Concepts clés
Science alimentaire
Chimie
Congélation
Phases de la matière
Solutions
Introduction
Vous avez déjà fait de la crème glacée maison ? Cela peut être très amusant, et vous vous retrouvez avec une délicieuse friandise glacée ! La fabrication d’une crème glacée nécessite en fait beaucoup de chimie intéressante. Par exemple, pensez au fait que vous commencez avec des ingrédients réfrigérés (ou même à température ambiante) et que vous devez ensuite les refroidir pour les transformer en crème glacée. Comment les ingrédients changent-ils au cours de ce processus ? Quelle importance accordez-vous au fait qu’ils soient refroidis à une certaine température ? Dans cette activité scientifique, vous allez fabriquer votre propre crème glacée (dans un sac !) et explorer la meilleure façon de refroidir les ingrédients pour qu’ils deviennent une délicieuse récompense !
Contexte
Pour faire de la crème glacée, les ingrédients – typiquement du lait (ou moitié-moitié), du sucre et de l’extrait de vanille – doivent être refroidis. Une façon de le faire est d’utiliser du sel. Si vous vivez dans un climat froid, vous avez peut-être vu des camions répandre du sel et du sable dans les rues en hiver pour empêcher les routes de devenir glissantes après la neige ou le verglas. Pourquoi ? Le sel abaisse la température à laquelle l’eau gèle, donc avec le sel, la glace fondra même lorsque la température est inférieure au point de congélation normal de l’eau.
Techniquement, la température que le sel abaisse s’appelle le point de congélation. Lorsqu’un point de congélation est abaissé, par exemple en ajoutant du sel à l’eau, le processus est appelé dépression du point de congélation. Comme nous le verrons dans cette activité, la dépression du point de congélation n’est pas propre aux solutions composées d’eau et de sel ; elle se produit également avec d’autres solutions. (Une solution est obtenue lorsqu’une substance, comme le sel, est dissoute et devient un soluté. Le milieu dans lequel il est dissous est un solvant – typiquement un liquide, comme l’eau.)
Matériels
- Cuillères à mesurer
- Tasse à mesurer
- Sucre
- Moitié-moitié (On peut aussi utiliser du lait ou de la crème épaisse à fouetter.)
- L’extrait de vanille
- Le sel (Différents types de sels, comme le sel de table ou le sel gemme, devraient fonctionner mais peuvent donner des résultats légèrement différents.)
- Deux petits sacs scellables tels que des Ziplocs de la taille d’une pinte ou d’un sandwich
- Deux sacs scellables de la taille d’un gallon
- Huit tasses de glaçons
- Moufles de four ou une petite serviette
- Timer ou horloge
Préparation
- Dans chaque petit sac, placez une cuillère à soupe de sucre, une demi-tasse de moitié-moitié (ou de lait ou de crème épaisse à fouetter) et un quart de cuillère à café d’extrait de vanille. Fermez chaque sac après avoir ajouté les ingrédients. Conservez les sacs au réfrigérateur jusqu’à ce que vous soyez prêt à passer à la procédure.
Procédure
- Ajoutez quatre tasses de glaçons dans l’un des grands sacs de la taille d’un gallon. Ajoutez ensuite une demi-tasse de sel dans le sac. À votre avis, quel sera l’effet du sel ?
- Mettez l’un des petits sacs que vous avez préparés dans le grand sac avec les glaçons. Assurez-vous que les deux sacs sont bien fermés.
- Mettez des gants de cuisine ou enveloppez le sac dans une petite serviette, puis secouez le sac pendant cinq minutes. Touchez le plus petit sac toutes les deux minutes pendant que vous le secouez et jetez-y un coup d’œil. Que se passe-t-il avec les ingrédients au fil du temps ? Au bout de cinq minutes, à quoi ressemblent les ingrédients ? Et les glaçons – comment changent-ils au fil du temps et de quoi ont-ils l’air à la fin ?
- Maintenant, ajoutez quatre tasses de glaçons dans l’autre grand sac de la taille d’un gallon, mais cette fois, n’y ajoutez pas de sel. À ton avis, que se passera-t-il sans utiliser de sel ?
- Mettez l’autre petit sac que vous avez préparé dans ce grand sac. Assurez-vous que les deux sacs sont bien fermés.
- Mettez des gants de cuisine ou enveloppez le sac dans une petite serviette, puis secouez le sac pendant cinq minutes, comme vous l’avez fait précédemment. Encore une fois, palpez le petit sac toutes les deux minutes pendant que vous le secouez, et jetez-y un coup d’œil. Qu’arrive-t-il aux ingrédients au fil du temps ? Au bout de cinq minutes, comment sont-ils maintenant par rapport à la dernière fois ? Qu’en est-il des glaçons – ont-ils changé de la même manière ?
- Vous pouvez également comparer la sensation de froid des différents sacs de glaçons. L’un d’eux est-il beaucoup plus froid que l’autre ?
- Si vous avez réussi à faire de la crème glacée, vous pouvez la déguster maintenant comme une récompense savoureuse pour votre défi de chimie ! Si les ingrédients contenus dans l’un de vos sacs ne se sont pas transformés en crème glacée, consultez les extras ci-dessous pour obtenir des conseils pour les transformer en crème glacée.
- Extra : Si l’un de tes sacs n’a pas donné de crème glacée, essaie de le remettre dans le grand sac qui contenait des glaçons et du sel, puis secoue-le pendant cinq minutes. S’est-il transformé en crème glacée ? Pourquoi pensez-vous avoir obtenu les résultats que vous avez obtenus ?
- Extra : Au lieu de la moitié et demie, vous pourriez utiliser du lait ou de la crème fouettée épaisse pour faire de la crème glacée dans cette activité. Comment la fabrication de la crème glacée avec moitié-moitié se compare-t-elle à l’utilisation du lait ou de la crème à fouetter épaisse ?
- Extra : Vous pouvez faire de la crème glacée dans cette activité en utilisant différents types de sels, mais vous pouvez obtenir des résultats différents. Comment la crème glacée faite dans un sac avec du sel de table se compare-t-elle à la crème glacée faite avec du sel gemme ou un autre type de sel ? Pouvez-vous expliquer vos résultats ?
Observations et résultats
Les ingrédients qui ont été secoués dans le grand sac avec les glaçons et le sel se sont transformés en crème glacée alors que les ingrédients qui ont été secoués avec des glaçons seuls (et sans sel) sont restés fluides, et n’ont pas durci en crème glacée ?
Vous avez dû constater que les glaçons dans le grand sac avec du sel ont fondu beaucoup plus, et qu’ils étaient beaucoup plus froids au toucher, que les glaçons dans le grand sac sans sel. Parce qu’il faisait suffisamment froid (plusieurs degrés sous le point de congélation), le sac à glaçons avec du sel aurait dû être capable de refroidir les ingrédients suffisamment pour les durcir et les transformer en crème glacée alors que le sac à glaçons sans sel n’était pas assez froid pour le faire, laissant les ingrédients fluides. (Si vous remettez les ingrédients fluides dans le sac avec les glaçons et le sel et que vous les secouez pendant environ cinq minutes, les ingrédients devraient avoir été suffisamment refroidis pour se transformer en crème glacée !)
Si vous avez déjà fait de la crème glacée avec une machine à manivelle à l’ancienne, vous avez probablement tassé un mélange de glace et de sel gemme autour du récipient contenant la crème. La combinaison de glace et de sel devient plus froide que la glace d’eau pure et peut geler les ingrédients dans la machine à crème glacée (et dans les sacs que tu as utilisés dans cette activité), les transformant en crème glacée. (C’est le même processus qui se produit lorsque du sel est répandu sur les routes glacées pour faire fondre la glace et rendre les routes moins glissantes à des températures plus basses). Bien que l’eau pure gèle à 0 degré Celsius (32 degrés Fahrenheit), l’eau mélangée à du sel ne gèle qu’à des températures plus froides, inférieures à 0 degré C.
Nettoyage
Si vous ne l’avez pas déjà fait, vous pouvez déguster votre savoureuse friandise glacée maintenant ou la conserver au congélateur pour plus tard.
Plus à explorer
Élévation du point d’ébullition et dépression du point de congélation, de l’Université d’État de l’Iowa
Faire de la crème glacée dans un sac, d’About.com Chemistry
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Chemistry of Ice Cream-Making : Abaisser le point de congélation de l’eau, par les amis de la science
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