المفاهيم الأساسية

الكيمياء

علم الغذاء

التجميد

المحلول

مقدمة

هل تستمتع بالمشروبات المثلجة؟

مشروب السلاش أقرب ما يكون إلى الثلج السائل، فهو أبرد من الماء، لكن إمكانية تناوله كمشروب أعلى من الثلج!

باستخدام بعض الأدوات المنزلية الشائعة، وبقليل من الصبر وبالاستعانة بالعلم، بإمكانك تحضير هذا المشروب اللذيذ حلو المذاق في المنزل.

جرِّب هذا النشاط، وستُكَافأ بهدية لذيذة.

معلومات أساسية

السلاش مشروب كثيف ومثلّج يشبه في سُمكه الجليد الذائب، يمكن تحضيره بطريقتين: إضافة نكهة إلى ثلج مجروش ناعم، أو تغيير عملية تجميد مياه منكَّهة بحيث تتشكّل بلورات ثلج سائبة، بمقدورك الوصول إلى هذه النتيجة برَجِّ السائل مع الحفاظ على درجة حرارته عند نقطة التجمد.

نقطة تجمّد المادة هي درجة الحرارة التي تتحول عندها المادة من الحالة السائلة إلى الحالة الصلبة، نقطة تجمّد الماء النقي H2O هي صفر درجة مئوية أو 32 درجة فهرنهايت، عند درجة الحرارة تلك، تبدأ جزيئات الماء في الالتصاق ببعضها وتشكيل شبيكة أو تركيب بللوري قاسٍ.

إذابة ملح في الماء النقي تُخفِّض نقطة تجمده، والسبب أن جزيئات الملح تعترض جزيئات الماء وتصعِّب عليها الالتصاق ببعضها، يُطلق على هذه الظاهرة "انخفاض نقطة التجمد"، الملح ليس المادة الوحيدة التي تُخَفِّض نقطة تجمُّد الماء غير أنه أحد المواد شديدة الفاعلية والمتاحة على نحو شائع، إذابة جزيئات أخرى مثل السكر ستُحدِث تأثيرًا مماثلًا لكن أقل درجة، وبوجه عام، كلَّما زادت الجزيئات الطافية في حجم ثابت من الماء، انخفضت نقطة تجمده.

هل لديك فضول لمعرفة كيف يمكن لانخفاض نقطة التجمد أن يساعدنا على تحضير مشروب السلاش في المنزل؟ قم بهذا النشاط لتكتشف ذلك!

المواد المستخدمة

  • ماء
  • ملح طعام
  • أكواب معايرة
  • ملعقة شاي
  • وعاء خلط صغير
  • أربعة أكياس حفظ شطائر تُغلَق بسحَّاب (سوستة)
  • مُجَمِّد
  • قفازات أو منشفة
  • زجاجتان لخلط العصير، أو إناء طعام سعة 32 أوقية بغطاء، يفضل أن تكونا شبه شفافتين أو شفافتين
  • عصير فاكهة، على سبيل المثال برتقال أو تفاح أو عنب (لا تستخدم نوعًا خاليًا من السكر)
  • لون طعام (اختياري)
  • ميزان حرارة يستطيع قياس حتى (-12) درجة مئوية أو (10) درجات فهرنهايت (اختياري)
  • مياه غازية أو مشروب بنكهة الفواكه (اختياري)

التحضير

  • اسكب نصف كوب من الماء في وعاء، أضف ملعقة شاي من الملح وقلِّبه إلى أن يذوب، إذا كان لديك لون طعام، يمكنك إضافة قطرة أو قطرتين، سيُضفي ذلك على ثلجك المميز لونًا رائعًا، وسيسهل عليك اكتشاف حدوث تسرب للمحلول الملحي إلى شراب السلاش الخاص بك.
  • اسكب المحتويات في كيس مغلق بسحَّاب، أغلق الكيس وضعه جانبًا.
  • كرِّر الخطوتين السابقتين ثلاث مرات أخرى، إلى أن تحصل على أربعة أكياس مُقفَلة من المحلول الملحي.
  • خَزِّن الأكياس لمدة خمس ساعات على الأقل، أو على مدار الليل في الُمجَمِّد، تأكَّد من عدم تلامس الأكياس حتى لا تلتصق ببعضها عندما تتجمد.
  • خَزِّن على الأقل كوبًا من العصير وكوبًا من الماء في الثلاجة.

الخطوات

  • بعد مرور خمس ساعات، تفقّد أكياس محلول الماء الملحي الأربعة التي في المـُجَمِّد لتعرف ما إذا كانت قد تجمّدت أم لا، وفي حال لم يحدث، انتظر ساعات قليلة قبل المضي قدمًا في التجربة.
  • خذ أكياس المحلول الملحي المجمّدة من المـُجَمِّد باستخدام قفازات أو منشفة لحماية يديك، مع كل كيس افتح السحَّاب وادفع الهواء إلى خارجه، ثم أغلق السحَّاب مرة أخرى.
  • تحسّس الكيس الذي به الثلج للحظة بأصابعك، إذا كان لديك ميزان للحرارة، قس درجة برودة الثلج. مكعبات الثلج العادية تكون درجة حرارتها صفر درجة مئوية (32 درجة فهرنهايت). هل هذه المكعبات أبرد من مكعبات الثلج العادية؟ هل أكَّد ميزان الحرارة ما شعرت به؟ لماذا قد تحتاج إلى هذا الثلج المميز لتحضير مشروب السلاش؟
  • خذ العصير والماء من الثلاجة، اسكب كوبًا واحدًا من العصير في زجاجة رجّ العصير أو إناء الطعام، اغسل كوب المعايرة واسكب كوبًا واحدًا من الماء في زجاجة رج العصير الأخرى أو إناء الطعام الآخر.
  • ضع كيسين من محلول الماء المالح المحكم إغلاقها بالسحَّاب في كل إناء قبل غلق الغطاء.
  • رج إناءً واحدًا بضع مرات، انظر من خلال جوانب الإناء، كرِّر الأمر مع الإناء الآخر. كيف تنساب السوائل على جوانب الإناء؟
  • ضع الإناءين جانبًا وابدأ العد ببطء حتى 20، ثم كرّر الخطوة السابقة، افعل ذلك لعدة دقائق. هل تتغيّر طريقة انسياب السوائل على جوانب الإناءين؟ لماذا يحدث ذلك؟ هل يحدث ذلك  في كلا الإناءين في ذات الوقت؟
  • افتح الإناء بعد ثلاث دقائق تقريبًا. هل ترى بوادر لتشكل مشروب السلاش؟ هل ترى كمية متماثلة في كلا الإناءين؟
  • أغلق الإناءين واستمر في الرج على نحو متقطّع.
  • بمجرد أن ترى سائلًا سميكًا ينساب على جوانب أحد الإناءين، افتح غطاءه مرة أخرى وانظر بداخله. هل حصلت على مشروب السلاش؟ كيف تغيَّر الثلج المميز في الأكياس؟ وما السبب وراء تغيّره؟
  • في حال كان كيس الثلج المميز لا يزال يحتوي على قطع من الثلج، يمكنك أن تغلق الإناء وتستمر في رجِّه على نحو متقطّع، للحصول على مشروب السلاش أكثر كثافة. ومع ذلك لماذا قد لا يُنصح بالاستمرار إذا حدث وذاب الثلج المميز؟
  • في حال كان الثلج المميز قد ذاب، أخرج أكياس الماء المالح وضعها جانبًا، في حال كان الماء المالح قد تسرَّب إلى مشروب السلاش، فتخلّص من المشروب، وجمّد أكياس الماء المالح المغلقة بالسحَّاب بعد غسلها وحاول مرة أخرى.
  • يوجد احتمال ألا يتحول العصير أبدًا إلى مشروب السلاش، في حال لم يتجمد مشروبك، أعد تجميد أكياس الماء المالح المغلقة بالسحَّاب بعد غسلها من الخارج وإذابة نصف ملعقة شاي إضافية من الملح في كل كيس. لماذا لم يتحول عصيرك إلى مشروب السلاش برأيك؟ هل تعتقد أنك قادر على فعل ذلك بإضافة مزيد من الملح داخل الأكياس؟ ما تفسيرك حال إجابتك بالإثبات أو النفي؟
  • اسكب محتوى السلاش في كوب من الزجاج، في حال كان لديك شراب مخفف أو مياه غازية، اسكب بعضه على مشروب السلاش المصنوع من الماء فقط، واخلط المزيج جيدًا ثم تناوله، اشرب عصير السلاش كما هو. هل يوجد مشروب سلاش أفضل من الآخر؟
  • نشاط إضافي: استكشف ما إذا كان من الأسهل مزج الشراب في الماء أولًا وتحضير السلاش من المزيج، أم مزج الشراب بعد تحضير السلاش من الماء وحده. لماذا سيكون الوضع على هذا النحو؟ بأي الطريقتين سيكون الطَعم أفضل؟
  • نشاط إضافي: جرِّب عصائر أخرى. أي العصائر أسهل في تحويلها إلى مشروب السلاش؟
  • نشاط إضافي: هل يمكنك إيجاد طرق لتحضير كمية أكبر من مشروب السلاش؟
  • نشاط إضافي: اكتشف ماذا سيحدث إذا أضفتَ المزيد من الملح في الماء لتحضير الثلج المميز. ما أبرد ثلج مميز تستطيع تحضيره؟
  • نشاط إضافي: اختبر وشاهد ماذا سيحدث إذا لم ترّج الإناءين في أثناء تحضير مشروب السلاش.

المشاهدات والنتائج

هل كان الماء أسرع في تحوله إلى السلاش من العصير؟ يتجمَّد العصير عند درجة حرارة أقل مقارنة بالماء، لذا يحتاج إلى أن يبرُد لفترة أطول مقارنة بالماء، قبل أن تظهر بلورات الثلج.

يتجمَّد الماء النقي عند درجة حرارة صفر مئوية (32 درجة فهرنهايت)، إضافة جزيئات إلى الماء تجعله يتجمّد عند درجات حرارة أقل، ولهذا السبب، كان الماء المالح الذي أعددته في هذا النشاط باردًا جدًا عندما أخرجته من المُجمِّد، وفي أثناء تحضير السلاش، امتص الماء المالح الحرارة من السوائل التي في الإناءين. تسببت هذه العملية في إذابة ثلج الماء المالح خلال تبريده للسوائل.

يتألَّف عصير الفاكهة من سكّريات الفاكهة المذابة في الماء إلى جانب بعض الجزيئات الأخرى مثل الفيتامينات والأملاح، ونظرًا إلى أن عصير الفاكهة يحتوي على ماء نقي مذاب به جزيئات، فإنه يتجمد عند درجات حرارة أقل مقارنة بالماء النقي.

في أغلب الأحيان، لا تكون نقطة تجمّد عصير الفاكهة منخفضة مثل نقطة تجمد الماء المالح الذي أعددتَه، لذا فإن الماء المالح المجمّد ظل بوسعه تجميد العصير، على الرغم من أنه استغرق في ذلك وقتًا أطول مما يستغرقه في تجميد الماء.

تنظيف مكان التجربة

إذا كنتَ ترغب في تحضير المزيد من مشروب السلاش فيما بعد، يمكنك إعادة استخدام الأكياس المغلقة بسحَّاب المحتوية على المحلول الملحي بعد غسلها وإعادة تجميدها، وللتخلص منها، يمكنك سكب محتواها في الحوض.