아이스크림의 과학

아이스 큐브가 고체적 인 반면 이탈리아 젤라토의 특종은 거의 액체와 같은 이유는 무엇입니까? '간단한'아이스 캔디조차도 순수한 물 아이스 큐브만큼 어렵지 않습니다. 대신 당신은 아주 쉽게 물릴 수 있습니다. 그다지 흥미롭지 않습니까?

우리는 이미 꽤 많은 아이스크림을 만들었습니다. 커스터드, 두 개의 재료가있는 매우 간단한 아이스크림 또는 이탈리아 스타일의 Semifreddo가 포함 된 매우 복잡한 아이스크림을 만들었습니다. 모든 경우에 우리는 아이스크림이 바위 단단하지 않다는 사실을 당연한 것으로 여겼습니다. 그 중 일부는 공기 도입 때문입니다. 아이스크림은 휘핑 크림을 통합하거나 아이스크림 기계의 지속적인 교반 덕분에 통풍이 잘되는 것입니다. 그러나 공기를 소개하는 것만으로도 속임수가 아닙니다. 얼어 붙은 순수 휘핑 크림은 여전히 꽤 견고한 얼음 구조를 제공합니다.

설탕 (또는 알코올)과 동결 지점 우울증이라는 현상의 중요성이 온다!

동결 지점 우울증이란 무엇입니까?

동결 지점 우울증에 따르면 두 성분의 혼합점의 동결 지점은 개별 구성 요소의 동결 지점보다 낮습니다. 그것은 용매 (예 :물)와 용매와 혼합 될 용질이 포함됩니다.

일상 생활 에서이 현상의 매우 일반적인 예는 물 속의 도로를 소금에 절인 것입니다. 순수한 물은 0 ° C에서 동결됩니다. 그러나, 소금에 혼합 함으로써이 물과 소금의 혼합물의 동결 지점은 0 이하로 떨어질 것이다. 그렇기 때문에 소금은 도로를 얼음에서 자유롭게 유지하는 데 사용됩니다. 0 미만의 온도에서도 도로에 얼음이 없을 것입니다.

그렇다면 왜 용매의 동결 지점이 다른 것을 녹여서 변하는가? 글쎄, 만약 당신이 순수한 물 (또는 다른 용매) 만 있다면이 물 분자는 스스로를 멋지고 단단하게 구성 할 수 있습니다. 온도가 낮아지고 물이 동결되면 그들 사이에 멋진 결정을 형성 할 수 있습니다 (위상 전이에 대해 자세히 알아보십시오). 그러나, 용질 (예 :소금 또는 설탕)에 혼합 함으로써이 멋지게 정렬 된 구조는 방해받습니다. 대신, 그들은이 결정을 낮은 온도에서만 형성 할 수 있습니다. 이것은 동결 지점 우울증으로 인해 발생하는 일입니다.

아이스크림의 동결 지점 우울증

아이스크림에서 아이스크림에있는 물의 얼어 붙은 점이 수정됩니다. 물은 대부분의 아이스크림의 주요 구성 요소입니다. 동결 지점은 대부분 설탕 첨가를 통해 낮아집니다. 설탕은 물에 용해되며이 방법은 결정 형성을 방해합니다.

아이스크림의 지방이 동결 지점에 영향을 줄 것으로 기대할 수도 있습니다. 그러나 그것은 그렇지 않습니다. 물과 기름은 아이스크림에있는 약간의 기름이 부유 한 작은 거품을 섞지 않지만 설탕과 같은 방식으로 방해받지 않습니다.

알코올과 아이스크림

다양한 레시피에서 알코올은 아이스크림을 만드는 데 사용됩니다. 맛과 알코올 외에도 아이스크림에 기여합니다. 물의 동결 지점을 낮추는 데 사용됩니다! 이론적으로 설탕과 알코올만으로 아이스크림을 만들 수 있습니다.

동결 지점 우울증 계산

아이스크림에서 물의 동결 지점의 변화를 아주 쉽게 계산할 수 있습니다. 동결 지점 우울증은 소위 공동 재산입니다. 이는 온도 감소, 따라서 동결 지점의 양이 추가 된 성분 유형 인 용질에 의존하지 않음을 의미합니다. 대신, 첨가 된 입자의 수와 추가 된 용매의 원래 특성에만 의존합니다.

다시 말해, 우리가 10.000 설탕 분자를 첨가한다면, 이것은 10.000 염 입자와 동결 지점에 동일한 영향을 미칩니다. 용질의 양이 매우 높아질 때만 용질 유형이 중요해집니다.

이 간단한 관계로 인해 동결 지점 우울증은 간단한 공식으로 계산 될 수 있습니다.

Δt f =- k _f · m · i

여기서 :

Δt _f =° C
k _f =cryoscopic 상수,이 값은보고있는 용매에 따라 다릅니다. 물에 대해 1,853 ° C · kg/mol
m =용질의 몰이, 즉 mol/kg
i =van‘t hoff 상수는 입자가 용매에 추가 된 후 입자가 2 또는 3 부분으로 분할되면이를 고려해야 할 경우 소금에서 가장 일반적입니다. 설탕 등이 부러지지 않는 것의 경우,이 상수는 하나입니다. 염화나트륨 (염)의 경우 두 개입니다.

아이스크림의 동결 지점의 변화 계산

바닐라 아이스크림

기본 바닐라 아이스크림의 동결 점 변화를 살펴 보겠습니다. 이 아이스크림에는 약 600g (거친 가정 :300 + 0.65 * 300 + 4 * 25)의 물과 75g의 설탕이 들어 있습니다.

설탕이 물에 녹지 않으면 위의 공식에서 I는 1이므로 물의 비밀 상수 상수 (1,853 ° C · kg/mol)의 값도 알고 있습니다.
그런 다음 우리는 설탕 결정이 얼마나 많은지 알아야합니다. 문헌에서 우리는 1 몰의 당 분자의 무게가 342,3g이라는 것을 발견했습니다. 따라서 설탕 75g은 75 / 342,3 =0,22 mol입니다. 우리는 600g의 물을 가지고 있기 때문에 설탕의 몰은 0,22/0,60 =0,37 mol/kg입니다.

이제 그것은 공식을 채우는 문제입니다 :

Δt f =- k _f · m · i =-1,853 · 0,37 · 1 =-0,68 ° C

동결 지점은 1도 미만 떨어졌습니다. 이것은 실제로는 실제로 작지 않기 때문에이 아이스크림은 설탕을 더 첨가하여 훨씬 부드럽게 만들 수 있습니다.

소프트 2- 중재 아이스크림

이 계산을 연습하기 위해 또 다른 예를 들어, 이제 매우 간단한 2- 활주 아이스크림을 살펴 보겠습니다. 이 아이스크림은 245g의 물 (0,7 * 230 + 0,55 * 150)과 70g 설탕 (0,45 * 150)이 포함되어 있습니다.

이전 계산에서와 동일한 숫자를 많이 사용할 수 있지만이 새로운 아이스크림 레시피에 대한 설탕의 몰을 계산해야합니다. 동일한 방법을 사용하여 우리는 다음과 같습니다. 70 / 342,3 =0,20 mol 및 0,02 / 0,245 =0,83 mol / kg,

공식을 다시 작성합시다 :

Δt f =-k _f · m · i =-1,853 · 0,83 · 1 =-1,55 ° C

위상 다이어그램

이러한 동결 지점의 변화만으로는 아직 완전한 아이스크림 이야기를 말하지 않고 시작일뿐입니다. 대신,이 새로운 온도를 얻으면 위상 다이어그램을 살펴 봐야합니다. 위상 다이어그램에서는 각 온도마다 얼음과 액체가 얼마나 많은지 알 수 있습니다. 이것은이 게시물에 대해 너무 깊이이지만 운 좋게도 위상 다이어그램 주제에 대한 별도의 게시물이 있습니다.

얼어 붙은 과일에 대한 메모

얼어 붙은 과일이 종종 견고하지 않다는 것을 본 적이 있습니까? 과일 질감의 영향 외에도 이것은 동결 지점 우울증 때문입니다. 과일에는 모든 물이 얼지 않도록하는 설탕이 많이 들어 있습니다!

더 많은 설명을위한 비디오

Khan Academy 의이 위대한 비디오에서보다 근본적인 설명을 찾을 수 있습니다.

자원

동결 지점 우울증 뒤에있는 열역학에 대한 자세한 설명은 :UC Davis &Bristol University의 웹 사이트에서 찾을 수 있습니다.