Klíčové pojmy
Potravinářství
Chemie
Mrazení
Fáze hmoty
Roztoky
Úvod
Udělali jste si někdy domácí zmrzlinu? Může to být spousta zábavy a nakonec získáte chutnou mraženou pochoutku! K výrobě zmrzliny je ve skutečnosti potřeba spousta zajímavé chemie. Zamyslete se například nad tím, jak začínáte s vychlazenými (nebo dokonce s přísadami o pokojové teplotě) a pak je musíte zchladit, aby se proměnily ve zmrzlinu. Jak se během tohoto procesu mění složky? Jak důležité je podle vás jejich zchlazení na určitou teplotu? V této vědecké aktivitě si vyrobíte vlastní zmrzlinu (v sáčku!) a prozkoumáte, jak nejlépe ingredience zchladit, aby se z nich stala lahodná odměna!
Pozadí
Pro výrobu zmrzliny je třeba ingredience – typicky mléko (nebo půl na půl), cukr a vanilkový extrakt – zchladit. Jedním ze způsobů, jak toho dosáhnout, je použití soli. Pokud žijete v chladném podnebí, možná jste viděli nákladní auta, která v zimě sypou na ulice sůl a písek, aby zabránila klouzání silnic po sněhu nebo ledu. Proč tomu tak je? Sůl snižuje teplotu, při které voda mrzne, takže díky soli led roztaje, i když je teplota nižší než běžný bod mrznutí vody.
Technicky se teplota, kterou sůl snižuje, nazývá bod mrznutí. Když se bod mrznutí sníží, například přidáním soli do vody, nazývá se tento proces deprese bodu mrznutí. Jak uvidíme v této aktivitě, deprese bodu tuhnutí se netýká pouze roztoků vody a soli; dochází k ní i u jiných roztoků. (Roztok vzniká, když se látka, například sůl, rozpustí a stane se rozpuštěnou látkou. Prostředek, ve kterém se rozpouští, je rozpouštědlo – obvykle kapalina, jako je voda.)
Materiály
- Měřící lžíce
- Měřící hrnek
- Cukr
- Půl na půl (Alternativně lze použít mléko nebo hustou smetanu ke šlehání.)
- Vanilkový extrakt
- Sůl (Měly by fungovat různé druhy solí, například kuchyňská nebo kamenná sůl, ale výsledky se mohou mírně lišit.)
- Dva malé uzavíratelné sáčky, například Ziploc o velikosti půllitru nebo sendviče
- Dva uzavíratelné sáčky o velikosti galonu
- Osm šálků kostek ledu
- Rukavice do trouby nebo malá utěrka
- Timer nebo hodiny
Příprava
- V každém malém sáčku, vložte jednu polévkovou lžíci cukru, půl šálku půl na půl (nebo mléka či husté smetany ke šlehání) a čtvrt lžičky vanilkového extraktu. Po přidání ingrediencí každý sáček uzavřete. Sáčky uchovávejte v chladničce, dokud nebudete připraveni pokračovat v dalším postupu.
Postup
- Do jednoho z velkých sáčků o velikosti galonu přidejte čtyři šálky kostek ledu. Poté do sáčku přidejte půl šálku soli. Co myslíte, že sůl udělá?
- Vložte jeden z připravených malých sáčků do velkého sáčku s kostkami ledu. Ujistěte se, že jsou oba sáčky uzavřené.
- Nasaděte si kuchyňské chňapky nebo sáček zabalte do malé utěrky a pak sáčkem pět minut třeste. Během protřepávání každých pár minut nahmatejte menší sáček a podívejte se na něj. Co se s přísadami stane v průběhu času? Jak vypadají přísady po uplynutí pěti minut? A co kostky ledu – jak se v průběhu času mění a jak vypadají na konci?
- Nyní přidejte čtyři šálky kostek ledu do druhého velkého sáčku o velikosti galonu, ale tentokrát do něj nepřidávejte žádnou sůl. Co myslíte, že se stane bez použití soli?
- Do tohoto velkého sáčku vložte druhý malý sáček, který jste si připravili. Ujistěte se, že jsou oba sáčky uzavřené.
- Navlékněte si kuchyňské chňapky nebo sáček zabalte do malé utěrky a poté sáčkem pět minut třeste, stejně jako předtím. Opět každých pár minut při protřepávání nahmatejte menší sáček a podívejte se na něj. Co se nyní děje s přísadami v průběhu času? Když uplyne pět minut, jak vypadají nyní ve srovnání s minulým pokusem? A co kostky ledu – změnily se stejně?
- Můžete také porovnat, jak chladné jsou různé sáčky s kostkami ledu. Je jeden z nich pocitově mnohem chladnější než druhý?
- Pokud jste úspěšně vyrobili zmrzlinu, můžete si ji nyní vychutnat jako chutnou odměnu za chemický úkol! Pokud se z ingrediencí v jednom z vašich sáčků zmrzlina neudělala, podívejte se do doplňků níže, kde najdete tipy, jak z nich zmrzlinu vyrobit.
- Extra: Pokud se z jednoho z vašich sáčků zmrzlina neudělala, zkuste jej vložit zpět do velkého sáčku, ve kterém byly kostky ledu a sůl, a poté jej pět minut protřepávejte. Proměnilo se to ve zmrzlinu? Proč si myslíte, že jste dosáhli takových výsledků, jakých jste dosáhli?
- Extra: Místo půlky a půlky můžete k výrobě zmrzliny v této aktivitě použít mléko nebo hustou smetanu ke šlehání. Jak vypadá výroba zmrzliny z půl na půl ve srovnání s použitím mléka nebo tučné smetany ke šlehání?
- Extra: Můžete v této aktivitě vyrobit zmrzlinu s použitím různých druhů solí, ale můžete dosáhnout odlišných výsledků. Jak vypadá zmrzlina vyrobená v sáčku s kuchyňskou solí ve srovnání se zmrzlinou vyrobenou s kamennou solí nebo jiným druhem soli? Dokážete své výsledky vysvětlit?
Pozorování a výsledky
Proměnily se ingredience, které byly protřepány ve velkém sáčku s kostkami ledu a solí, ve zmrzlinu, zatímco ingredience, které byly protřepány pouze s kostkami ledu (a bez soli), zůstaly tekuté a neztuhly ve zmrzlinu?
Měli jste si všimnout, že kostky ledu ve velkém sáčku se solí roztály mnohem více a byly mnohem chladnější než kostky ledu ve velkém sáčku bez soli. Protože byla dostatečná zima (několik stupňů pod bodem mrazu), sáček s kostkami ledu se solí měl být schopen ochladit ingredience natolik, aby ztuhly a proměnily se ve zmrzlinu, zatímco sáček s kostkami ledu bez soli na to nebyl dostatečně chladný a ingredience zůstaly tekuté. (Pokud jste tekuté přísady vložili zpět do sáčku s kostkami ledu a solí a asi pět minut s nimi třásli, měly být přísady dostatečně ochlazeny, aby se proměnily ve zmrzlinu!)
Pokud jste někdy vyráběli zmrzlinu pomocí staromódního ručního strojku, pravděpodobně jste kolem nádoby se zmrzlinou nacpali směs ledu a kamenné soli. Kombinace ledu a kamenné soli je chladnější než čistý vodní led a může zmrazit ingredience ve zmrzlinovém stroji (a v sáčcích, které jste použili při této činnosti) a proměnit je ve zmrzlinu. (Jedná se o stejný proces, který probíhá, když se na zledovatělé silnice sype sůl, která rozpouští led a udržuje silnice při nižších teplotách méně kluzké.) Přestože čistá voda mrzne při teplotě 0 stupňů Celsia (32 stupňů Fahrenheita), voda smíchaná se solí zmrzne až při nižších teplotách pod 0 stupňů C.
Úklid
Pokud jste tak ještě neučinili, můžete si na své chutné zmrzlině pochutnat hned nebo si ji uložit do mrazáku na později.
Další informace k prozkoumání
Zvýšení bodu varu a snížení bodu mrazu, z Iowa State University
Připravte si zmrzlinu v sáčku, z About.com Chemistry
Zábavné, vědecké aktivity pro vás a vaši rodinu, z Science Buddies
Chemistry of Ice Cream-Making: Snižování bodu tuhnutí vody, od Science Buddies
Tuto aktivitu vám přinášíme ve spolupráci s Science Buddies