Kulcsfogalmak
Élelmiszer-tudomány
Kémia
Fagyasztás
Az anyag fázisai
Megoldások
Bevezetés
Készítettél már házilag fagylaltot? Nagyon szórakoztató lehet, és a végén finom fagyasztott finomságot kapsz! A fagylaltkészítéshez valójában sok érdekes kémiai ismeretre van szükség. Gondolj például arra, hogy hűtött (vagy akár szobahőmérsékletű) hozzávalókból indulsz ki, majd le kell hűtened őket, hogy jégkrémmé váljanak. Hogyan változnak az összetevők e folyamat során? Szerinted mennyire fontos, hogy lehűljenek egy bizonyos hőmérsékletre? Ebben a tudományos tevékenységben elkészíted a saját fagylaltodat (egy zacskóban!), és felfedezed, hogyan lehet a legjobban lehűteni az összetevőket, hogy finom jutalom legyen belőlük!
Háttér
A fagylalt készítéséhez az összetevőket – jellemzően tejet (vagy fél-fél tejet), cukrot és vaníliakivonatot – le kell hűteni. Ennek egyik módja a só használata. Ha hideg éghajlaton élsz, talán láttál már teherautókat, amelyek télen sót és homokot szórnak az utcákra, hogy megakadályozzák az utak csúszását havazás vagy jegesedés után. Miért van ez így? A só csökkenti azt a hőmérsékletet, amelyen a víz megfagy, így a sóval a jég akkor is elolvad, ha a hőmérséklet a víz normál fagyáspontja alatt van.
Technikailag azt a hőmérsékletet, amelyet a só lecsökkent, fagyáspontnak nevezik. Amikor a fagyáspontot csökkentjük, például só hozzáadásával a vízhez, a folyamatot fagyáspontcsökkentésnek nevezzük. Mint ebben a feladatban látni fogjuk, a fagyáspontcsökkenés nem csak a vízből és sóból készült oldatokra jellemző, hanem más oldatokkal is előfordul. (Oldat akkor keletkezik, amikor egy anyag, például só, feloldódik és oldott anyaggá válik. A közeg, amelyben feloldódik, egy oldószer – tipikusan egy folyadék, például víz.)
Az anyagok
- Mérőkanál
- Mérőpohár
- Cukor
- Fél és fél (Alternatívaként tej vagy tejszínhab is használható.)
- Vaníliakivonat
- Só (A különböző típusú sók, például asztali só vagy kősó, működnek, de kissé eltérő eredményt adhatnak.)
- Két kis, zárható zacskó, például pint méretű vagy szendvics méretű Ziplocs
- Két gallon méretű zárható zacskó
- Nyolc csésze jégkocka
- Sütőkesztyű vagy egy kis törölköző
- Timer vagy óra
Készítés
- Minden kis zacskóban, tegyünk egy evőkanál cukrot, egy fél csésze fél és fél (vagy tej vagy tejszínhab) és egy negyed teáskanál vaníliakivonatot. A hozzávalók hozzáadása után zárja le az egyes zacskókat. Tartsa a zacskókat a hűtőszekrényben, amíg készen nem áll az eljárás folytatására.
Eljárás
- Adjon négy csésze jégkockát az egyik nagy, gallon méretű zacskóba. Ezután adjon a zacskóba fél csésze sót. Mit gondolsz, mit fog tenni a só?
- Tedd az egyik előkészített kis zacskót a jégkockákat tartalmazó nagy zacskóba. Ügyeljen arra, hogy mindkét zacskó zárva legyen.
- Vegye fel a sütőkesztyűt, vagy tekerje a zacskót egy kis törülközőbe, majd rázza a zacskót öt percig. Rázás közben pár percenként tapogasd meg a kisebbik zacskót, és vess rá egy pillantást. Mi történik az összetevőkkel az idő múlásával? Amikor letelik az öt perc, hogyan néznek ki az összetevők? Mi a helyzet a jégkockákkal – hogyan változnak az idő múlásával, és hogyan néznek ki a végére?
- Most adj négy csésze jégkockát a másik nagy, gallon méretű zacskóba, de ezúttal ne adj hozzá sót. Mit gondolsz, mi fog történni só használata nélkül?
- Tedd a másik kis zacskót, amit készítettél, ebbe a nagy zacskóba. Ügyeljen arra, hogy mindkét zacskó le legyen zárva.
- Vegye fel a sütőkesztyűt, vagy tekerje a zacskót egy kis törülközőbe, majd rázza a zacskót öt percig, ahogy korábban is tette. Ismét tapogasd meg a kisebb zacskót pár percenként, miközben rázod, és nézz bele. Mi történik most az összetevőkkel az idő múlásával? Amikor letelt az öt perc, hogyan néznek ki most az előző alkalomhoz képest? Mi a helyzet a jégkockákkal – ugyanúgy változtak?
- Azt is összehasonlíthatod, hogy milyen hidegnek érzed a különböző jégkockás zacskókat. Az egyiket sokkal hidegebbnek érzed, mint a másikat?
- Ha sikeresen készítettetek jégkrémet, akkor azt most élvezhetitek, mint finom jutalmat a kémiai kihívásért! Ha az egyik zacskódban lévő hozzávalókból nem lett fagylalt, az alábbi extrákban találsz tippeket a fagylalttá alakításhoz.
- Extra: Ha az egyik zacskódból nem lett fagylalt, próbáld meg visszatenni a jégkockákat és sót tartalmazó nagy zacskóba, majd rázd öt percig. Jégkrém lett belőle? Mit gondolsz, miért kaptad azt az eredményt, amit kaptál?
- Extra: Fele-fele helyett használhatsz tejet vagy tejszínhabot is, hogy fagylaltot készíts ebben a tevékenységben. Hogyan viszonyul a fagylaltkészítés a fele-fele arányban a tej vagy a tejszínhab használatához?
- Extra: Ebben a tevékenységben különböző típusú sók felhasználásával is készíthetsz fagylaltot, de eltérő eredményt kaphatsz. Hogyan hasonlítható össze az asztali sóval zacskóban készített fagylalt a kősóval vagy más típusú sóval készített fagylalttal? Meg tudod magyarázni az eredményeidet?
Megfigyelések és eredmények
A jégkockákkal és sóval a nagy zacskóban felrázott összetevőkből fagylalt lett, míg a csak jégkockákkal (és só nélkül) felrázott összetevők folyékonyak maradtak, és nem keményedtek meg fagylalttá?
Látnod kellett, hogy a sóval a nagy zacskóban lévő jégkockák sokkal jobban olvadtak, és sokkal hidegebbnek érezted őket, mint a só nélküli nagy zacskóban lévő jégkockákat. Mivel elég hideg volt (néhány fokkal fagypont alatt), a sót tartalmazó jégkockás zacskónak eléggé le kellett volna hűtenie az összetevőket ahhoz, hogy megkeményedjenek és jégkrémmé váljanak, míg a só nélküli jégkockás zacskó nem volt elég hideg ehhez, így az összetevők folyékonyak maradtak. (Ha a folyékony összetevőket visszatette a jégkockás és sós zacskóba, és körülbelül öt percig rázta, az összetevőknek eléggé le kellett volna hűlniük ahhoz, hogy fagylalttá alakuljanak!)
Ha valaha is készített már fagylaltot régimódi kézi karos géppel, akkor valószínűleg jég és kősó keverékét pakolta a fagylaltot tartalmazó tartály köré. A jég-só kombináció hidegebb lesz, mint a tiszta vízjég, és képes megfagyasztani a fagylaltgépben (és az ebben a tevékenységben használt zacskókban) lévő összetevőket, így azok fagylalttá válnak. (Ez ugyanaz a folyamat játszódik le, mint amikor a jeges utakra sót szórnak, hogy megolvasszák a jeget, így az utak alacsonyabb hőmérsékleten kevésbé csúszósak maradnak.) Bár a tiszta víz 0 Celsius-fokon (32 Fahrenheit-fokon) megfagy, a sóval kevert víz csak 0 Celsius-fok alatti hidegebb hőmérsékleten fagy meg.
Takarítás
Ha még nem tetted meg, most már élvezheted a finom fagylaltos finomságot, vagy elteheted a fagyasztóba későbbre.
Még több felfedeznivaló
Fűtőpont-emelkedés és fagyáspont-süllyedés, az Iowa State University-től
Fagylalt készítése egy zacskóban, az About.com Chemistry-től
Mókás, tudományos tevékenységek neked és a családodnak, a Science Buddies-től
A fagylaltkészítés kémiája: A víz fagyáspontjának csökkentése, a Science Buddies oldaláról
Ezt a tevékenységet a Science Buddies együttműködésével hoztuk el nektek