¿Se debe almacenar una botella de refresco horizontal o verticalmente?

Estoy discutiendo con mi amigo sobre cómo se debe almacenar una botella de refresco casi llena en el refrigerador, con el objetivo de evitar que el refresco se desinfle (es decir, mantener la mayor cantidad posible de gas disuelto en el líquido). Suponga que la botella es una botella estándar de 2 litros y sus paredes son impermeables, por lo que se trata de un problema puramente estático.

Piensa que no importa si la botella está de pie verticalmente o horizontalmente. Creo que estar de pie es mejor. Mi razonamiento vago es que, en cualquier caso, la superficie de plástico sentirá la misma cantidad de presión PAG de los contenidos; pero cuando la botella está horizontal, la forma del aire tiene un área de superficie más grande y necesita más material para alcanzar la misma presión (ya que la presión es fuerza sobre el área).

Mi afirmación sobre la forma del aire es probablemente cierta por la desigualdad isoperimétrica (o al menos alguna heurística que dice que entre formas con el mismo volumen, las que están "más cerca" de una esfera tienen menos área de superficie), ya que la forma del aire en la parte superior de la botella en el caso vertical está más cerca de una esfera que la forma cuando está horizontal (en este caso, el aire es como un prisma largo). Sin embargo, no estoy seguro de que sea cierto que la presión que siente el plástico sea la misma en ambos casos.

¿Quién tiene razón y por qué?

EDITO: gracias por tus explicaciones. Ahora entiendo cómo responder esto en términos de volúmenes constantes, aunque no es muy intuitivo para mí. Me pregunto si hay una explicación que implique que la suma de las fuerzas que actúan sobre la superficie del líquido sea cero, tanto para la configuración horizontal como para la vertical.

¿Probaste ambos para ver si notabas la diferencia?
Su declaración real fue que si hubiera una diferencia, sería demasiado pequeña para que la notáramos sin instrumentos (y estoy de acuerdo). Embellecí la historia para hacer un mejor problema.
Como dijo Bob Jacobsen, si lo almacena horizontalmente, el CO2 se gasificará más rápido ya que el área de gaseoducto es más grande, pero si lo almacena verticalmente, alcanzará el mismo estado, solo después de un período de tiempo más largo.
Considere que si se almacena horizontalmente, el acto de almacenar sacude más el contenido (más área) que almacenarlo verticalmente. Cuando se agita la soda, sale gas.
@beppe9000 ... y en unos segundos (en un recipiente cerrado) volverá al equilibrio.
Entonces, ¿estás asumiendo que la botella es perfectamente sólida o no?
La verdadera respuesta es que debe apretar la botella mientras está abierta y luego cerrarla con la menor cantidad de aire posible.
Voto para cerrar esta pregunta como fuera de tema porque se trata de almacenamiento de alimentos y no de física.
@sirjonsnow eso es lo que siempre hago, pero no tengo evidencia concreta de si eso realmente tiene un impacto significativo en el TTF (Time To Flat).
@sirjonsnow, ¿apretarlo no permite que el CO2 tenga más espacio para salir antes de que se alcance la presión de vapor?
Sí, apretar es una mala idea. Tal vez podría funcionar si envuelves una cuerda alrededor de la botella exprimida para evitar que se expanda, o le pones algo muy pesado.
En realidad, la mejor manera es que quepa en el refrigerador :-)
La soda es un tema muy tentador. Todavía estoy desconcertado sobre cómo responder a esta pregunta algo relacionada: physics.stackexchange.com/questions/186294/…
@ JPhi1618 ¿Quizás alguien necesita inventar una bomba de vino inversa entonces? ¡Atorníllelo en la parte superior de su botella, luego aumente la presión para evitar que se desinfle!
Las paredes se suponen impermeables, pero ¿qué pasa con la tapa? ¿Tener la tapa asentada en líquido frente a asentarse en gas afecta su tasa de fuga?
@Chronocidal Esto , aunque quién sabe si realmente funciona...

Respuestas (4)

El volumen de la botella y el volumen del líquido son iguales en ambos sentidos. Por sustracción, significa que el volumen de gas es el mismo en ambos sentidos. La diferencia que se supone en el razonamiento de la pregunta no existe.

Hay más área en el caso lateral. Eso permitirá que se alcance el equilibrio más rápidamente. Pero alcanzará el mismo equilibrio de cualquier manera.

Los comentarios no son para una discusión extensa; esta conversación se ha movido a chat .

En una botella de refresco de tereftalato de polietileno (PETE) de 2 l sin abrir, la principal pérdida de CO2 se produce por difusión del CO2 a través de las paredes de la botella de plástico. Si dejó una botella llena a temperatura ambiente, la vida media de este proceso es de aproximadamente seis meses, lo que significa que una botella de refresco a temperatura ambiente de seis meses estará ~50% plana, incluso si nunca la abre. Después de un año, será un 75% plano.

Mantener la botella en el refrigerador naturalmente ralentiza este proceso, por lo que una botella de refresco fría retendrá su CO2 por mucho más tiempo. Y, en la vida real, no solo estás viendo una botella llena día tras día, sino que estás bebiendo de ella. La gran mayoría del CO2 se perderá al abrir la botella . Es probable que haya alguna diferencia entre las tasas de difusión en la interfaz de líquido/PETE frente a la interfaz de gas/PETE, pero en cualquier caso, este es un proceso que lleva meses o años.

Sin embargo, cada vez que abre la botella, pierde una cantidad significativa de CO2. El coeficiente de partición del CO2 en el agua es de aproximadamente 4 , por lo que el gas sobre el líquido tendrá aproximadamente 1/5 de la concentración de CO2 en comparación con el líquido, que tendrá una concentración cuatro veces mayor. Por lo tanto, su botella se vuelve aproximadamente un 20 % más plana cada vez que abre la botella (¡esta es una gran aproximación! ***), suponiendo que deje suficiente tiempo para que vuelva al equilibrio después de cerrar la botella.

Entonces, si quiere preocuparse por evitar que su refresco se desinfle, olvídese de la forma en que lo guarda en el refrigerador, no importa. Lo que quieres evitar es abrir la botella con más frecuencia de la necesaria. ¿Qué tan plano es tu refresco? ¿Cuántas veces has abierto la botella? Supongamos que extrae 300 ml de la botella cada vez que la abre:

  Openings   Fullness   Cumulative CO2 lost
  -----------------------------------------
  One          85%         4.2% 
  Two          70%         13.5% 
  Three        55%         28.2%
  Four         40%         47.8%
  Five         25%         70.2%
  Six          10%         90.8%

*** Si suponemos, al menos, que se retira una porción de refresco cada vez que se abre la botella, habrá una fracción de gas/líquido de ~15-85 % en cada apertura. Cuando la botella esté más llena, habrá una menor pérdida de CO2 ya que el volumen necesario para represurizarse hasta el equilibrio será menor; a medida que la botella se vacíe, la pérdida de CO2 por "apertura" también aumenta. Una pérdida del 20% de CO2 ocurre solo cuando los volúmenes de líquido y gas son iguales (es decir, botella medio vacía). Una botella llena al 75 % perdería solo el 7,7 % de su CO2, por ejemplo, pero una botella llena al 25 % perdería el 43 % del CO2 restante .

Los comentarios no son para una discusión extensa; esta conversación se ha movido a chat .
Excelente respuesta Mucho mejor que el aceptado porque en realidad responde al caso de la vida real. Sin embargo, tengo un problema: cuando abres una botella de refresco, no quitas todo el C O 2 de la fracción de gas en la botella. Inmediatamente pierde una cierta cantidad de gas debido a la presión dentro de la botella, pero la mayor parte del gas permanece y solo se diluye con la entrada de aire a medida que vierte su bebida. El restante C O 2 reducirá la cantidad de C O 2 que necesita entrar en la fase gaseosa para restablecer el equilibrio.
¿Qué sucede si abre la botella mientras la sostiene boca abajo (para que el agua esté cerca de la salida, no el CO2)? ¿Perdería menos CO2 entonces (o la acción burbujeante del aire entrante le haría perder más CO2)?
@MatijaNalis Te sugiero que lo pruebes y lo descubras.
Para el cálculo de pérdida del 20% cada vez, ¿no se requiere que el volumen de líquido y aire sea el mismo, 50/50? No imagino que una botella llena perdería un 20 % en la primera apertura, pero no estoy muy familiarizado con la dinámica de presión involucrada.

Según la ley de Henry, la masa de gas disuelto es proporcional a la presión sobre el líquido. Debido a que la presión es la misma en ambos casos, no debería importar si la botella está en posición vertical u horizontal.

¿Por qué la presión sobre el líquido es la misma en ambos casos?
El volumen del líquido y, por tanto, el volumen del aire, es el mismo en ambas configuraciones. Lo mismo con la energía interna, entonces, ¿por qué debería cambiar? o en otras palabras, P=nRT/V
Entiendo que los volúmenes no cambian, pero podría haber alguna transferencia de gas del líquido al aire dependiendo de la posición, por lo que no me queda claro si la presión seguirá siendo la misma. (en lo anterior, todas las variables deben tener un subíndice PAG h o PAG v dependiendo de la horizontal o la vertical, y no está claro que la norte h = norte v )
A menos que agite la botella para mezclar el gas y el líquido fuera del equilibrio, no hay motivo para que el gas abandone el líquido mientras mueve la botella porque la presión y la ley de Henry garantizarán que esto no suceda. Si lo agitas, eventualmente alcanzará un estado de equilibrio que debería ser el mismo que el anterior.
Entonces, esta pregunta podría reformularse "¿tiene el aire en ambas configuraciones la misma presión?" Y está diciendo "Debido a que el aire en ambas configuraciones tiene la misma presión, no hay gradiente que empuje el gas del líquido al aire". O esto es circular, o no lo estoy entendiendo.
Digo que tiene la misma presión porque n T y V son iguales. El volumen no puede cambiar porque el líquido no se expande ni se contrae, lo único que podría cambiar es n, el número de moles de gas fuera del líquido, pero esto no cambiará a menos que la presión cambie primero (debido a la ley de Henry)
@Wolphramjonny No estoy convencido de que su último comentario sea correcto. ¿El gas que se libera del líquido no cambiará la presión? Creo que los gases disueltos ocupan menos espacio que los gases libres a la misma presión. (Esto no afectará la respuesta porque la posición de equilibrio aún no depende del área de la superficie)
@Taemyr Exactamente. Es la diferencia en la presión lo que impulsa la desgasificación, y la presión de equilibrio es la misma tanto para la posición vertical como para la horizontal (no depende del área de la superficie, solo del volumen si todo lo demás es igual, que es en el mágico botella en la pregunta). La situación tenderá hacia el caso en que la presión del gas disuelto sea la misma que la presión del gas no disuelto: el gas disuelto perderá presión frente al gas no disuelto, hasta que sean iguales.
@Taemyr agitar la botella no cambia la presión. Ver: youtube.com/watch?v=K-Fc08X56R0
No estaba tratando de dar a entender que agitar la botella cambiaría la presión. Más bien, estaba dando a entender que si la botella no está en equilibrio, la presión puede cambiar mientras se alcanza ese equilibrio.
@eps De hecho, el video muestra explícitamente que mi intuición era correcta. La presión aumentará a medida que el carbono se libera de la solución, si hay más carbono en la solución que el que soporta la presión del gas. - Muestra esto abriendo una botella sin agitar y luego cerrándola - observando que la presión comienza en la temperatura ambiente y luego sube.
@Taemyr disculpas, entendí mal.
La difusión fuera de la botella dependerá del área superficial de la botella. El área superficial de la fase líquida y la fase gaseosa puede cambiar según la orientación, pero no sé si las tasas de difusión cambiarán según la fase.

Me gustaría comentar tu argumento que dice que cuando está en posición vertical, a pesar del mismo volumen, la superficie es más pequeña, por lo tanto, la presión.

Aquí es donde tu razonamiento falla. De hecho, en su botella, la presión al final dependerá del volumen y la temperatura, no del área de superficie con el líquido.

El área de la superficie con el líquido habría sido interesante si el líquido no fuera incompresible para todos los propósitos aquí, y por lo tanto el volumen habría cambiado.

Aquí usted está operando en una situación de volumen constante.