚜껑은 단단히 닫고 기체가 새지 않도록 확인합니다.
• 실험 후 기체 방출 장치를 안전하게 분리하고 정리합니다.

결론

탄산음료 속 이산화탄소는 병 개봉과 흔들림, 온도 변화에 따라 쉽게 방출됩니다. 본 실험에서는 간단한 기체 포집 장치를 통해 탄산음료에 포함된 CO₂의 양을 직접 시각적으로 확인하고 정량적으로 측정할 수 있었습니다.

이를 통해 음료 제조 방식과 포장 기술이 기체 보존에 중요한 역할을 한다는 것을 알 수 있으며, 기체의 압력과 용해도, 부피와 관련된 기초 물리화학 개념도 함께 이해할 수 있는 유익한 실험입니다.