Veda o zmrzline

Čo je lepšie ako zábavný vedecký experiment? Jeden, ktorý je zmiešaný so zmrzlinou! Zmrzlina je chutná, ale vedeli ste, že má aj najrôznejší vedecký vzdelávací potenciál? Od superchladenia po chémiu je na vrchole tohto kužeľa veľa vedy.

Koreňové pivo plávajúce bubliny

Nie je lepšia výhovorka, aby ste si dali plávať koreňové pivo ako v mene vedy. Tento pohár penovej dobroty obsahuje množstvo vedeckých príležitostí, ktoré čakajú na objavenie. Ak ste niekedy premýšľali, prečo má koreňový pivný plavák toľko bublín a čo môžete urobiť, aby ste to zmenili, je tento experiment určený práve pre vás! Je vhodný pre študentov základnej školy a ak budete sledovať jednu alebo viac variantov, bude to trvať asi 30 minút až hodinu. (Poznámka: Meranie objemu výtlakom je vhodné pre študentov, ktorí sú minimálne na strednej škole.)

• Experimenty so suchým ľadom
• Experiment rastlín hrachu Gregora Mendela
• Experimenty s povrchovým napätím pre deti

Materiály

• Číre sklo
• Koreňové pivo
• Vanilková zmrzlina s cukrom a bez cukru
• Jedna odmerka pre pevné látky a odmerka pre tekutiny
• Svinovací meter (Tip: Pre mladšie deti získate maskovacia páska ktorá má na sebe pravítko, a potom pred začiatkom experimentu zalepte bočnú stranu pohára alebo pohára.)

Základný postup

Nasledujúci postup je určený pre mladých študentov, ktorí môžu merať krajčírskym metrom, ale nevedia matematiku spočítať objem látok.

1. Odmerajte jeden pohár zmrzliny v odmerke. Pridajte pohár zmrzliny na číre sklo.
2. Odmerajte jednu šálku koreňového piva v odmerke. Na konci experimentu budete chcieť zistiť, koľko koreňového piva ste mohli do zmrzliny pridať.
3. K zmrzline pomaly pridajte koreňové pivo. Chcete zmerať množstvo vyrobenej peny, ale nechcete, aby pena šla vyššie ako po vrchnú časť pohára.
4. Keď ste pridali toľko koreňového piva, koľko môžete, bez toho, aby pena išla hore, odmerajte svoj pohár.
   1. Koľko je tam peny? (Na meranie použite krajčírsky meter.)
   2. Koľko koreňového piva by ste mohli pridať? (Odčítajte, koľko je vo vašej odmerke od jednej šálky, s ktorou ste začínali. O toľko ste pridali.)

Čo sa deje?

Každý vie, že bubliny v koreňovom pive sú bubliny oxidu uhličitého. Zamysleli ste sa však niekedy nad tým, čo sa deje, aby bola pena taká ... spenená?

Presýtené riešenia : Koreňové pivo (a všetky ostatné sýtené nápoje) sú presýtené oxidom uhličitým. Presýtený je vedecký spôsob, ako povedať, že existuje viac rozpustenej látky (v tomto prípade oxidu uhličitého), ako dokáže zadržať roztok (v tomto prípade kvapalina z koreňového piva). Presýtené riešenia sa označujú ako nestabilné. To znamená, že sa snažia čo najskôr uvoľniť svoje rozpustené látky, a preto začujete syčivý zvuk unikajúceho plynu a uvidíte, ako sa pri otvorení fľaše sýteného nápoja začnú vytvárať bubliny. Nukleačné miesta : Keď do zmrzliny pridáte koreňové pivo, v podstate vyrážate bubliny oxidu uhličitého z koreňového piva. Nie je to však jediné miesto, odkiaľ vaše penové bubliny pochádzajú. Zmrzlina má tiež vzduch v sebe. Tieto bubliny vzduchu vo vašej zmrzline poskytujú nukleačné miesta ktoré umožňujú tvorbe a rastu bubliniek oxidu uhličitého. Povrchové napätie : Všimli ste si niekedy, že niektoré bubliny v koreňovom plaváku piva sú skutočne veľké? Je to preto, že niektoré prísady v zmrzline znižujú povrchové napätie sódy, takže sa plynové bubliny môžu rozširovať, zatiaľ čo iné prísady bubliny zachytávajú a nechávajú ich suspendované vo vašom penovom nápoji. Je to podobné ako s proteínom, ktorý zachytáva morskú penu v oceáne.

Variácie

Príprava plávajúceho koreňového piva nie je iba detská hra. Ak si chcete so svojím jedlom užiť viac, vyskúšajte tieto varianty, ktoré sa pohybujú od relatívne ľahkých po zložitejšie.

Prepnite postup : Namiesto pridania zmrzliny a potom koreňového piva najskôr pridajte koreňové pivo a až potom zmrzlinu. Mení to vôbec reakciu? Účinok vašich zložiek: Vyskúšajte svoj experiment ešte párkrát, ale na ďalšiu použite tentoraz značku zmrzliny s väčším obsahom cukru a potom značku zmrzliny s menším obsahom cukru. Ktorý z nich produkuje viac peny, ako sa meria pomocou pásky? Čo sa stane, keď použijete mrazené dobroty s menším množstvom vzduchu, ako je napríklad želatína alebo sorbet, ktorý nemá mlieko? Na zaistenie spoľahlivejších výsledkov nezabudnite pre každý experiment použiť rovnaké množstvo mrazenej pochúťky.

Meranie objemu

Najjednoduchší spôsob, ako zistiť objem vyrobenej peny, je uskutočniť experiment vo vedeckých kadičkách, ktoré majú na boku vyznačený objem. Ak sa však cítite obzvlášť matematicky a nemáte prístup k vedeckej kadičke, existuje spôsob, ako zistiť objem svojej peny pomocou trochy matematiky a deduktívnych úvah.

1. Pozrite sa na obal a uvidíte, koľko tekutín uncí pojme váš pohár. Toto je celkový objem, keď je váš pohár úplne naplnený.
2. Ďalej budete merať objem jednej šálky zmrzliny pomocou metódy vytesnenia. Myšlienka metódy posunu je jednoduchá. Ak môžete naplniť objem svojej šálky 10 uncami vody, koľko vody môžete naliať do svojej šálky po pridaní jednej odmerky zmrzliny? Touto odpoveďou je objem vašej zmrzliny.
   1. Už by ste mali vedieť, koľko uncí vody pojme váš pohár. (Použite vodu, pretože nebude reagovať so zmrzlinou.)
   2. Pridajte si do pohára kopček zmrzliny. Nemusíte to merať vopred.
   3. Pomocou ďalšej odmerky dolejte do pohára so zmrzlinou vodu, kým nebude úplne naplnená. (Neustále sledujte, koľko tekutých uncí používate.)
   4. Odčítajte celkový objem tekutých uncí, ktoré ste pridali, od celkových tekutých uncí, ktoré váš pohár pojme. Napríklad, ak váš pohár pojme 10 tekutých uncí a vy ste dokázali do pohára naliať osem tekutých uncí, vaša zmrzlina má objem dve tekuté unce.

Zmrzlina s bodom mrazu v depresii

Depresia bodu mrazu znie komplikovane, ale výpočty by mal vedieť robiť študent strednej školy, ktorý absolvuje aspoň algebru a práca s premennými mu vyhovuje. Príprava zmrzliny trvá asi 30 až 45 minút.

V zásade platí, že ak chcete získať zmrzlinu, musíte pripraviť krémovo-mliečno-cukrovú zmes dosť chladnú na to, aby zamrzla v tuhom stave. Mnoho receptov vyžaduje, aby bola zmrzlinová zmes ochladená na kockách ľadu a bola k nim pridaná soľ. Pridaním soli do kociek ľadu znižujete teplotu, pri ktorej voda mrzne, a tým pádom sú kocky ľadu chladnejšie. Toto je tiež známe ako depresia bodu mrazu . Video nižšie vysvetľuje, čo sa deje chemicky, keď stlačíte bod mrazu vody.

Materiály

• Z dvoch častí krém
• Jedna časť plnotučného mlieka
• Cukor a ďalšie arómy podľa vkusu
• Elektrický mixér
• Jedna malá kovová misa
• Jedna veľká kovová misa (malá misa sa musí pohodlne vojsť dovnútra)
• Drvený ľad
• Odmerky a lyžice
• Teplomer určené pre použitie vo vedeckých laboratóriách
• Rôzne soli granúl rôznej veľkosti, ako napríklad kuchynská soľ a kamenná soľ
• Chlorid vápenatý, chlorid horečnatý, chlorid sodný a / alebo chlorid draselný (dostupné v železiarstve ako tavenina ľadu)
• Stopky alebo časovač

Postup

1. V malej kovovej miske zmiešajte smotanu, mlieko, cukor a príchute.
2. Menšiu misku vložte do väčšej misy a potom do väčšej misky pridajte ľad. Malá misa by mala byť obklopená ľadom.
3. Do väčšej misky s ľadom opatrne nalejte jednu pol šálku až jednu šálku kuchynskej soli. Presné množstvo závisí od toho, aká veľká je vaša misa, ale predpokladá sa, že chcete vrchnú časť ľadu pokryť aspoň soľou.
4. Všímajte si svoju počiatočnú teplotu.
5. Spustite časovač.
6. Zmrzlinové prísady začnite miešať pomocou elektrického mixéra. Dávajte pozor, aby ste neprešľahali, inak budete mať šľahačku, kým sa zmrzlina nestihne formovať.
7. Meranie teploty robte v jednominútových intervaloch.
8. Zastavte, keď máte zmrzlinu konzistencie mäkkého podávania.
9. Opakujte experiment s kamennou soľou. Ak máte čas, môžete experiment zopakovať s typom soli, ktorá sa cez zimu používa na príjazdovú cestu. Z bezpečnostných dôvodov však nejedzte zmrzlinu, ktorú vyrábate pomocou taveniny ľadu.

Otázky, ktoré je potrebné zvážiť

1. Ktorý druh soli priniesol zmrzlinu najrýchlejšie?
2. Existuje vzťah medzi veľkosťou soľných granúl a tým, ako rýchlo zmrzlina tuhne?
3. Má vplyv množstvo pridanej soli na to, ako rýchlo sa zmrzlina vyrába alebo ako sa znižuje teplota?
4. Aký studený musí byť ľad, aby priniesol dokonalú zmrzlinu?

Výpočty depresie bodu mrazu

Vzorec na potlačenie bodu mrazu je nasledovný.

Vypočítajte, koľko soli (rozpustenej látky) je potrebné na zníženie bodu tuhnutia vody (rozpúšťadla) z 0 ° C na -20 ° C.

Vypočítajte, koľko gramov soli je potrebné na vytvorenie depresie pri teplote -20 ° C pre 250 g ľadu.

Ak chcete vykonať rovnaké výpočty s použitím iného množstva ľadu alebo rôznych druhov solí namiesto iba NaCl, nasledujúce zdroje vám môžu pomôcť nájsť správne čísla na použitie:

• Van't Hoffov faktor - Toto video vás prevedie procesom hľadania Van't Hoffovho faktora pre ktorúkoľvek zlúčeninu.
• Molekulová hmotnosť - Táto stránka s videom vysvetľuje, ako zistiť molekulovú hmotnosť akejkoľvek zlúčeniny.

Zmrzlina s domácim suchým ľadom

Je jasné, že ak chcete pripraviť zmrzlinu, musíte ju dať do niečoho skutočne studeného, ​​aby ste zmenili zmes krému a cukru na niečo tuhé. Zatiaľ čo väčšina receptov požaduje soľ a ľad, tí skutočne odvážni môžu vyskúšať zmrzlinu s domácim suchým ľadom. Suchý ľad je skutočne zmrazený oxid uhličitý. Aj keď svoju kombináciu soli a ľadu môžete dostať na teplotu asi -20 ° C, suchý ľad je okolo -78,5 ° C. Chladnejšie teploty vám pomôžu pripraviť vašu zmrzlinu oveľa rýchlejšie!

Keďže pracujete so suchým ľadom, tento experiment je určený pre študentov stredných škôl. Prípadne môže demonštráciu urobiť dospelý pre mladších študentov. Aj keď sa čas môže líšiť, vykonanie tohto experimentu trvá asi 20 až 30 minút.

Materiály

• Hasiaci prístroj na báze oxidu uhličitého
• Látkové vrece (môžete použiť obliečku na vankúš, ponožku alebo niečo podobné)
• Lepiaca páska alebo silná elektrická páska
• Veľká kovová misa
• Malá kovová misa alebo kovová plechovka, do ktorej je možné umiestniť elektrický mixér, a ktorá sa zmestí do väčšej kovovej misy
• Mixér
• Z dvoch častí krém
• Jedna časť mlieka
• Cukor alebo iné arómy podľa chuti
• Ochranné okuliare a pracovné rukavice

Postup

1. V malej kovovej miske zmiešajte smotanu, mlieko, cukor a príchuť.
2. Prilepte vrecko s látkou cez trysku hasiaceho prístroja. V tomto okamihu budete chcieť začať nosiť svoje pracovné rukavice a okuliare.
3. Uvoľnite všetok oxid uhličitý do vreca. Toto je vlastne suchý ľad!
4. Pridajte suchý ľad do veľkej misy a vložte menšiu misku do suchého ľadu a začnite miešať zmrzlinu, kým nedosiahne fázu mäkkého podávania.

Dôležité bezpečnostné opatrenia

Dajte pozor, aby sa do zmrzliny nedostal suchý ľad. Ak sa tak stane, môžete ešte urobiť experiment na suchom ľade, zmrzlinu však nejedzte. Tiež by ste sa nemali dotýkať suchého ľadu holými rukami. Vždy používajte rukavice alebo môžete tiež použiť kliešte.

Zmrzlinová zábava

Zmrzlina je ako dokonaláchemický experimentčaká, až sa stane. Či už chcete zmrzlinu len pripraviť, pridať do niečoho iného, ​​alebo pracovať na otestovaní dokonalého receptu a prísad, príležitosti sú takmer nekonečné. Uistite sa, že ste vedení denníka a pamätajte, že ak ste do experimentu dostali niektorú z chemických látok, zmrzlinu nejedzte.