Key concepts
Food science
Chemistry
Freezing
Phases of matter
Solutions
Introductie
Heb je ooit zelfgemaakt ijs gemaakt? Het kan heel leuk zijn, en je krijgt een lekkere bevroren traktatie! Er is eigenlijk een heleboel interessante scheikunde nodig om ijs te maken. Denk bijvoorbeeld aan hoe je begint met gekoelde ingrediënten (of zelfs ingrediënten op kamertemperatuur) en ze vervolgens moet afkoelen om er ijs van te maken. Hoe veranderen de ingrediënten tijdens dit proces? Hoe belangrijk denk je dat het is dat ze tot een bepaalde temperatuur worden afgekoeld? In deze wetenschappelijke activiteit maak je je eigen ijs (in een zak!) en onderzoek je de beste manier om de ingrediënten te koelen zodat ze een heerlijke beloning worden.
Achtergrond
Om ijs te maken, moeten de ingrediënten – meestal melk (of half-om-half), suiker en vanille-extract – worden afgekoeld. Een manier om dit te doen is door zout te gebruiken. Als je in een koud klimaat woont, heb je misschien wel eens vrachtwagens gezien die in de winter zout en zand op de straten strooien om te voorkomen dat de wegen glad worden na sneeuw of ijs. Waarom is dat? Het zout verlaagt de temperatuur waarbij water bevriest, zodat met zout ijs zal smelten, zelfs wanneer de temperatuur onder het normale vriespunt van water ligt.
Technisch wordt de temperatuur die het zout verlaagt het vriespunt genoemd. Wanneer een vriespunt wordt verlaagd, bijvoorbeeld door zout aan water toe te voegen, wordt dit proces vriespuntverlaging genoemd. Zoals we in deze activiteit zullen zien, is vriespuntdepressie niet uniek voor oplossingen gemaakt van water en zout; het gebeurt ook met andere oplossingen. (Een oplossing wordt gemaakt wanneer een stof, zoals zout, wordt opgelost en een opgeloste stof wordt. Het medium waarin het wordt opgelost is een oplosmiddel – meestal een vloeistof, zoals water.)
Materialen
- Meetlepels
- Meetbeker
- Suiker
- Half en half (Als alternatief kan melk of zware slagroom worden gebruikt.
- Vanille-extract
- Zout (Verschillende soorten zout, zoals tafelzout of steenzout, zouden moeten werken, maar kunnen enigszins verschillende resultaten geven.
- Twee kleine, afsluitbare zakjes, zoals pint-formaat of sandwich-formaat Ziplocs
- Twee afsluitbare zakken van gallon-formaat
- Acht kopjes ijsblokjes
- Ovenwanten of een kleine handdoek
- Timer of klok
Voorbereiding
- In elk klein zakje, doe je een eetlepel suiker, een half kopje half-om-half (of melk of slagroom) en een kwart theelepel vanille-extract. Sluit elk zakje na het toevoegen van de ingrediënten. Bewaar de zakken in de koelkast tot u klaar bent om verder te gaan met de procedure.
Procedure
- Voeg vier kopjes ijsblokjes toe aan een van de grote, gallon-grote zakken. Voeg vervolgens een half kopje zout toe aan de zak. Wat denk je dat het zout zal doen?
- Doe een van de kleine zakjes in de grote zak met ijsblokjes. Zorg ervoor dat beide zakjes dicht zijn.
- Doe ovenwanten aan of wikkel het zakje in een kleine handdoek en schud het zakje dan vijf minuten. Voel om de paar minuten aan de kleinere zak terwijl je schudt en werp er een blik op. Wat gebeurt er na verloop van tijd met de ingrediënten? Hoe zien de ingrediënten eruit als de vijf minuten voorbij zijn? En de ijsblokjes, hoe veranderen die in de loop van de tijd en hoe zien ze er aan het eind uit?
- Voeg nu vier kopjes ijsblokjes toe aan de andere grote zak, maar doe er deze keer geen zout bij. Wat denk je dat er gebeurt zonder zout?
- Doe de andere kleine zak die je hebt klaargemaakt in deze grote zak. Zorg ervoor dat beide zakjes dicht zijn.
- Doe ovenwanten aan of wikkel het zakje in een kleine handdoek en schud het zakje vervolgens vijf minuten, zoals je eerder hebt gedaan. Voel opnieuw om de paar minuten aan de kleinere zak terwijl u schudt, en werp een blik op de zak. Wat gebeurt er nu met de ingrediënten na verloop van tijd? Als de vijf minuten voorbij zijn, hoe zien ze er dan uit vergeleken met de vorige keer? Hoe zit het met de ijsblokjes – zijn ze op dezelfde manier veranderd?
- Je kunt ook vergelijken hoe koud de verschillende ijsblokzakjes aanvoelen. Voelt de een veel kouder aan dan de ander?
- Als je met succes ijs hebt gemaakt, kun je er nu van genieten als een smakelijke beloning voor je scheikundige uitdaging! Als de ingrediënten in een van je zakjes geen ijs zijn geworden, bekijk dan de extra’s hieronder voor tips om er ijs van te maken.
- Extra: Als een van je zakjes geen ijs werd, probeer het dan terug in de grote zak te doen waar ijsblokjes en zout in zaten en schud het dan vijf minuten. Werd het wel ijs? Waarom denk je dat je de resultaten kreeg die je kreeg?
- Extra: In plaats van half en half zou je in deze activiteit melk of zware slagroom kunnen gebruiken om ijs te maken. Hoe is het maken van ijs met half en half te vergelijken met het gebruik van melk of zware slagroom?
- Extra: Je kunt in deze activiteit ijs maken met verschillende soorten zouten, maar dan krijg je misschien andere resultaten. Hoe is ijs gemaakt in een zakje met keukenzout te vergelijken met ijs gemaakt met steenzout of een ander soort zout? Kun je de resultaten verklaren?
Observaties en resultaten
Zijn de ingrediënten die in de grote zak met ijsblokjes en zout zijn geschud, ijs geworden, terwijl de ingrediënten die alleen met ijsblokjes (en zonder zout) zijn geschud, vloeibaar zijn gebleven en niet tot ijs zijn verhard?
Je zou moeten hebben gezien dat de ijsblokjes in de grote zak met zout veel meer smolten, en veel kouder aanvoelden, dan de ijsblokjes in de grote zak zonder zout. Omdat het koud genoeg was (enkele graden onder het vriespunt), zou de ijsblokjeszak met zout in staat moeten zijn geweest de ingrediënten voldoende af te koelen om ze hard te maken en er ijs van te maken, terwijl de ijsblokjeszak zonder zout niet koud genoeg was om dit te doen, waardoor de ingrediënten vloeibaar bleven. (Als u de vloeibare ingrediënten weer in de zak met ijsblokjes en zout doet en ze ongeveer vijf minuten schudt, zouden de ingrediënten voldoende moeten zijn afgekoeld om er ijs van te maken!)
Als u ooit ijs hebt gemaakt met een ouderwetse handmachine, heeft u waarschijnlijk een mengsel van ijs en steenzout rond de bak met roomijs gedaan. De combinatie van ijs en zout wordt kouder dan zuiver waterijs en kan de ingrediënten in de ijsmachine (en in de zakjes die je bij deze activiteit hebt gebruikt) bevriezen, waardoor ze in ijs veranderen. (Dit is hetzelfde proces dat plaatsvindt wanneer er zout op ijzige wegen wordt gestrooid om het ijs te smelten, waardoor de wegen bij lagere temperaturen minder glad worden). Hoewel zuiver water bevriest bij 0 graden Celsius (32 graden Fahrenheit), bevriest water vermengd met zout alleen bij koudere temperaturen onder 0 graden C.
Opruimen
Als je dat nog niet gedaan hebt, kun je nu genieten van je lekkere ijscoupe of het in de vriezer bewaren voor later.
Meer om te ontdekken
Kookpuntverhoging en vriespuntdepressie, van Iowa State University
Zorg voor ijs in een zakje, van About.com Chemistry
Leuke, wetenschappelijke activiteiten voor jou en je familie, van Science Buddies
Chemie van het maken van ijs: Verlagen van het vriespunt van water, van Science Buddies
Deze activiteit wordt u aangeboden in samenwerking met Science Buddies