Schlüsselbegriffe
Lebensmittelwissenschaft
Chemie
Gefrieren
Phasen der Materie
Lösungen
Einführung
Haben Sie schon einmal selbst Eiscreme gemacht? Das kann eine Menge Spaß machen, und am Ende hat man einen leckeren gefrorenen Genuss! Für die Herstellung von Speiseeis ist eine Menge interessanter Chemie nötig. Denken Sie zum Beispiel daran, dass die Zutaten zunächst gekühlt (oder sogar bei Zimmertemperatur) sind und dann abgekühlt werden müssen, damit sie zu Eiscreme werden. Wie verändern sich die Zutaten während dieses Prozesses? Was glaubst du, wie wichtig es ist, dass sie auf eine bestimmte Temperatur abgekühlt werden? In dieser wissenschaftlichen Aktivität stellst du dein eigenes Eis (in einer Tüte!) her und erkundest, wie du die Zutaten am besten kühlst, damit sie zu einer köstlichen Belohnung werden!
Hintergrund
Um Eis herzustellen, müssen die Zutaten – in der Regel Milch (oder halb und halb), Zucker und Vanilleextrakt – gekühlt werden. Eine Möglichkeit, dies zu tun, ist die Verwendung von Salz. Wenn Sie in einem kalten Klima leben, haben Sie vielleicht schon einmal gesehen, wie Lastwagen im Winter Salz und Sand auf die Straßen streuen, um zu verhindern, dass die Straßen nach Schnee oder Eis rutschig werden. Warum ist das so? Das Salz senkt die Temperatur, bei der Wasser gefriert, so dass Eis mit Salz auch dann schmilzt, wenn die Temperatur unter dem normalen Gefrierpunkt von Wasser liegt.
Technisch gesehen wird die Temperatur, die das Salz senkt, als Gefrierpunkt bezeichnet. Wenn ein Gefrierpunkt gesenkt wird, zum Beispiel durch die Zugabe von Salz zu Wasser, nennt man diesen Vorgang Gefrierpunktserniedrigung. Wie wir in dieser Aktivität sehen werden, tritt die Gefrierpunktserniedrigung nicht nur bei Lösungen aus Wasser und Salz auf, sondern auch bei anderen Lösungen. (Eine Lösung entsteht, wenn ein Stoff, wie z. B. Salz, gelöst wird und zu einem gelösten Stoff wird. Das Medium, in dem es gelöst wird, ist ein Lösungsmittel – typischerweise eine Flüssigkeit wie Wasser.)
Materialien
- Messlöffel
- Messbecher
- Zucker
- Halb und halb (alternativ kann auch Milch oder schwere Schlagsahne verwendet werden.)
- Vanilleextrakt
- Salz (Verschiedene Salzsorten, wie Kochsalz oder Steinsalz, sollten funktionieren, können aber leicht unterschiedliche Ergebnisse liefern.)
- Zwei kleine, verschließbare Beutel, z.B. Ziplocs in Pint-Größe oder Sandwich-Größe
- Zwei verschließbare Beutel in Gallonengröße
- Acht Tassen Eiswürfel
- Ofenhandschuhe oder ein kleines Handtuch
- Timer oder Uhr
Zubereitung
- In jeden kleinen Beutel, Geben Sie einen Esslöffel Zucker, eine halbe Tasse Halb und Halb (oder Milch oder Sahne) und einen viertel Teelöffel Vanilleextrakt hinein. Verschließen Sie jeden Beutel, nachdem Sie die Zutaten hinzugefügt haben. Bewahren Sie die Beutel im Kühlschrank auf, bis Sie mit dem Verfahren fortfahren.
Verfahren
Beobachtungen und Ergebnisse
Wurden die Zutaten, die in dem großen Beutel mit den Eiswürfeln und dem Salz geschüttelt wurden, zu Eiscreme, während die Zutaten, die nur mit den Eiswürfeln (und ohne Salz) geschüttelt wurden, flüssig blieben und nicht zu Eiscreme aushärteten?
Du hättest sehen müssen, dass die Eiswürfel in dem großen Beutel mit Salz viel mehr schmolzen und sich viel kälter anfühlten als die Eiswürfel in dem großen Beutel ohne Salz. Da es kalt genug war (einige Grad unter dem Gefrierpunkt), hätte der Eiswürfelbeutel mit Salz die Zutaten so weit abkühlen können, dass sie hart werden und zu Eiscreme werden, während der Eiswürfelbeutel ohne Salz nicht kalt genug war, um dies zu tun, so dass die Zutaten flüssig blieben. (Wenn Sie die flüssigen Zutaten wieder in den Beutel mit den Eiswürfeln und dem Salz geben und etwa fünf Minuten lang schütteln, sollten die Zutaten ausreichend abgekühlt sein, um sich in Eiscreme zu verwandeln!)
Wenn Sie jemals Eiscreme mit einer altmodischen Handkurbelmaschine hergestellt haben, haben Sie wahrscheinlich eine Mischung aus Eis und Steinsalz um den Behälter herum gepackt, der die Creme enthält. Die Eis-Salz-Kombination wird kälter als reines Wassereis und kann die Zutaten in der Eismaschine (und in den Beuteln, die du bei dieser Aktivität verwendet hast) gefrieren lassen, so dass sie zu Eiscreme werden. (Dies ist derselbe Prozess, der stattfindet, wenn auf vereisten Straßen Salz gestreut wird, um das Eis zu schmelzen und die Straßen bei niedrigeren Temperaturen weniger rutschig zu machen). Obwohl reines Wasser bei 0 Grad Celsius gefriert, gefriert mit Salz vermischtes Wasser erst bei kälteren Temperaturen unter 0 Grad Celsius.
Aufräumen
Wenn Sie es noch nicht getan haben, können Sie Ihr leckeres Eis jetzt genießen oder es für später im Gefrierschrank aufbewahren.
Weiteres zum Erforschen
Siedepunkterhöhung und Gefrierpunktserniedrigung, von der Iowa State University
Make Ice Cream in a Baggie, von About.com Chemistry
Fun, Science Activities for You and Your Family, von Science Buddies
Chemistry of Ice Cream-Making: Senkung des Gefrierpunkts von Wasser, von Science Buddies
Diese Aktivität wird Ihnen in Zusammenarbeit mit Science Buddies angeboten