Concetti chiave
Scienza alimentare
Chimica
Congelamento
Fasi della materia
Soluzioni
Introduzione
Hai mai fatto il gelato in casa? Può essere molto divertente, e alla fine ti ritrovi con un gustoso trattamento ghiacciato! Un sacco di chimica interessante è in realtà necessaria per fare il gelato. Per esempio, pensa a come si inizia con ingredienti refrigerati (o anche a temperatura ambiente) e poi bisogna raffreddarli per trasformarli in gelato. Come cambiano gli ingredienti durante questo processo? Quanto pensi che sia importante che vengano raffreddati ad una certa temperatura? In questa attività scientifica preparerai il tuo gelato (in un sacchetto!) ed esplorerai il modo migliore per raffreddare gli ingredienti per farli diventare una deliziosa ricompensa!
Principio
Per fare il gelato, gli ingredienti – tipicamente latte (o metà e metà), zucchero ed estratto di vaniglia – devono essere raffreddati. Un modo per farlo è usare il sale. Se vivi in un clima freddo, potresti aver visto camion che spargono sale e sabbia sulle strade in inverno per evitare che le strade diventino scivolose dopo la neve o il ghiaccio. Perché questo? Il sale abbassa la temperatura alla quale l’acqua congela, quindi con il sale il ghiaccio si scioglie anche quando la temperatura è al di sotto del normale punto di congelamento dell’acqua.
Tecnicamente, la temperatura che il sale abbassa è chiamata punto di congelamento. Quando un punto di congelamento viene abbassato, come ad esempio aggiungendo sale all’acqua, il processo è chiamato depressione del punto di congelamento. Come vedremo in questa attività, la depressione del punto di congelamento non è unica alle soluzioni fatte di acqua e sale; accade anche con altre soluzioni. (Una soluzione è fatta quando una sostanza, come il sale, è dissolta e diventa un soluto. Il mezzo in cui è dissolto è un solvente – tipicamente un liquido, come l’acqua.
Materiali
- Cucchiai di misura
- Calice di misura
- Zucchero
- Metà e metà (in alternativa, si possono usare latte o panna pesante da montare.)
- Estratto di vaniglia
- Sale (diversi tipi di sale, come il sale da cucina o il salgemma, dovrebbero funzionare ma potrebbero dare risultati leggermente diversi.)
- Due piccoli sacchetti sigillabili, come ad esempio Ziplocs formato pinta o sandwich
- Due sacchetti sigillabili formato gallone
- Otto tazze di cubetti di ghiaccio
- Guanti da forno o un piccolo asciugamano
- Timer o orologio
Preparazione
- In ogni piccolo sacchetto, mettere un cucchiaio di zucchero, mezza tazza di metà e metà (o latte o panna pesante da montare) e un quarto di cucchiaino di estratto di vaniglia. Sigillate ogni sacchetto dopo aver aggiunto gli ingredienti. Tenere i sacchetti in frigorifero fino a quando non si è pronti a continuare con la procedura.
Procedura
- Aggiungere quattro tazze di cubetti di ghiaccio in uno dei grandi sacchetti da un litro. Poi aggiungi una mezza tazza di sale nel sacchetto. Cosa pensi che farà il sale?
- Metti uno dei sacchetti piccoli che hai preparato nel sacchetto grande con i cubetti di ghiaccio. Assicurati che entrambi i sacchetti siano chiusi ermeticamente.
- Metti i guanti da forno o avvolgi il sacchetto in un piccolo asciugamano e poi agita il sacchetto per cinque minuti. Tocca il sacchetto più piccolo ogni due minuti mentre lo scuoti e dagli un’occhiata. Cosa succede agli ingredienti nel tempo? Dopo cinque minuti, come appaiono gli ingredienti? E i cubetti di ghiaccio: come cambiano nel tempo e come appaiono alla fine?
- Ora aggiungi quattro tazze di cubetti di ghiaccio all’altro sacchetto grande, grande come un gallone, ma questa volta non aggiungere sale. Cosa pensi che succederà senza usare il sale?
- Metti l’altro sacchetto piccolo che hai preparato in questo sacchetto grande. Assicurati che entrambi i sacchetti siano sigillati.
- Metti i guanti da forno o avvolgi il sacchetto in un piccolo asciugamano e poi agita il sacchetto per cinque minuti, come hai fatto prima. Di nuovo, senti il sacchetto più piccolo ogni due minuti mentre lo agiti, e dagli un’occhiata. Cosa succede ora agli ingredienti nel tempo? Dopo cinque minuti, come appaiono ora rispetto all’ultima volta? E i cubetti di ghiaccio, sono cambiati allo stesso modo?
- Puoi anche confrontare quanto sono freddi i diversi sacchetti di ghiaccio. Uno è molto più freddo dell’altro?
- Se hai fatto con successo del gelato, puoi godertelo ora come una gustosa ricompensa per la tua sfida di chimica! Se gli ingredienti in uno dei tuoi sacchetti non sono diventati gelato, controlla gli extra qui sotto per suggerimenti su come trasformarli in gelato.
- Extra: Se uno dei tuoi sacchetti non è diventato gelato, prova a rimetterlo dentro il sacchetto grande che aveva cubetti di ghiaccio e sale e poi scuotilo per cinque minuti. Si è trasformato in gelato? Perché pensi di aver ottenuto i risultati che hai ottenuto?
- Extra: Invece di metà e metà, si potrebbe usare il latte o la panna pesante da montare per fare il gelato in questa attività. Come si fa a fare il gelato con metà e metà rispetto all’uso del latte o della panna pesante da montare?
- Extra: Puoi fare il gelato in questa attività usando diversi tipi di sale, ma potresti ottenere risultati diversi. Come si confronta il gelato fatto in un sacchetto con il sale da cucina con quello fatto con il sale grosso o con qualche altro tipo di sale? Puoi spiegare i tuoi risultati?
Osservazioni e risultati
Gli ingredienti che sono stati agitati nel sacchetto grande con i cubetti di ghiaccio e il sale si sono trasformati in gelato, mentre gli ingredienti che sono stati agitati con i soli cubetti di ghiaccio (e senza sale) sono rimasti fluidi, e non si sono induriti in gelato?
Dovresti aver visto che i cubetti di ghiaccio nel sacchetto grande con il sale si sono sciolti molto di più, e si sentivano molto più freddi, dei cubetti di ghiaccio nel sacchetto grande senza sale. Poiché era abbastanza freddo (diversi gradi sotto lo zero), il sacchetto con il sale avrebbe dovuto essere in grado di raffreddare gli ingredienti abbastanza da indurirli e trasformarli in gelato, mentre il sacchetto senza sale non era abbastanza freddo per farlo, lasciando gli ingredienti fluidi. (Se avete rimesso gli ingredienti fluidi nel sacchetto con i cubetti di ghiaccio e il sale e li avete scossi per circa cinque minuti, gli ingredienti dovrebbero essersi raffreddati a sufficienza per trasformarsi in gelato!)
Se avete mai fatto il gelato con una vecchia macchina a manovella, probabilmente avete confezionato una miscela di ghiaccio e sale grosso intorno al contenitore che contiene la crema. La combinazione di ghiaccio e sale diventa più fredda del ghiaccio d’acqua puro e può congelare gli ingredienti nella macchina del gelato (e nei sacchetti che hai usato in questa attività), trasformandoli in gelato. (Questo è lo stesso processo che si verifica quando le strade ghiacciate sono cosparse di sale per sciogliere il ghiaccio, mantenendo le strade meno scivolose alle basse temperature). Sebbene l’acqua pura congeli a 0 gradi Celsius (32 gradi Fahrenheit), l’acqua mescolata con il sale congela solo a temperature più fredde, inferiori a 0 gradi C.
Pulizia
Se non l’hai ancora fatto, puoi goderti il tuo gustoso gelato ora o conservarlo nel congelatore per dopo.
Altro da esplorare
Elevazione del punto di ebollizione e depressione del punto di congelamento, dalla Iowa State University
Fai il gelato in un sacchetto, da About.com Chemistry
Divertenti attività scientifiche per te e la tua famiglia, da Science Buddies
La chimica del gelato: Abbassare il punto di congelamento dell’acqua, da Science Buddies
Questa attività vi è stata proposta in collaborazione con Science Buddies