Key concepts
Food science
Chemistry
Freezing
Phases of matter
Solutions
Introduction
Have you ever made homemade ice cream? To może być świetna zabawa, a w efekcie otrzymujesz smaczny mrożony przysmak! Aby zrobić lody, potrzeba wiele interesującej chemii. Na przykład, pomyśl o tym, że zaczynasz od składników przechowywanych w lodówce (lub nawet w temperaturze pokojowej), a następnie musisz je schłodzić, aby zamienić je w lody. Jak zmieniają się składniki podczas tego procesu? Jak ważne jest ich schłodzenie do określonej temperatury? W tym ćwiczeniu naukowym zrobisz własne lody (w torebce!) i poznasz najlepszy sposób na schłodzenie składników, aby stały się pyszną nagrodą!
Tło
Aby zrobić lody, składniki – zazwyczaj mleko (lub pół na pół), cukier i ekstrakt waniliowy – muszą być schłodzone. Jednym ze sposobów, aby to zrobić jest użycie soli. Jeśli mieszkasz w zimnym klimacie, być może widziałeś ciężarówki rozsypujące sól i piasek na ulicach w zimie, aby zapobiec śliskości dróg po śniegu lub lodzie. Dlaczego tak się dzieje? Sól obniża temperaturę, w której woda zamarza, więc dzięki soli lód będzie się topił nawet wtedy, gdy temperatura jest niższa od normalnej temperatury zamarzania wody.
Technicznie, temperatura, którą obniża sól, nazywana jest punktem zamarzania. Kiedy punkt zamarzania jest obniżany, na przykład przez dodanie soli do wody, proces ten nazywa się obniżeniem punktu zamarzania. Jak zobaczymy w tym ćwiczeniu, obniżenie punktu zamarzania nie jest charakterystyczne tylko dla roztworów wody i soli; zdarza się ono również w przypadku innych roztworów. (Roztwór powstaje, gdy substancja, taka jak sól, zostaje rozpuszczona i staje się solutem. Środek, w którym się rozpuszcza, jest rozpuszczalnikiem – zazwyczaj cieczą, jak woda.)
Materiały
- Łyżeczki miarowe
- Miseczka miarowa
- Cukier
- Pół na pół (Alternatywnie można użyć mleka lub gęstej bitej śmietany.)
- Wyciąg z wanilii
- Sól (Różne rodzaje soli, takie jak sól kuchenna lub kamienna, powinny działać, ale mogą dać nieco inne wyniki.)
- Dwie małe, zamykane torebki, takie jak pint-size lub sandwich-size Ziplocs
- Dwie zamykane torebki gallon-size
- Osiem kubków kostek lodu
- Rękawice lub mały ręcznik
- Timer lub zegar
Przygotowanie
- W każdej małej torebce, umieść jedną łyżkę stołową cukru, pół filiżanki pół na pół (lub mleka albo gęstej bitej śmietany) i jedną czwartą łyżeczki ekstraktu waniliowego. Uszczelnij każdą torbę po dodaniu składników. Trzymaj torby w lodówce, aż będziesz gotowy, aby kontynuować procedurę.
Procedura
- Dodaj cztery kubki kostek lodu do jednego z dużych worków o rozmiarze galonu. Następnie dodaj pół filiżanki soli do worka. Jak myślisz, co zrobi sól?
- Włóż jeden z małych worków, które przygotowałeś do dużego worka z kostkami lodu. Upewnij się, że obie torebki są szczelnie zamknięte.
- Załóż rękawice kuchenne lub zawiń torebkę w mały ręcznik, a następnie potrząsaj torebką przez pięć minut. Poczuj mniejszą torbę co kilka minut, gdy nią potrząsasz i spójrz na nią. Co dzieje się ze składnikami w czasie? Jak wyglądają składniki po upływie pięciu minut? Co z kostkami lodu – jak zmieniają się w czasie i jak wyglądają pod koniec?
- Teraz dodaj cztery kubki kostek lodu do drugiego dużego worka, ale tym razem nie dodawaj do niego soli. Jak myślisz, co się stanie bez użycia soli?
- Przełóż drugi mały worek, który przygotowałeś do tego dużego worka. Upewnij się, że obie torebki są szczelnie zamknięte.
- Załóż rękawice kuchenne lub zawiń torebkę w mały ręcznik, a następnie potrząsaj torebką przez pięć minut, tak jak poprzednio. Ponownie, poczuj mniejszą torbę co kilka minut podczas potrząsania i spójrz na nią. Co dzieje się teraz ze składnikami w czasie? Kiedy minie pięć minut, jak wyglądają teraz w porównaniu z poprzednim razem? Co z kostkami lodu – czy zmieniły się w ten sam sposób?
- Możesz również porównać, jak zimne są różne torebki z kostkami lodu. Czy jeden z nich jest zimniejszy od drugiego?
- Jeśli udało Ci się zrobić lody, możesz się nimi teraz delektować jako smaczną nagrodą za Twoje chemiczne wyzwanie! Jeśli składniki w jednej z torebek nie stały się lodami, sprawdź dodatki poniżej, aby uzyskać wskazówki, jak zamienić je w lody.
- Dodatkowo: Jeśli jeden z twoich worków nie zrobił lodów, spróbuj umieścić go z powrotem wewnątrz dużego worka, który miał kostki lodu i sól, a następnie potrząsaj nim przez pięć minut. Czy zamieniły się w lody? Jak myślisz, dlaczego uzyskałeś takie wyniki, jakie uzyskałeś?
- Dodatkowe: Zamiast pół na pół, możesz użyć mleka lub ciężkiej bitej śmietany, aby zrobić lody w tej aktywności. Jak robi lody z pół na pół w porównaniu z użyciem mleka lub ciężkiej bitej śmietany?
- Extra: Możesz zrobić lody w tym ćwiczeniu używając różnych rodzajów soli, ale możesz uzyskać różne wyniki. Jak lody zrobione w torebce z solą stołową wypadają w porównaniu z lodami zrobionymi z solą kamienną lub innym rodzajem soli? Czy potrafisz wyjaśnić swoje wyniki?
Obserwacje i wyniki
Czy składniki, które zostały wstrząśnięte w dużej torbie z kostkami lodu i solą zamieniły się w lody, podczas gdy składniki, które zostały wstrząśnięte z samymi kostkami lodu (i bez soli) pozostały płynne i nie stwardniały w lody?
Powinieneś zauważyć, że kostki lodu w dużej torbie z solą roztopiły się znacznie bardziej i były znacznie zimniejsze niż kostki lodu w dużej torbie bez soli. Ponieważ było wystarczająco zimno (kilka stopni poniżej zera), worek na kostki lodu z solą powinien być w stanie schłodzić składniki na tyle, aby je utwardzić i zamienić w lody, podczas gdy worek na kostki lodu bez soli nie był wystarczająco zimny, aby to zrobić, pozostawiając składniki płynne. (Jeśli włożysz płynne składniki z powrotem do torebki z kostkami lodu i solą i potrząśniesz nimi przez około pięć minut, składniki powinny być wystarczająco schłodzone, aby zamienić się w lody!)
Jeśli kiedykolwiek robiłeś lody za pomocą staromodnej maszyny na korbkę, prawdopodobnie pakowałeś mieszankę lodu i soli kamiennej wokół pojemnika z kremem. Połączenie lodu i soli staje się zimniejsze niż czysty lód wodny i może zamrozić składniki w maszynie do lodów (i w torbach, których użyłeś w tym ćwiczeniu), zamieniając je w lody. (Jest to ten sam proces, który zachodzi, gdy oblodzone drogi są posypywane solą, by roztopić lód, dzięki czemu drogi są mniej śliskie w niższych temperaturach). Chociaż czysta woda zamarza w temperaturze 0 stopni Celsjusza (32 stopnie Fahrenheita), woda zmieszana z solą zamarza tylko w temperaturach poniżej 0 stopni C.
Czyszczenie
Jeśli jeszcze tego nie zrobiłeś, możesz cieszyć się swoim smacznym lodowym przysmakiem teraz lub zachować go w zamrażarce na później.
Więcej informacji
Podwyższenie punktu wrzenia i obniżenie punktu zamarzania, z Iowa State University
Zrób lody w woreczku, z About.com Chemistry
Zabawa, zajęcia naukowe dla Ciebie i Twojej rodziny, z Science Buddies
Chemia robienia lodów: Lowering the Freezing Point of Water, z Science Buddies
This activity brought to you in partnership with Science Buddies
Chemistry of Ice Cream-Making: Lowering the Freezing Point of Water, z Science Buddies