Bevroren frisdrank

"Slechts één à tweemaal per jaar is er voor mij aanleiding een fles Spa Rood en fles Cola Light aan te schaffen', schrijft mevrouw D.V. uit 's-G. ""Ik leg die dan in mijn Erres-koeler bij een temperatuur van 0 tot 3 graden, een temperatuur waarbij melk, groente en limonadesiroop - voor mijn müsli - zich uitstekend voelen. Zolang de flessen ongeopend en dus vol zijn doet zich géén probleem voor. Na het feest echter, als ze ¢4 half leeg zijn, of verder, treedt ijsvorming op. Zozeer zelfs dat er nu een glazen Spa-fles gebarsten is.'' Onbegrijpelijk, meent mevrouw V., want koolzuur bevriest toch bij veel lagere temperatuur? Zij wil weten hoe het zit.

Een goede gedachte om het labo voor AW in te schakelen want het is nergens voor nodig om the day after the night before te laten bederven door het ruimen van Spa-scherven en het bijbehorende glas. Maar vooruitlopend op het praktisch onderzoek moet een enkele kanttekening gemaakt worden. Dat waterige dranken in een koelkast bevriezen bij een temperatuur boven nul graden Celsius kan op grond van resultaten van klassiek onderzoek uitgesloten worden. Vermoedelijk is de in 's G. gebruikte thermometer ontregeld - er is een schrijnend tekort aan betrouwbare meetapparatuur voor de nieuwsgierige consument. Dat een Erres-koeler koolzuur doet bevriezen is ook niet waarschijnlijk. Wat daar in Den H. bevriest moet water zijn, de vraag is wat er met dat water aan de hand is.

Over naar het verifiërend veldwerk. Omdat er geen uitzicht was op gezinsmatige afname van Spa Rood en Cola Light werden voor het onderzoek Spa en Cola in wegwerpblikjes gekocht, in het vertrouwen dat druk en samenstelling daarin niet anders zijn dan in flessen. De instelling van de AW-koelkast werd zo opgeschroefd dat het hoofdcompartiment een graad of drie, vier onder nul stond. Twee blikjes werden geopend, twee bleven gesloten. Ook kwam, bij wijze van blanco, een kommetje leidingwater voorzien van thermometer op het rek te staan. Na 24 uur ging de kast weer open.

Daarbinnen leek niets bijzonders gebeurd. De luchttemperatuur stond op min drie à vier graden, in goede harmonie met de temperatuur van het leidingwater in het kommetje: ook min vier graden. Het tevreden gevoel daarover verdween toen het besef doordrong dat het water bij die temperatuur nog steeds niet was bevroren. Onderkoeling, natuurlijk. En inderdaad, gekras met de thermometer over de wand van het kommetje had subiet kristallisatie tot gevolg. Daarbij steeg de temperatuur tot nul graden.

Nu, in de geopende, halfgeleegde blikjes was van onderkoeling geen sprake. In het duister bevond zich bros, sponzig ijs zoals men wel aantreft in modderige sloten. In de gesloten blikjes daarentegen bleek het Spa Rood nog net zo vloeibaar als voor het onderzoek. In Den H. is een wetmatigheid ontdekt.

Maar nu het blikje Cola Light! Al tijdens het transport van koelkast naar tafel gebeurde er iets vreemds in het blikje. Alsof daarbinnen iets bewoog dat naar buiten wou. Het losscheuren van het lipje ging gepaard met een knal die de knallen van vorige blikjes in de schaduw stelde. Toch ontsnapte nauwelijks Cola-vocht. Alle drank was tot één grote klomp ijs bevroren.

Voor de verklaring is contact opgenomen met ijsmeester H. Kroes (Elfstedenvereniging) en prof.dr. H.J.C. Berendsen en dr. H.A.R. de Bruin, de een uit Groningen de ander uit Wageningen. Ook "De natuurkunde van 't vrije veld' (Minnaert) gaf goede steun.

Een belangrijk gegeven is dat frisdrankproducenten hun koolzuurhoudende dranken meestal onder 5 atmosfeer druk afleveren. Op zichzelf leidt die druk nauwelijks tot vriespuntsdaling (die is 0,0075 graad per atmosfeer) maar indirect heeft ze wel een flink effect: door de hoge druk lost per liter ongeveer 17 gram koolzuur (CO2) op dat het vriespunt verlaagt tot -0,7 graad Celsius. Nòg te weinig om de verschijnselen zonder meer te verklaren, maar hier brengt de waargenomen onderkoeling van leidingwater uitkomst. Wat leidingwater kan kan vriespuntverlaagde Spa zeker. Dat de dranken in de geopende blikjes niet onderkoelen is ongetwijfeld te danken aan de koolzuurbelletjes die er voortdurend in opstijgen. Ze fungeren als kristallisatiekiemen.

Ook in een gesloten Cola-blikje vormen zich wel belletjes als men daarmee schudt. Zeker ontstaan er snel heel veel als daarna nog de druk wegvalt. In het onderzochte Cola-blikje maakte daardoor onderkoelde Cola binnen een fractie van een seconde plaats voor een massief stuk ijs. Bijkomend effect was waarschijnlijk dat op hetzelfde moment alle koolzuur werd uitgedreven want gassen passen niet in het typische rooster waarin water kristalliseert. Dat is goed te zien in ijsblokjes die in het vriesvak zijn bevroren: de opgeloste lucht is in het midden van de blokjes terug te vinden. Hoe het zij, alle koolzuur uit de Cola kwam terecht in de krappe ruimte die het ijs nog over liet. Dat moest wel een klap geven.

Waarom het onderkoelde blikje Spa niet spontaan bij opening bevroor, is inmiddels ook bekend. Spa lost, zegt Spa, maar 6,8 gram CO2 per liter Spa op. De druk is daar maar 2 atmosfeer.