Zelf de druk meten waaronder een fles spuitwater spuit

Wekelijks stuit Karel Knip in de alledaagse werkelijkheid op raadsels en onbegrijpelijke verschijnselen. Deze week: hoe groot is de koolzuur-overdruk in een fles Spa Rood?

Foto NRC

Een deel van de hedendaagse spuitwaters borrelt van het koolzuurgas dat moeder aarde er onder de grond in stopte. Maar bij de meeste, zoals bij het Spa Rood hier op de foto, wordt het gas er aan toegevoegd. Dat is dan vaak CO2 dat bij een of ander industrieel proces was vrijgekomen.

Spa is niet zuinig met de CO2. Het woordje ‘intense’ op het etiket wijst er al op, je merkt het ook aan het sissen van een verse fles. Je zou zweren dat flessen Spa Rood harder sissen dan flessen Pellegrino of Perrier. Die laatste twee blijken onder koolzuur-overdrukken van 0,9 en 1,2 bar te staan, maar voor Spa Rood is niet makkelijk een waarde te vinden. Natuurlijk had Spadel in Made die op haar feestelijke website bekend kunnen maken, maar behalve een hoop wervende rimram is daar weinig van belang te vinden. Een telefoontje naar het spuitwaterconcern leverde ook niets op.

Kan de amateuronderzoeker dan zelf vaststellen hoe hoog de druk is in een fles Spa Rood? Dat is de uitdaging van vandaag. Meer dan 15 bar is het zeker niet, want de meeste PET-flessen exploderen als je ze op die druk brengt. YouTube filmpjes van levensgevaarlijke experimenten dienaangaande laten het zien.

Er is een aardige indicatie. Je kunt een losgesneden fietsventiel monteren in een doorboorde kurk of rubberen stop en een lege Spafles oppompen met de fietspomp. Met een paar slagen heb je de fles op spanning. Fietsbanden worden meestal opgepompt tot een druk van ongeveer 4 bar. Het gevoel zegt dat een fles Spa Rood dat niet haalt.

Je zou de druk in de Spawaterfles kunnen afleiden uit het gehalte CO2 dat de fabrikant voor zijn water opgeeft. In water waarboven zuiver CO2 van één bar druk staat lost volgens de tabellen ongeveer 1,5 gram CO2 per liter op (Henry-constante). Maar jammer genoeg zwijgt Spa ook over het totaal CO2-gehalte van zijn water, alleen het gehalte bicarbonaat (HCO3-) wordt opgegeven: 18 mg per liter. Geen nood: daaruit valt het totaal CO2-gehalte te berekenen als de zuurgraad (pH) van het water bekend is. Spa noemt die evenmin maar ze schijnt rond de 4 te liggen. We vinden een totaal CO2-gehalte van ongeveer 4 gram per liter. Dan komt overeen met een druk van ruim 2,5 bar.

Links: gewoon water, rechts: Spa-water.
NRC

Valt dit bevestigen? Het idee kwam op om er een dieptemeter voor te gebruiken. Sportduikers gebruikten vroeger wel ‘capillary depth gauges’ die uit weinig méér bestonden dan een doorschijnend plastic slangetje dat aan één zijde was dichtgeknepen. Hoe dieper je dook hoe meer water er dat slangetje werd binnen geperst. Tot een diepte van 25 meter (met een druk van 3,5 bar) was het redelijk precies. Je zou een los slangetje in de Spa kunnen laten zakken.

Dit is nog steeds een goed idee, maar op het beslissende moment bleek de oude capillaire dieptemeter zoek. Van het een kwam het ander, je weet nooit hoe dat gaat, maar opeens was er een nog simpeler oplossing: je kunt ook een lege reageerbuis ondersteboven in het Spawater laten zakken. Dat is wat hier op de foto’s te zien is. De buizen zijn verzwaard met gewichtjes om ze op diepte te houden. De ene reageerbuis hangt in gewoon kraanwater dat er maar een klein eindje in is opgestegen. Dat is het effect van de waterdruk (de hydrostatische druk) rond de buisopening, die heeft de ingesloten luchtbel, conform de wet van Boyle, zo’n 10 à 15 procent samengedrukt. Niets bijzonders.

De andere reageerbuis hangt in een fles Spa Rood die natuurlijk heel even open en dicht moest om de buis te ontvangen. Daarbij ontsnapte wat gas, dat kon niet anders, maar de fles raakte al binnen een paar minuten terug op zijn oude druk (wat uit zijn stijfheid viel af te leiden). Daarbij steeg tegelijk het waterniveau binnen de reageerbuis, het was werkelijk aardig om te zien. Het steeg wat verder dan de foto toont (er waren wat storende warmte- en transporteffecten) maar het steeg bij lange na niet zo hoog als werd verwacht. De ingesloten luchtbel had minstens gehalveerd moeten worden.

Stom. De beoogde meting wordt bedorven door het vrijkomen van CO2 onder de reageerbuis. Er hoopt zich zoveel CO2 op in de luchtbel dat die tot ver voorbij zijn oorspronkelijke volume expandeert als na een kwartier de dop weer van de Spafles wordt geschroefd.

En toch, en toch is er het vermoeden dat de gezochte druk uit de waarneming is af te leiden. De gang van zaken is verrassend goed reproduceerbaar en in fysisch opzicht is het systeem fles-reageerbuis-water-gas volkomen gedefinieerd. Het probleem is aardig genoeg om er onder de paasboom over na te denken.

Wat met deze proefopzet sowieso overtuigend is aan te tonen is dat de druk binnen een gesloten fles Spawater niet stijgt als je er een harde, of zelfs heel harde klap op geeft. Niet iedereen had dit ook verwacht maar een enkeling misschien wel. Want zie eens met hoeveel geweld het Spawater te voorschijn spuit als de mishandelde fles wordt opengemaakt. Met drukverhoging heeft dit dus niets te maken.

    • Karel Knip