Conceptos clave
Ciencia de los alimentos
Química
Congelación
Fases de la materia
Soluciones
Introducción
¿Has hecho alguna vez helado casero? Puede ser muy divertido, ¡y acabas con un sabroso manjar congelado! En realidad se necesita mucha química interesante para hacer helado. Por ejemplo, piensa en que empiezas con ingredientes refrigerados (o incluso a temperatura ambiente) y luego tienes que enfriarlos para convertirlos en helado. ¿Cómo cambian los ingredientes durante este proceso? ¿Qué importancia crees que tiene que se enfríen a una determinada temperatura? En esta actividad científica harás tu propio helado (¡en una bolsa!) y explorarás la mejor manera de enfriar los ingredientes para que se conviertan en una deliciosa recompensa.
Contexto
Para hacer helado, los ingredientes -típicamente leche (o mitad y mitad), azúcar y extracto de vainilla- necesitan ser enfriados. Una forma de hacerlo es utilizando sal. Si vives en un clima frío, es posible que hayas visto camiones que esparcen sal y arena por las calles en invierno para evitar que las carreteras queden resbaladizas después de la nieve o el hielo. ¿A qué se debe esto? La sal reduce la temperatura a la que se congela el agua, por lo que con la sal el hielo se derrite incluso cuando la temperatura está por debajo del punto de congelación normal del agua.
Técnicamente, la temperatura que la sal reduce se llama punto de congelación. Cuando se baja el punto de congelación, por ejemplo añadiendo sal al agua, el proceso se llama depresión del punto de congelación. Como veremos en esta actividad, la depresión del punto de congelación no es exclusiva de las soluciones formadas por agua y sal; también ocurre con otras soluciones. (Una solución se forma cuando una sustancia, como la sal, se disuelve y se convierte en un soluto. El medio en el que se disuelve es un disolvente, normalmente un líquido, como el agua.)
Materiales
- Cucharas medidoras
- Taza medidora
- Azúcar
- Mitad y mitad (Como alternativa, se puede utilizar leche o nata líquida.)
- Extracto de vainilla
- Sal (diferentes tipos de sales, como la sal de mesa o la sal de roca, deberían funcionar pero pueden dar resultados ligeramente diferentes.)
- Dos bolsas pequeñas que se puedan cerrar, como las Ziploc del tamaño de una pinta o del tamaño de un sándwich
- Dos bolsas que se puedan cerrar del tamaño de un galón
- Ocho tazas de cubitos de hielo
- Manos para el horno o una toalla pequeña
- Temporizador o reloj
- En cada bolsa pequeña, coloque una cucharada de azúcar, media taza de mitad y mitad (o leche o crema para batir) y un cuarto de cucharadita de extracto de vainilla. Cierra cada bolsa después de añadir los ingredientes. Guarde las bolsas en el frigorífico hasta que esté preparado para continuar con el procedimiento.
- Agregue cuatro tazas de cubitos de hielo a una de las bolsas grandes, del tamaño de un galón. A continuación, añade media taza de sal a la bolsa. Qué crees que hará la sal?
- Coloca una de las bolsas pequeñas que has preparado en la bolsa grande con los cubitos de hielo. Asegúrate de que ambas bolsas están cerradas herméticamente.
- Colócate unos guantes de cocina o envuelve la bolsa en una toalla pequeña y luego agita la bolsa durante cinco minutos. Toca la bolsa más pequeña cada par de minutos mientras la agitas y echa un vistazo. ¿Qué ocurre con los ingredientes con el paso del tiempo? Una vez transcurridos los cinco minutos, ¿qué aspecto tienen los ingredientes? Y los cubitos de hielo: ¿cómo cambian con el tiempo y qué aspecto tienen al final?
- Ahora añade cuatro tazas de cubitos de hielo a la otra bolsa grande, del tamaño de un galón, pero esta vez no le añadas sal. Qué crees que ocurrirá sin usar sal?
- Coloca la otra bolsa pequeña que has preparado en esta bolsa grande. Asegúrate de que ambas bolsas están selladas.
- Colócate unos guantes de cocina o envuelve la bolsa en una toalla pequeña y luego agita la bolsa durante cinco minutos, como hiciste antes. De nuevo, palpa la bolsa más pequeña cada par de minutos mientras la agitas y echa un vistazo. ¿Qué ocurre ahora con los ingredientes a lo largo del tiempo? Una vez transcurridos los cinco minutos, ¿qué aspecto tienen ahora en comparación con la última vez? Y los cubitos de hielo: ¿han cambiado de la misma manera?
- También puedes comparar lo frías que se sienten las diferentes bolsas de hielo. Se siente una mucho más fría que la otra?
- Si has conseguido hacer un poco de helado, ¡puedes disfrutarlo ahora como una sabrosa recompensa por tu reto de química! Si los ingredientes de una de tus bolsas no se convirtieron en helado, echa un vistazo a los extras de abajo para obtener consejos sobre cómo convertirlos en helado.
- Extra: Si una de tus bolsas no se convirtió en helado, prueba a ponerla de nuevo dentro de la bolsa grande que tenía cubitos de hielo y sal y luego agítala durante cinco minutos. ¿Se convirtió en helado? Por qué crees que obtuviste los resultados que obtuviste?
- Extra: En lugar de mitad y mitad, podrías utilizar leche o nata líquida para hacer helado en esta actividad. Cómo se compara hacer helado con mitad y mitad con usar leche o crema batida pesada?
- Extra: Puedes hacer helado en esta actividad usando diferentes tipos de sales, pero puedes obtener resultados diferentes. Cómo se compara el helado hecho en una bolsa con sal de mesa con el helado hecho con sal de roca o algún otro tipo de sal? Puedes explicar tus resultados?
Preparación
Procedimiento
Observaciones y resultados
¿Los ingredientes que se agitaron en la bolsa grande con los cubitos de hielo y la sal se convirtieron en helado mientras que los ingredientes que se agitaron sólo con cubitos de hielo (y sin sal) permanecieron fluidos, y no se endurecieron hasta convertirse en helado?
Deberías haber visto que los cubitos de hielo de la bolsa grande con sal se derritieron mucho más, y se sintieron mucho más fríos, que los cubitos de hielo de la bolsa grande sin sal. Como hacía suficiente frío (varios grados por debajo del punto de congelación), la bolsa de cubitos de hielo con sal debería haber sido capaz de enfriar los ingredientes lo suficiente como para endurecerlos y convertirlos en helado, mientras que la bolsa de cubitos de hielo sin sal no estaba lo suficientemente fría como para hacer esto, dejando los ingredientes fluidos. (Si vuelve a poner los ingredientes fluidos en la bolsa con cubitos de hielo y sal y los agita durante unos cinco minutos, ¡los ingredientes deberían haberse enfriado lo suficiente como para convertirse en helado!)
Si alguna vez ha hecho helado con una máquina de manivela antigua, probablemente haya puesto una mezcla de hielo y sal gema alrededor del recipiente que contiene la crema. La combinación de hielo y sal se enfría más que el hielo de agua pura y puede congelar los ingredientes en la máquina de helados (y en las bolsas que usaste en esta actividad), convirtiéndolos en helado. (Este es el mismo proceso que se produce cuando en las carreteras heladas se esparce sal para derretir el hielo, manteniendo las carreteras menos resbaladizas a bajas temperaturas). Aunque el agua pura se congela a 0 grados Celsius (32 grados Fahrenheit), el agua mezclada con sal sólo se congela a temperaturas más frías, por debajo de 0 grados C.
Limpieza
Si aún no lo has hecho, puedes disfrutar de tu sabroso helado ahora o guardarlo en el congelador para más tarde.
Más información
Elevación del punto de ebullición y depresión del punto de congelación, de la Universidad Estatal de Iowa
Haz helado en una bolsita, de About.com Chemistry
Actividades científicas divertidas para ti y tu familia, de Science Buddies
Química de la elaboración de helados: Bajando el punto de congelación del agua, de Science Buddies
Esta actividad se realiza en colaboración con Science Buddies