مقدمه:

آیا تا به حال بستنی خانگی درست کرده‌اید؟ درست کردن آن فعالیتی بسیار سرگرم‌کننده است و در انتهای انجام آن نیز بستنی خانگی خوشمزه‌ای خواهید داشت. اتفاقات شیمیایی بسیار جالبی در حین درست کردن بستنی رخ می‌دهد. به طور مثال به این فکر کنید که مواد اولیه‌ی ساخت بستنی را از دمای پایین یخچال برمی‌دارید (یا حتی دمای اتاق) و سپس لازم است آنها را بسیار سرد کنید تا بستنی درست شود. مواد اولیه‌ای که استفاده کرده‌اید در این فرآیند چگونه تغییر می‌کنند؟ چرا اهمیت دارد که این مواد تا دمای خاصی سرد شوند؟ در این فعالیت علمی شما بستنی خانگی خواهید داشت و در مورد بهترین روش برای سرد کردن مواد اولیه خواهید آموخت.

پیش‌زمینه:
برای درست کردن بستنی لازم است مواد اولیه‌ی آن که معمولاً شامل شیر، شکر و عصاره‌ی وانیل هستند سرد شوند. یک راه برای انجام این کار استفاده از نمک است. اگر در منطقه‌ای با آب و هوای سرد زندگی می‌کنید، احتمالاً کامیون‌هایی را دیده‌اید که نمک و شن و ماسه را در فصل زمستان برای جلوگیری از یخ زدگی در خیابان‌ها می‌ریزند. این کار چه دلیلی دارد؟ نمک سبب کاهش دمای انجماد آب می‌شود. بدین ترتیب یخ همراه با نمک حتی زمانی که دما زیر دمای انجماد معمول آب است ذوب می‌شود.

دمایی که نمک آن را کاهش می‌دهد دمای انجماد نام دارد. زمانی که نقطه‌ی انجماد دچار کاهش می‌شود، مثلاً با اضافه کردن نمک به آب، فرآیند کاهش نقطه‌ی انجماد رخ می‌دهد. همانطور که در این فعالیت علمی خواهیم دید، کاهش نقطه‌ی انجماد تنها مختص محلول‌های ساخته شده از آب و نمک نیست و در مورد محلول‌های دیگر نیز رخ می‌دهد. (محلول زمانی تشکیل می‌شود که ماده‌ای مانند نمک در ماده‌ای دیگر حل شود. ماده‌ای که حل شونده در آن حل می‌شود حلال نام دارد و معمولاً مایع است، مانند آب.)

مواد و وسایل مورد نیاز:

قاشق برای اندازه‌گیری
فنجان برای اندازه‌گیری
شکر
شیر
عصاره‌ی وانیل
نمک
دو عدد کیسه‌ی زیپ‌کیپ (زیپ‌دار) کوچک
دو عدد کیسه‌ی زیپ‌کیپ بزرگ
هشت فنجان یخ مکعبی
دستکش آشپزخانه یا دستگیره
ساعت یا زمان‌سنج

آماده‌سازی:
در هر کیسه‌ی زیپ‌دار کوچک یک قاشق غذاخوری شکر، نصف فنجان شیر و یک چهارم قاشق چای‌خوری عصاره‌ی وانیل بریزید. پس از اضافه کردن این مواد اولیه هر دو کیسه را ببندید. آنها را تا زمانی که برای ادامه‌ی فعالیت نیاز داشته باشید در یخچال بگذارید.

روش کار:
چهار فنجان یخ داخل یکی از کیسه‌های زیپ‌دار بزرگ بریزید. سپس نصف فنجان نمک به آن اضافه کنید. به نظر شما نمک چه نقشی در این فعالیت دارد؟

یکی از دو کیسه‌ی کوچکی که آماده کردید را داخل این کیسه‌ی زیپ‌دار بزرگ قرار دهید. در هر دو کیسه باید به خوبی بسته باشد.

دستکش‌های آشپزخانه را بپوشید یا با دستگیره کیسه‌ی بزرگ را بردارید و به مدت پنج دقیقه تکان دهید. به طور مداوم در طول تکان دادن آن، کیسه‌ی کوچک را لمس کنید و نگاهی به آن بیندازید. با گذشت زمان چه تغییراتی در محتویات داخل کیسه‌ی کوچک مشاهده می‌کنید؟ پس از پنج دقیقه مواد اولیه‌ای که داخل کیسه‌ی کوچک ریخته‌اید به چه شکل درمی‌آیند؟ تکه‌های یخ چطور، در طول تکان دادن و پس از پنج دقیقه چه تغییری می‌کنند؟

حال چهار فنجان یخ داخل کیسه‌ی بزرگ دوم بریزید اما این بار هیچ نمکی به آن اضافه نکنید. به نظرتان حال که داخل کیسه نمک وجود ندارد چه اتفاقی می‌افتد؟

کیسه‌ی کوچک دوم که آماده کرده‌اید را از یخچال دربیاورید و داخل کیسه‌ی بزرگ حاوی یخ بگذارید. دقت کنید که در هر دو کیسه خوب بسته شده باشد.

حال مانند قبل با دستکش آشپزخانه یا دستگیره، کیسه‌ی بزرگ را بردارید و به مدت پنج دقیقه خوب تکان دهید. این بار نیز در طول تکان دادن وضعیت محتویات کیسه‌ی کوچک را بررسی کنید. با گذشت زمان چه اتفاقی برای محتویات داخل کیسه‌ها می‌افتد؟ پس از پنج دقیقه محتویات کیسه به چه شکل درمی‌آیند؟ تکه‌های یخ چطور؟

می‌توانید میزان سرد بودن دو کیسه‌ی بزرگ حاوی یخ را با هم مقایسه کنید. کدام سردتر است؟

اگر پس از انجام این مراحل بستنی‌تان درست شد، می‌توانید آن را میل کنید. اما اگر مواد اولیه‌ی داخل یکی از کیسه‌ها تبدیل به بستنی نشده است، قسمت آزمایش‌های تکمیلی را مطالعه کنید تا بتوانید مشکل را حل کنید.

آزمایش‌های تکمیلی:

اگر محتویات یکی از کیسه‌ها تبدیل به بستنی نشده است، آن را داخل کیسه‌ی بزرگی که حاوی یخ و نمک است قرار دهید و به مدت پنج دقیقه آن را تکان دهید. آیا محتویات داخل کیسه به بستنی تبدیل می‌شود؟ این نتایج چه چیزی را نشان می‌دهد؟
می‌توانید در این فعالیت علمی از نمک‌های مختلف برای درست کردن بستنی استفاده کنید؛ اما نتایج به دست آمده از نمک‌های مختلف متفاوت است. این تفاوت از کجا ناشی می‌شود؟

مشاهده و نتیجه‌گیری:
آیا مواد اولیه‌ای که در کیسه‌ی بزرگ حاوی یخ و نمک تکان داده شدند تشکیل بستنی دادند و مواد داخل کیسه‌ی حاوی یخ (بدون نمک) به صورت مایع باقی ماندند و سفت نشدند؟
در این فعالیت علمی باید مشاهده کرده باشید که قطعات یخ همراه با نمک بیشتر ذوب می‌شوند و بسیار سردتر از کیسه‌ی حاوی یخ هستند. به دلیل سرد بودن کافی کیسه‌ی حاوی یخ و نمک (چندین درجه زیر صفر)، مواد اولیه‌ی داخل این کیسه‌ به خوبی سرد می‌شوند و تبدیل به بستنی می‌شوند. در حالی که کیسه‌ی حاوی یخ به حد کافی کاهش دما ندارد و محتویات داخل آن در حالت مایع باقی می‌مانند و به بستنی تبدیل نمی‌شوند. (اگر این مواد اولیه‌ی مایع را به کیسه‌ی حاوی یخ و نمک منتقل کنید و به مدت پنج دقیقه آن را تکان دهید، محتویات داخل آن به خوبی سرد و به بستنی تبدیل می‌شوند.)

اگر تا به حال با دستگاه‌های دستی قدیمی بستنی ساخته باشید، می‌دانید که در آن مخلوطی از یخ و سنگ نمک در اطراف محفظه‌ی حاوی مواد اولیه‌ی بستنی قرار داده می‌شود. ترکیب یخ و نمک به دمای کمتری نسبت به یخ خالی می‌رسد و می‌تواند محتویات داخل محفظه را منجمد کند. (و همچنین محتویات داخل کیسه‌های کوچک زیپ‌داری که در این فعالیت به کار بردید.) همین فرآیند زمانی رخ می‌دهد که نمک روی یخ جاده‌ها پاشیده می‌شود تا یخ زودتر ذوب شود و لغزندگی خیابان‌ها در دماهای پایین کمتر شود. اگرچه آب خالص در دمای صفر درجه سانتیگراد (۳۲ درجه فارنهایت) یخ می‌زند، آب مخلوط با نمک در دماهایی پایین‌تر از صفر منجمد می‌شود.

تمیز کردن:
می‌توانید بستنی‌هایی که درست کردید را پس از اتمام این فعالیت علمی بخورید یا آنها را در فریزر بگذارید.

منبع:

Making IceCream in a  Bag

منابع مفيد:

Boiling-Point Elevation and Freezing-Point Depression

How to make Ice Cream in Bag

تغييرات فاز در حالت‌هاي ماده

انجماد

خواص کوليگاتيو

شيمي محلول‌ها

بستني

Ice Cream