Proyectos de ciencia del helado

¿Qué es mejor que un divertido experimento científico? ¡Uno que se mezcla con helado! El helado es sabroso, pero ¿sabías que también tiene todo tipo de potencial para el aprendizaje de las ciencias? Desde el súper enfriamiento hasta la química, hay mucha ciencia sobre ese cono.

Burbujas flotantes de cerveza de raíz

No hay mejor excusa para flotar una cerveza de raíz que en nombre de la ciencia. Esa copa de bondad espumosa contiene una gran cantidad de oportunidades científicas que esperan ser descubiertas. Si alguna vez te has preguntado por qué un flotador de cerveza de raíz tiene tantas burbujas y qué podrías hacer para cambiar eso, ¡este experimento es para ti! Es adecuado para estudiantes de primaria y tomará entre 30 minutos y una hora si realiza un seguimiento con una o más de las variaciones. (Nota: Medir el volumen por desplazamiento es apropiado para estudiantes que están al menos en la escuela secundaria).

• Experimentos con hielo seco
• Experimento de la planta de guisantes de Gregor Mendel
• Experimentos de tensión superficial para niños

Materiales

• Vaso transparente
• Cerveza de raíz
• Helado de vainilla con y sin azúcar
• Una taza medidora para sólidos y una taza medidora para líquidos
• Cinta métrica (Consejo: para niños más pequeños, obtenga cinta adhesiva que tiene una regla y luego pegue con cinta adhesiva el costado del vaso o taza antes de comenzar el experimento).

Procedimiento básico

El siguiente procedimiento es para estudiantes jóvenes que pueden medir con una cinta métrica, pero no pudieron hacer los cálculos para calcular el volumen de las sustancias.

1. Mide una taza de helado en una taza medidora. Agrega la taza de helado al vaso transparente.
2. Mide una taza de cerveza de raíz en una taza medidora. Al final del experimento, querrá ver cuánta cerveza de raíz pudo agregar al helado.
3. Agrega lentamente la cerveza de raíz al helado. Desea medir la cantidad de espuma producida, pero no desea que la espuma suba más allá de la parte superior del vaso.
4. Cuando hayas agregado tanta cerveza de raíz como puedas sin que la espuma llegue a la superficie, mide tu vaso.
   1. ¿Cuánta espuma hay? (Use la cinta métrica para medir).
   2. ¿Cuánta cerveza de raíz podrías agregar? (Reste la cantidad que hay en su taza medidora de la taza con la que comenzó. Esta es la cantidad que agregó).

¿Lo que está sucediendo?

Todo el mundo sabe que las burbujas de la cerveza de raíz son burbujas de dióxido de carbono. Sin embargo, ¿alguna vez te has preguntado qué está pasando para que la espuma sea tan ... espumosa?

Soluciones sobresaturadas : La cerveza de raíz (y todas las bebidas carbonatadas) está sobresaturada con dióxido de carbono. Sobresaturados es la forma científica de decir que hay más soluto (en este caso dióxido de carbono) que la solución (en este caso líquido de cerveza de raíz) puede contener. Las soluciones sobresaturadas se describen como 'inestables'. Esto significa que buscan liberar sus solutos lo antes posible, y es por eso que escuchas el silbido del gas que se escapa y ves que comienzan a formarse burbujas cuando abres una botella de bebida carbonatada. Sitios de nucleación : Cuando agrega cerveza de raíz al helado, esencialmente está eliminando las burbujas de dióxido de carbono de la cerveza de raíz. Sin embargo, ese no es el único lugar de donde provienen las burbujas espumosas. El helado también tiene aire. Esas burbujas de aire en tu helado proporcionan sitios de nucleación que permiten que las burbujas de dióxido de carbono se formen y crezcan. Tensión superficial : ¿Alguna vez has notado que algunas de las burbujas en un flotador de cerveza de raíz se vuelven realmente grandes? Esto se debe a que algunos ingredientes del helado reducen la tensión superficial del refresco para que las burbujas de gas se expandan, mientras que otros ingredientes atrapan las burbujas y las dejan suspendidas en la bebida espumosa. Es muy parecido a cómo la proteína atrapa la espuma del mar en el océano.

Variaciones

Hacer flotadores de cerveza de raíz no es solo un juego de niños. Si desea divertirse más con su comida, pruebe estas variaciones que van desde relativamente fáciles hasta más difíciles.

Cambiar el procedimiento : En lugar de agregar el helado y luego la cerveza de raíz, agregue primero la cerveza de raíz y luego agregue el helado. ¿Cambia la reacción en absoluto? El efecto de sus ingredientes: Intente su experimento un par de veces más, pero use una marca de helado con más azúcar esta vez y luego una marca de helado con menos azúcar para la siguiente. ¿Cuál produce más espuma según la medición de su cinta métrica? ¿Qué sucede cuando usas golosinas congeladas con menos aire como helado o sorbete que no tiene leche? Asegúrese de usar la misma cantidad de golosina congelada para cada experimento para obtener resultados más confiables.

Volumen de medición

La forma más fácil de calcular el volumen de la espuma que se produce es hacer el experimento en vasos de precipitados científicos que tienen el volumen marcado en el costado. Sin embargo, si se siente particularmente matemático y no tiene acceso a un vaso de precipitados de ciencias, hay una manera de calcular el volumen de su espuma usando un poco de matemáticas y un poco de razonamiento deductivo.

1. Mire el paquete para ver cuántas onzas líquidas contiene su taza. Este es el volumen total cuando su taza está completamente llena.
2. A continuación, va a medir el volumen de una taza de helado utilizando el método de desplazamiento. La idea del método de desplazamiento es simple. Si puede llenar el volumen de su taza con 10 onzas de agua, ¿cuánta agua puede verter en su taza después de haber agregado una cucharada de helado? Esa respuesta es el volumen de su helado.
   1. Ya debería saber cuántas onzas de agua contiene su taza. (Use agua ya que no reaccionará con el helado).
   2. Agrega una bola de helado a tu taza. No es necesario medirlo de antemano.
   3. Con otra taza medidora, agregue agua a la taza con el helado hasta que esté completamente lleno. (Asegúrese de llevar un registro de la cantidad de onzas líquidas que está usando).
   4. Reste el total de onzas líquidas que agregó del total de onzas líquidas que puede contener su taza. Por ejemplo, si su taza puede contener 10 onzas líquidas y pudo verter ocho onzas líquidas en la taza, su helado tiene un volumen de dos onzas líquidas.

Helado de depresión del punto de congelación

La depresión del punto de congelación suena complicado, pero un estudiante de secundaria que esté cursando al menos Álgebra y se sienta cómodo trabajando con variables debería poder hacer los cálculos. Hacer el helado toma alrededor de 30 a 45 minutos.

Esencialmente, para obtener helado, debes hacer que la mezcla de crema, leche y azúcar se enfríe lo suficiente como para congelarla en un estado sólido. Muchas recetas requieren que la mezcla de helado se enfríe en cubitos de hielo con sal. Al agregar sal a los cubitos de hielo, está disminuyendo la temperatura a la que el agua se congela, lo que hace que los cubitos de hielo se enfríen. Esto también se conoce como depresión del punto de congelación . El siguiente video explica qué está sucediendo químicamente cuando deprime el punto de congelación del agua.

Materiales

• Crema de dos partes
• Una parte de leche entera
• Azúcar y otros aromas al gusto.
• Mezclador eléctrico
• Un cuenco de metal pequeño
• Un tazón grande de metal (el tazón pequeño debe caber cómodamente dentro)
• Hielo picado
• Tazas y cucharas medidoras
• Termómetro diseñado para uso en laboratorio de ciencias
• Varias sales de gránulos de diferentes tamaños, como sal de mesa y sal de roca
• Cloruro de calcio, cloruro de magnesio, cloruro de sodio y / o cloruro de potasio (disponible en ferreterías como hielo para derretir)
• Cronómetro o temporizador

Procedimiento

1. Mezcle la nata, la leche, el azúcar y los aromas en el bol pequeño de metal.
2. Coloque el tazón más pequeño dentro del tazón más grande y luego agregue hielo al tazón más grande. El tazón pequeño debe estar rodeado de hielo.
3. Vierta con cuidado media taza a una taza de sal de mesa en el tazón más grande con el hielo. La cantidad exacta depende de qué tan grande sea tu tazón, pero la idea es que al menos debes cubrir la parte superior del hielo con sal.
4. Toma nota de tu temperatura inicial.
5. Inicie su temporizador.
6. Comience a usar la batidora eléctrica para revolver los ingredientes del helado. Tenga cuidado de no batir demasiado o tendrá la crema batida antes de que el helado tenga la oportunidad de formarse.
7. Tome medidas de temperatura a intervalos de un minuto.
8. Deténgase cuando tenga un helado que tenga la consistencia de un helado suave.
9. Repita el experimento con sal de roca. Si tiene tiempo, puede repetir el experimento con el tipo de sal que se usa en un camino de entrada durante el invierno. Sin embargo, por razones de seguridad, no coma el helado que hace con hielo derretido.

Preguntas a considerar

1. ¿Qué tipo de sal produjo el helado más rápido?
2. ¿Existe una relación entre el tamaño de los gránulos de sal y la rapidez con que se solidifica el helado?
3. ¿La cantidad de sal que agregue influye en la rapidez con la que se hace el helado o en la baja temperatura?
4. ¿Qué tan frío tiene que estar el hielo para producir el helado perfecto?

Cálculos de depresión del punto de congelación

La fórmula para la depresión del punto de congelación es la siguiente.

Calcule cuánta sal (el soluto) se necesita para disminuir el punto de congelación del agua (el solvente) de 0˚C a -20˚C.

Calcule cuántos gramos de sal se requieren para crear una depresión del punto de congelación de -20˚C para 250 g de hielo.

Si desea hacer los mismos cálculos usando una cantidad diferente de hielo o diferentes tipos de sal en lugar de solo NaCl, los siguientes recursos pueden ayudarlo a encontrar los números correctos para usar:

• Van't Factor de Hoff - Este video lo guía a través del proceso de encontrar el factor Van't Hoff para cualquier compuesto.
• Peso molecular - Esta página con un video explica cómo encontrar el peso molecular de cualquier compuesto.

Helado con hielo seco casero

Está claro que para hacer helado hay que ponerlo en algo muy frío para que la mezcla de nata y azúcar se convierta en algo sólido. Si bien la mayoría de las recetas requieren sal y hielo, los verdaderamente aventureros pueden intentar hacer helado con hielo seco casero. Hielo seco es en realidad dióxido de carbono congelado. Si bien puede hacer que su combinación de sal y hielo alcance aproximadamente -20 ° C, el hielo seco está alrededor de -78.5 ° C. ¡Las temperaturas más frías te ayudarán a hacer tu helado mucho más rápido!

Dado que está trabajando con hielo seco, este experimento es para estudiantes de secundaria. Alternativamente, un adulto puede hacer la demostración para estudiantes más jóvenes. Aunque el tiempo puede variar, este experimento tarda entre 20 y 30 minutos en realizarse.

Materiales

• Extintor de dióxido de carbono
• Saco de tela (puedes usar funda de almohada, calcetín o algo similar)
• Cinta adhesiva o cinta aislante resistente
• Cuenco de metal grande
• Recipiente de metal pequeño o lata de metal que puede acomodar una batidora eléctrica y encajar dentro del recipiente de metal más grande
• Mezclador
• Crema de dos partes
• Una parte de leche
• Azúcar u otros aromas al gusto.
• Gafas de seguridad y guantes de trabajo.

Procedimiento

1. Mezcle la nata, la leche, el azúcar y el aroma en el bol pequeño de metal.
2. Pega tu saco de tela sobre la boquilla de tu extintor. En este punto, querrá comenzar a usar sus guantes y gafas de trabajo.
3. Libera todo el dióxido de carbono en el saco. ¡Esto es realmente hielo seco!
4. Agregue el hielo seco al tazón grande y coloque el tazón más pequeño dentro del hielo seco y comience a mezclar su helado hasta que alcance la etapa de servicio suave.

Precauciones de seguridad importantes

Asegúrese de que el hielo seco no entre en el helado. Si lo hace, aún puede hacer el experimento del hielo seco, pero no coma el helado. Además, no debe tocar el hielo seco con las manos desnudas. Utilice siempre guantes, o también puede utilizar pinzas.

Diversión con helado

El helado es como el perfectoexperimento de quimicaesperando que suceda. Ya sea que solo desee hacer helado, agregarlo a otra cosa o trabajar para probar la receta y los aditivos perfectos, las oportunidades son casi infinitas. Asegúrese de llevar un libro de registro y recuerde no comer su helado si alguno de los productos químicos entra en su experimento.