얼린 콜라가 폭발하는 과학적 이유

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무더운 여름, 냉동실에 넣어둔 잠시 보관한 콜라. 잠깐 깜빡했다가 뚜껑을 여는 순간, 대참사가 벌어진다. 폭발과 함께 콜라가 사방으로 튀는 결말을 맞게 되는 것. 이는 얼어서 부피가 늘어난 게 아니라 콜라의 화학적 원리 때문이다.

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이산화탄소가 숨어 있다

콜라, 사이다 같은 탄산음료가 톡 쏘는 이유는 바로 이산화탄소(CO₂) 때문이다. 제조 과정에서 이산화탄소를 높은 압력으로 용해시키면, 액체 속에 녹아 있던 기체가 탄산(H₂CO₃) 형태로 일부 결합해 있다. 하지만 이 상태는 일종의 강제적인 안정 상태다. 뚜껑을 열어 압력이 낮아지면 녹아 있던 이산화탄소가 순식간에 기체로 변하며 방출된다. 우리가 흔히 "김이 빠진다"고 하는 현상도 같은 원리다.

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냉동실에 넣으면 무슨 일이 벌어질까?

탄산음료를 얼리면 먼저 물이 결빙되기 시작한다. 탄산음료는 단순한 물이 아니라, 설탕, 착향료, 이산화탄소 등 다양한 성분이 혼합된 용액이다. 이 중에서도 물은 가장 먼저 얼어붙기 시작하지만, 이산화탄소는 온도가 낮아질수록 액체 속에 더 많이 녹아드는 성질을 갖고 있다. 즉, 차가운 상태에서는 탄산이 더 잘 유지된다는 뜻이다.

 

 

 

 

하지만 이산화탄소가 안정적으로 녹아 있는 건 어디까지나 병이 밀폐된 상태에서만 가능하다. 얼어붙은 물이 점점 부피를 차지하면 액체 속 이산화탄소는 갈 곳을 잃고 압력을 높인다. 병 내부는 점점 팽팽해지며, 뚜껑을 여는 순간 모든 것이 한꺼번에 터져버린다.

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폭발의 핵심, 순간적인 압력 변화

뚜껑을 열면 내부 압력이 갑자기 낮아지면서 액체에 녹아 있던 이산화탄소가 빠져나오려 한다. 이때 얼음 조각들이 작은 기포 형성의 ‘씨앗’ 역할을 한다. 미세한 거친 표면이 많을수록 기체가 더 빨리 분출되는데, 이 때문에 얼린 탄산음료는 일반 온도의 탄산음료보다 훨씬 거품이 심하게 솟아오른다.

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이 현상은 과학적으로 헨리의 법칙(Henry’s Law)으로 설명할 수 있다. 헨리의 법칙은 액체 속 기체의 용해도가 압력과 온도에 의해 결정된다는 법칙으로, 압력이 낮아지면 용해도가 떨어지고, 결국 기체가 밖으로 빠져나오게 된다. 이 과정이 한순간에 일어나면서 우리가 예상치 못한 ‘콜라 폭발’이 일어나는 것이다.

 

 

헨리의 법칙이란? 기체가 액체에 용해되는 양은 기체의 압력에 비례한다는 원리다. [자료=psiberg]

 

얼린 탄산음료, 안전하게 개봉하는 법

특별한 방법이 있는 것은 아니지만, 몇 가지 주의 사항을 명심하면 좋다. 냉동실에서 꺼낸 후 실온에서 서서히 녹이면 내부 압력이 점진적으로 낮아지면서 갑작스러운 폭발을 방지할 수 있다.

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처음부터 뚜껑을 확 열지 말고, 아주 천천히 돌려 내부 압력을 서서히 낮추는 것이 중요하다. 또 병을 흔들면 내부에 작은 기포가 많아져 폭발할 가능성이 훨씬 높아지므로 흔들기는 금물이다. 탄산음료는 본래 0℃보다 낮은 온도에서도 어는 점이 다소 낮아지지만, 일정 수준 이상 얼어버리면 폭발 가능성이 급격히 증가한다. 적당 시간만 냉각하고 너무 오래 방치하지 않는 게 좋다.

 

 

 

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