Vulcão de Mentos e Diet Coca-Cola

Há uns tempos uma leitora enviou-me um vídeo que eu não consegui abrir e que recentemente, devido a uma pergunta análoga à que me fazia - se há ou não alguma reacção química subjacente ao efeito ilustrado no vídeo - descobri ser se não este então um muito parecido.

Na altura, como não vi o vídeo, pensei que o efeito referido se trataria de um fenómeno físico muito simples e que tem a ver apenas com nucleação e libertação de bolhas de CO2 no líquido sobressaturado (a quantidade de CO2 dissolvido é muito superior à concentração de equílibrio com a pressão ambiente). Em condições normais, esta libertação é muito lenta e se deixarmos uma garrafa de Coca-Cola aberta a perda do excesso de gás só acontece ao fim de umas horas, isto é, a solução aquosa vai perdendo bolhinhas de CO2 a uma velocidade decrescente até atingir uma situação de equilíbrio entre o CO2 dissolvido e o existente na atmosfera.

No Pavilhão do Conhecimento, logo no átrio de entrada, há (ou havia) uma experiência muito interessante com bolhas de ar em óleo de silicone, uma substância muito viscosa, que permite apreciar o jogo da impulsão (o que faz subir as bolhas de ar) e da «resistência» do líquido à libertação das bolhas. De modo simples, a viscosidade de um líquido tem a ver com a facilidade de escorregamento de duas camadas de líquido e depende das forças intermoleculares e da forma das moléculas. Quanto maior a viscosidade, mais difícil é deslocar o líquido e maior a resistência deste à passagem das bolhas. Quanto mais intensas forem as forças intermoleculares e mais «recortada» a molécula, maior é a viscosidade. O efeito da forma pode ser compreendido se pensarmos em esferas e naqueles T's de betão que são usados como paredões um pouco por todo o mundo. O escorregamento de duas camadas de esferas de volume e massa equivalentes aos dos T's é francamente mais fácil.

A libertação das bolhas de gás é igualmente dependente da tensão superficial do líquido, que por sua vez depende das forças intermoleculares e da área superficial das moléculas. Quanto mais intensas forem as forças intermoleculares e menor a área que ocupam as moléculas na interface líquido-gás maior será a tensão superficial. A água apresenta uma tensão superficial muito elevada exactamente por ser uma molécula muito pequena com forças intermoleculares intensas.

O álcool apresenta tensão superficial e viscosidade menores que a água e por isso a libertação de gás de uma garrafa de champanhe, vinho verde ou mesmo cerveja é mais «fácil» (nas mesmas condições de pressão de CO2) que de uma garrafa de Coca-Cola. Claro que os compostos químicos existentes nas diversas bebidas carbonatadas - por exemplo, flavonóides nos vinhos verdes ou açúcar nos refrigerantes - são importantes na medida em que podem alterar quer a viscosidade quer a tensão superficial, sendo que esta última pode diminuir drasticamente por adição de muito pequenas quantidades de compostos denominados surfactantes ou tensioactivos.

A carbonatação das bebidas pode ser conseguida naturalmente durante o processo de fermentação dos açúcares em álcool (no caso de bebidas alcoólicas com gás) ou por injecção de dióxido de carbono. As bebidas com gás têm quantidades diferentes de CO2 dissolvido, - por exemplo, a Pepsi tem mais gás que a Coca-Cola e ambas mais que uma água gaseificada -, que lhes confere as características organolépticas respectivas. Uma vez que a solubilidade de um gás depende da temperatura, normalmente a injecção de CO2 é feita a baixa temperatura, à volta de 4ºC, e a mesma bebida é pressurizada com valores diferentes consoante o vasilhame. Por razões que têm a ver com a permeabilidade do material, a pressão de enchimento é maior quando se enchem garrafas de plástico (PET, Polietileno Tereftalato, um termoplástico reciclável que é utilizado na embalagem de mais de metade das águas de mesa nacionais) em relação às latas. Por exemplo, à temperatura de 4ºC, a pressão dentro de uma lata de Coca-Cola é de cerca de 1.16 atm e a 21 ºC sobe para 2.45 atm. Por isso, não é uma boa ideia abrir uma lata ou garrafa de Coca-Cola quente...

Posta esta longa mas necessária introdução, o que explica o vulcão de Mentos? Qualquer químico vê o vídeo e imediatamente percebe que não há qualquer reacção química, há apenas uma série de processos físicos que resultam na libertação rápida e violenta do excesso de gás da Coca-Cola, libertação que pode ser reproduzida se agitarmos energicamente a garrafa. Podem confirmar que não há reacção química deitando Mentos para uma garrafa de Coca-Cola «morta» - de preferência «assassinada» por aquecimento, a libertação de todo o excesso de CO2 é um processo muito, mas muito lento nas fases finais.

Essencialmente estão em jogo dois efeitos físicos: um deles é a nucleação de bolhas à superfície (muito irregular) dos Mentos, o que pode ser confirmado triturando e dissolvendo os ditos em água e adicionando a solução resultante à Coca-Cola. Verificarão que há efervescência mas menos espectacular e explosiva. Por outro lado, se deitarem na Coca-Cola açúcar, sal ou mesmo areia, observarão o efeito dos nucleadores de bolhas.

O segundo efeito tem a ver com facto de que a consistência gelatinosa dos Mentos é conferida por goma arábica. A goma-arábica é uma resina extraída de duas espécies de acácia da região sub-saariana, Acacia senegal e Acacia seyal, constituída por uma mistura complexa de polímeros naturais, essencialmente polissacarídeos de baixo peso molecular e glicoproteínas. Muito utilizada desde há milénios, nomeadamente no Antigo Egipto, onde era utilizada, por exemplo, no processo de mumificação, o facto de apresentar composição variável ditou a substituição da goma arábica por produtos de síntese em muitas aplicações, continuando no entanto a ser um aditivo comum nas indústrias alimentar e farmacêutica.

Quando dissolvemos goma arábica em água, a tensão superficial desta diminui muito, o que conjugado com o efeito nucleador resulta no espectáculo que este vídeo evidencia.

Uma vez que goma arábica não é exactamente um ingrediente que se compre na mercearia da esquina, os nossos leitores poderão apreciar o efeito da diminuição da tensão superficial da água usando um tensioactivo mais comum, por exemplo detergente da loiça.

Finalmente, outra questão que o meu aluno me colocou e que tem a ver com uma lenda urbana alarmista que circulou por e-mail e que alertava para a formação de um composto «mortal» (e inexistente) por reacção do acesulfame-K da Diet com um componente de aroma/sabor de um determinado Mentos.

Como é óbvio, não há qualquer reacção entre os Mentos e este sal de potássio que tem um poder adoçante cerca de 125 vezes maior que a sacarose, «O» açúcar no léxico do quotidiano. A libertação mais vigorosa de CO2 quando se utiliza a versão Diet tem simplesmente a ver com o facto de que não só o acesulfame-K é solvatado de forma completamente diversa da sacarose como para obter a mesma sensação de doce em ambas as bebidas é necessária uma concentração cerca de 125 vezes maior deste último edulcorante. Ou seja, as propriedades físicas das soluções aquosas de que depende a facilidade de libertação das bolhas são diferentes nos dois refrigerantes.

Em resumo, tal como referiu a Sofia sobre outro e-mail alarmista que assustou muita gente, não acreditem nos boatos que circulam na internet especialmente se versarem sobre (pseudo) ciência. A probabilidade de serem falsos é muito elevada!