איך להכין בבית גלידה מ-4 רכיבים בלבד ותוך 10 דקות בלבד - בעזרת קילו מלח

בניסוי הנוכחי נלמד איך להכין גלידה - מה הסוד של גלידה רכה ולא קירחית, ואיך מלח עוזר לנו להקפיא את הגלידה תוך 10 דקות.

חומרים וציוד

  • שמנת מתוקה
  • חלב
  • סוכר
  • תמצית וניל
  • מלח
  • כף וכפית
  • קרח (עדיף כתוש, אפשר לשבור עם פטיש שניצלים)
  • שקית (עדיף מסוג זיפ-לוק, שניתן לסגור בהרמטיות)
  • קופסת פלסטיק גדולה

מהלך הניסוי

את מהלך הניסוי אפשר לראות בסרטון:

ברצוני להודות לד"ר דפנה מנדלר שהביאה לידיעתי את הניסוי

הגודל קובע

גלידה היא מאכל קפוא, שמכיל בעיקר מים: מהחלב, מהשמנת או ממיצי הפירות מהן היא עשויה. כאשר מים קופאים הם הופכים לקרח. אז מה ההבדל בין גלידה לבין, נגיד, שלגון קרח, או קוביית קרח. הרי קוביית קרח היא קשה, כמין מוצק אחיד ושביר – שממש לא דומה לגלידה. אם ננסה להקפיא במקפיא הבייתי את תערובת הגלידה שהכנו בניסוי  – ה'גלידה' שתתקבל תהייה דומה לקוביית קרח: קשה ומוצקה ושבירה – ובכלל לא דומה לגלידה. הסיבה לכך היא הגודל – הגודל של גבישי הקרח שנוצרים. בקוביית קרח נוצר לנו גביש קרח, בודד, גדול מאוד (בגודל כל קוביית הקרח) ואחיד. בגלידה אנו מעוניינים ליצור הרבה גבישי קרח קטנים, או ממש קטנטנים – שיהיו ממש בלתי מורגשים בפה ובלשון ויעזרו להקנות לגלידה מרקם רך וחלק. אפשר אולי לדמות את זה לאבן גיר גדולה וקשה – שדומה לקרח, לעומת אבקת גיר רכה – שדומה לגבישי הקרח בתוך הגלידה. כלומר בגלידה הגודל כן קובע – ככל שיותר קטן יותר טוב.

ואיך משיגים גבישים קטנים – מקפיאים מהר ומפריעים לתהליך כל הזמן. גיבוש גבישים גדולים הוא תהליך שדורש זמן ומנוחה כדי שהגביש יבנה ויגדל. ולכן אם רוצים גבישים קטנים יש לעשות את ההפך – להקפיא מהר, בעזרת טמפרטורה נמוכה מאוד, ולהזיז את התערובת כל הזמן – מה שמפריע לגבישים גדולים להיווצר. כך בדיוק עובדות 'מכונות גלידה' שמערבבות את תמיסת הגלידה כל הזמן תוך כדי הקפאה, וכך אנו עושים גם בניסוי. התזוזות הבלתי פוסקות גם 'שוחקות' את גבישי הקרח אלו כנגד אלו מה שעוזר להקטין אותם עוד יותר, וגם עוזרות להכניס אוויר לתוך הגלידה. האווריריות גם משפרת את מרקם הגלידה.

מתחת לאפס

אנו הקפאנו את הגלידה שלנו בעזרת קרח כתוש. הקרח הכתוש מפשיר במהרה – ונוצר לנו בעצם תערובת של מי-קרח, לתערובת כזאת ישנה טמפרטורה של 0 מעלות צלזיוס (למעשה, ככה בדיוק הגדיר המדען צלזיוס את הערך 0 במדחום שבנה – טמפרטורה של מי-קרח). 0 מעלות זה למעשה טמפרטורת המעבר של מים בין נוזל למוצק וההפך. כלומר, בניגוד לתפיסה המקובלת 0 מעלות איננה טמפרטורת הקפיאה של המים בלבד, אלא באותה מידה טמפרטורת ההפשרה של הקרח. אם לדייק – זאת הטמפרטורה שבה קצב הקפיאה שווה לקצב ההפשרה – טמפרטורה שבה נמצאים מים עם קרח בשיווי משקל.

כאשר מבינים זאת – מבינים כי 0 מעלות זה לא טמפרטורה קרה מספיק כדי להקפיא לנו את תערובת הגלידה, בטח לא במהירות – ולכן צריך לרדת בטמפרטורה אל מתחת לאפס. כאן בא לעזרתנו המלח.

המלח משנה נקודת קיפאון ומקרר

כאשר מוסיפים מלח למים (או כל מומס אחר, לכל ממס אחר) – הוא משנה את טמפרטורת הרתיחה והקפיאה שלהם: הוא מעלה את טמפ' הרתיחה (ולכן מי-מלח ירתחו בטמפ' גבוהה מ-100 בהם רותחים מים נקיים) ומוריד את נקודת הקיפאון – ולכן מי-מלח יקפאו בטמפ' נמוכה מ-0 מעלות. אפשר לחשוב על זה כאילו המלח המומס מפריע לתהליכים הללו להתרחש, ולכן דרוש הקצנה בטמפרטורה על מנת שיתרחשו. ככל שריכוז המלח גבוה יותר – כך ההקצנה בטמפרטורה הדרושה לקיפאון (ולרתיחה) גדולה יותר. תמיסה רוויה של מי מלח (כלומר כאשר ממיסים עוד ועוד מלח במים עד שכבר לא נמס יותר) יקפאו בטמפרטורה של סביבות מינוס 20 מעלות!

כאשר הרבה מלח בא במגע עם קרח – הוא מתחיל להתמוסס בו, וכאמור, מוריד את טמפרטורת הקיפאון שלו. כתוצאה מכך הוא גורם לקרח להפשיר – כי, כאמור כל עוד הטמפרטורה מעל מינוס 20 מעלות (וזה המצב), הקרח לא יכול להישמר במצב מוצק כאשר הרבה מלח מומס בו. דרך אגב – זו הסיבה שבערים רבות בחורף, משתמשים בפיזור מלח על הכבישים והמדרכות להפשרת קרח / שלג שהצטבר עליהם.

'כפיית' תהליך ההפשרה הזו של המלח על הקרח – גורמת גם לקירור. במבט ראשון זה נראה מוזר: לוקחים קרח בטמפ' של, נאמר (3-) מעלות / מי-קרח בטמפרטורה של 0 מעלות, מערבבים אותו עם מלח בטמפ' של 25 מעלות, ומקבלים תמיסת מי-קרח בטמפרטורה קרה משניהם, בסרטון הגענו ל-(13.7-) מעלות ואפשר להגיע אפילו עד (20-) מעלות. איך זה קורה?

זה בגלל שתהליך ההפשרה של קרח דורש אנרגיה, דורש חימום, הרי קרח צריך חום כדי להפשיר. כלומר, אם היינו רוצים לכתוב את התהליך בסגנון משוואה כימית, התהליך אינו רק:

קרח -----> מים נוזלים

אלא:

קרח + חום ----> מים נוזלים

והחום נילקח מהסביבה – ולקיחת חום זה למעשה קירור, ולכן כל הסביבה מתקררת כאשר הקרח מפשיר. אם חושבים על זה, זהו תהליך דומה לתהליך בו זיעה מקררת את הגוף – רק ששם מים נוזלים, הופכים לאדי מים – תוך לקיחת חום מהגוף / קירור הגוף.

וכך, המלח משמש בעצם תפקיד כפול – הוא גם מאפשר סביבה מימית בטמפרטורה נמוכה מ-0 מעלות, וגם משמש ליצירת תהליך המוביל לקירור.

כמו המלח כך הסוכר

בתוך תערובת הגלידה, יש גם מעט סוכר וגם שומן – מהחלב ומהשמנת שהוספנו. כשהתערובת מתקררת, קודם קופאים גבישי קרח שהם בעיקרם מים שנפרדו מהתערובת, ומסביבם נותרים מים עשירים בסוכר שהולך ומתרכז בהם ככל שהמים הולכים וקופאים. בסופו של דבר חלקיקי הקרח שרויים בתוך נוזל עשיר בסוכר, דמוי סירופשאינו קופא - בדיוק כמו שמי-המלח המרוכזים לא קופאים. הנוזל הסמיך הזה מחזיק בתוכו חלקיקי קרח, בועות אוויר קטנות (שנוספו בהקצפה) וטיפות שומן. לכן גלידה איננה מוצק בדיוק, אלא תערובת שיש בה שלושה מצבי צבירה – קרח מוצק, מי סוכר נוזליים, שומן רך מהשמנת (רך כמו חמאה), ואוויר במצב גז. וכך נוצר מרקמה הרך והאוורירי.

4 תגובות

  • תאיר רבקה שרפ

    מגניב ממש יש עוד טעמים?

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

    בטח

    טעמים כיד הדמיון הטובה עליך - העיקר בגלידה שתקפיאי תוך כדי ערבוב. כך שאם את רוצה גלידה בטעם שוקולד - פשוט תוסיפי אבקת שוקו לתמיסה - וככה עם כל טעם אחר.

    בברכה
    ד"ר אבי סאייג
    מכון דוידסון לחינוך מדעי
    מכון ויצמן למדע

  • נורית בר שלום

    השתתפות

    שלום קוראים לי נורית בר שלום הייתי רוצה להשתתף בתוכנית של מדע בבית ( אני אוהבת לעשות ניסויים)

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

    מייל

    היי נורית
    שמחתי לקרוא. שלחי לי מייל אל avraham.saig@weizmann.ac.il ואוסיף אותך לרשימת המעוניינים. בגלל שיש הרבה מבקשים - לצערי אני לא יכול להיענות לכל הבקשות...

    אבי