Resumen

En la práctica No. 3 se realizó la preparación de un helado por

medio de hielo y sal utilizados como congelante de la materia prima,

se llegó a que al mezclarse la sal con el hielo ocurre lo que se llama

calor de disolución, en la cual se trabajó a una presión atmosférica de

0.84atm. y a una temperatura ambiental de 24°C.

Objetivos

General:

Describir la causa por la cual el hielo y la sal actúan como

congelantes.

Específicos:

Analizar el efecto de no usar sal en la preparación del

helado.

Determinar las reacciones fisicoquímicas básicas que se

producen en la elaboración del helado.

Describir que es una mezcla frigorífica

Presentar descubrimientos y observaciones en forma lógica y

clara.

Marco Teórico

Estados de la materia

En química se observa que, para cualquier sustancia o elemento

material, modificando sus condiciones de temperatura o presión,

pueden obtenerse distintos estados o fases, denominados estados de

agregación de la materia, en relación con las fuerzas de unión de las

partículas (moléculas, átomos o iones) que la constituyen.

Todos los estados de agregación poseen propiedades y

características diferentes, los más conocidos y observables

cotidianamente son cuatro, las llamadas fases sólida, líquida, gaseosa

y plasmática. En la preparación del helado solo fueron observados 3

estados, sólido, liquido, y coloidal, los cuales se describen a

continuación:

Estado sólido:

Los objetos en estado sólido se presentan como cuerpos de

forma definida; sus átomos a menudo se entrelazan formando

estructuras estrechas definidas, lo que les confiere la capacidad de

soportar fuerzas sin deformación aparente. Son calificados

generalmente como duros y resistentes, y en ellos las fuerzas de

atracción son mayores que las de repulsión. En los sólidos cristalinos,

la presencia de espacios intermoleculares pequeños da paso a la

intervención de las fuerzas de enlace, que ubican a las celdillas en

formas geométricas. En los amorfos o vítreos, por el contrario, las

partículas que los constituyen carecen de una estructura ordenada.

Estado líquido:

Si se incrementa la temperatura, el sólido va perdiendo forma

hasta desaparecer la estructura cristalina, alcanzando el estado

líquido. Característica principal: la capacidad de fluir y adaptarse a la

forma del recipiente que lo contiene. En este caso, aún existe cierta

unión entre los átomos del cuerpo, aunque mucho menos intensa que

en los sólidos.

Estado Coloidal:

El que una mezcla forme soluciones, suspensiones coloidales o

dispersiones groseras dependen del tamaño de las partículas con

apariencia de soluto, así como de la solubilidad y miscibilidad. El

factor determinante del estado coloidal es el tamaño de las partículas

dispersas. Este tamaño es intermedio entre el tamaño de las

partículas en las soluciones verdaderas y en las dispersiones groseras,

y está comprendido entre 10 y 10000 A° (1 A° = 10-10 m). Puesto que

estos límites son arbitrarios no es de extrañar que los sistemas

coloidales tengan propiedades comunes con las soluciones verdaderas

y con las dispersiones groseras.

Un estado coloidal está formado por dos fases:

1) Fase dispersa:

Sustancia en menor proporción.

Pueden presentarse en los tres estados.

Las partículas pueden estar formadas por átomos, iones o

moléculas pequeñas, agrupadas hasta tener el tamaño

necesario, en cuyo caso se denominan micelas, o bien, ser una

sola molécula gigante, denominada macromolécula. Así, por

ejemplo, la micela de oro coloidal está constituida por un

número grande de átomos de oro agrupados (del orden del

millón), mientras que la hemoglobina es una sola molécula.

2) Fase dispersante

Medio en el que se hallan dispersas las partículas.

Sustancia en mayor proporción.

Puede presentarse en los tres estados (gaseoso, sólido y

líquido).

Puede interactuar o no con la fase dispersa.

Mezcla frigorífica: mezcla de hielo y sal.

Al mezclar hielo machacado a 0 ºC con alguna sustancia soluble

en agua, tiene lugar una disminución de la temperatura que depende

de la cantidad de sustancia añadida: para un valor determinado de

dicha sustancia se alcanzará una disminución máxima.

Cada sistema (agua + sal soluble) tendrá una proporción

característica con la que se logrará el máximo descenso de

temperatura.

Para lograr que se solidifique una disolución salina de agua

debemos lograr que su temperatura disminuya por debajo de 0 ºC

tanto más cuanto más concentrada esté. Este fenómeno es semejante

al que ocurre al calentar una disolución de sal en agua a la presión de

1 atmósfera: si el agua contiene sales no hierve a 100 ºC, necesita

una temperatura mayor.

Calor de disolución

El calor de disolución o entalpia de disolución (a presión

constante) Hsoln es el calor generado o absorbido cuando cierta

cantidad de soluto se disuelve en cierta cantidad de disolvente. La

cantidad Hsoln representa la diferencia entre la entalpía de la

disolución final y la entalpía de los reactivos originales, como lo

representa:

*Ecuación #1 ΔHsoln = Hsoln – Hcomponentes

El Helado y su historia

En su forma más simple, el helado es un postre congelado

hecho de agua, leche, crema de leche o natilla combinadas con

saborizantes, edulcorantes o azúcar. En la actualidad, se añaden otros

ingredientes tales como yemas de huevo, frutas, chocolate, galletas,

frutos secos, yogur y sustancias estabilizantes.

El origen del helado se considera incierto, ya que el concepto

del producto ha sufrido modificaciones en consonancia con el avance

tecnológico, la generalización de su consumo y las exigencias de los

consumidores. Pese a ello, se puede fijar como origen probable del

helado la presencia de bebidas heladas o enfriadas con nieve o hielo

en las cortes babilónicas, antes de la era cristiana.

Aún antes, en el 400 a. C., en Persia, un plato enfriado como un

pudín o flan, hecho de agua de rosas y vermicelli (o cabello de ángel),

se asemejaba a un cruce entre un sorbete y un pudín de arroz, el cual

era servido a la realeza durante el verano. Los persas habían

dominado ya la técnica de almacenar hielo dentro de grandes

refrigeradores, enfriados de forma natural, conocidos como Yakhdan (

.(یخدان Estos almacenes mantenían el hielo recogido durante el

invierno o traído de las montañas durante el verano. Trabajaban

usando altos receptores de viento que mantenían el espacio de

almacenado subterráneo a temperaturas frías. El hielo era luego

mezclado con azafrán, frutas y otros sabores variados.

Por otra parte se dice que el rey de Macedonia, Alejandro Magno

y el emperador romano Nerón enfriaban sus jugos de fruta y sus vinos

con hielo o nieve traídos de las montañas por sus esclavos.

Marco Metodológico

Equipo:

1 tina o cubeta de suficiente tamaño para contener hielo

1 olla ó cacerola que sea de aluminio o acero inoxidable (evitar

que esté recubierta con peltre ya que éste aísla el calor e impide

su extracción hacia el hielo).

1 pala de madera

1 cuchara para cocinar

1 pica-hielo

Vasitos desechables

Cucharillas desechables

1 termómetro

Materiales de la material prima:

Para 8 porciones:

Leche evaporada (125 ml.)

Piña (3 rodajas cortadas en cuadritos)

Jugo de Naranja (1L.)

Azúcar (135 g.)

Fécula de maíz (15g.)

Materiales del congelante:

H2O (en estado sólido, 8Lbs.)

NaCl (sal, 2.5Lb.)

Procedimiento:

1) En una cacerola de metal colocar toda la material prima con

excepción de los trozos de piña.

2) revolver hasta conseguir una mezcla homogénea.

3) Colocar los trozos de piña dentro de la mezcla homogénea.

4) En la tina, colocar una cama de hielo mezclado con una cama

de sal. Ésta debe ser de suficiente tamaño como para

soportar la cacerola.

5) Colocar la cacerola y comenzar a rodearla con camas de hielo

con sal (mientras más picado esté el hielo más eficiente será

el proceso).

6) Una vez rodeada completamente la cacerola por hielo con sal

(hasta poco más de tres cuartas partes de su altura), vacía la

materia prima dentro de la cacerola.

7) Comenzar a girar la cacerola con rapidez pero con suficiente

cuidado de no derramar la materia prima, de modo que las

paredes de la cacerola friccionen todo el tiempo con la masa

de hielo-sal.

8) Con ayuda de la pala de madera, raspar cuidadosamente las

paredes internas de la cacerola, esto con la finalidad de

inducir la aparición de los primeros cristales de sustancia.

9) Una vez que esté solidificada la materia prima (asegurarse de

detener los giros de la cacerola cuando la masa de materia

prima esté perfectamente sólida y muy dura), servir el helado

en los vasitos desechables y disfrutarlo bien frío

Diagrama de flujo:

Resultados

Tabla 1: Temperaturas

Descripción Temperatura (°C)H2O en estado sólido -1.0Helado -0.4

Fuente: datos calculados

La materia prima en estado líquido se solidifico por completo a

través de la utilización del hielo y sal como congelantes.

Interpretación de resultados

Las temperaturas fueron tomadas mediante un termómetro de

cristal, insertando el termómetro en la material y tomándolo por el

extremo superior hasta que el mercurio llegó a la temperatura

indicada y se pudieron leer y anotar los datos.

Al añadir sal a temperatura ambiente al hielo troceado, el calor

pasa de la sal al hielo y éste empieza a fundirse. En las caras de los

trozos de hielo que están en contacto con la sal ésta se disuelve en el

agua.

Cada vez se funde más hielo porque la disolución concentrada

tiende a diluirse y el hielo al fundirse absorbe calor de la disolución en

una proporción equivalente al calor latente de fusión del hielo (80

calorías por gramo fundido). Al perder esta energía la disolución

saturada se enfría y su temperatura va descendiendo por debajo de 0

ºC.

Finalmente se alcanza el equilibrio entre el hielo, la sustancia

sólida en exceso y la disolución saturada, que en unas condiciones de

presión dadas y para cada sal, queda perfectamente definido. Cada

mezcla frigorífica alcanza una temperatura mínima determinada.

Las mezclas así obtenidas producen descensos notables de la

temperatura y se denominan mezclas frigoríficas.

Las sales utilizadas deben ser muy solubles en agua a bajas

temperaturas.

Conclusiones

El hielo y la sal juntos actúan como congelantes debido al calor

de disolución.

Al aplicar una fuerza centrifuga a la materia prima en estado

líquido, esta ayuda a que se solidifique con mayor rapidez.

Si no se utiliza sal durante el proceso, no sería posible el

congelamiento pues el hielo pasaría de su estado sólido al

líquido, sin pasar por el calor de disolución y cambiará a una

temperatura mayor lo cual haría imposible el proceso.

Referencias Bibliográficas

1. Brown T., LeMay Jr., Bursten B., Química. La

ciencia central. Editorial Prentice Hall

Hispanoamericana SA. 1998. Séptima edición  

2. Umland J. y Bellama J. Química General.

Editorial ITE Latino América. 2004. Tercera

Edición.

Bibliografía

1. Chang R. Química. Editorial Mc Graw Hill. México.1992. Primera

edición en español. (cap 2, pag 21)

2. Whitten K. Gailey R. y Davis R. Química General. Editorial 

Mc Graw Hill. México. 1992. Segunda edición en español. (cap 1,

pag 6)

3. Atkins P. y Jones L. Química. Moléculas. Materia. Cambio. Ed.

Omega S.A. 1998. Tercera edición. (cap 2)

4. Pérez G., J.C. 2008. El conocimiento de los estados de la

materia. En internet:

http://teleformacion.edu.aytolacoruna.es/FISICA/document/fisicaI

nteractiva/Calor/CambioEstado/mezcla%20frigorif.htm

(consultado el 21/06/14)

5. Método para congelar sin heladera [en línea], (consultado el

121/06/14) disponible en web:

http://www.ugr.es/~jmvilchez/flash/Densidad.swf

Recomendaciones

Ya que no se utilizaron preservantes en la elaboración del

helado, debemos consumirlo en un plazo de pocos días, no más

de una semana, ya que los componentes se deterioran y

además va perdiendo su especial sabor y aroma.

Se debe de utilizar la suficiente sal para que el hielo alcance su

punto de congelación.

Disfrutar del helado recién hecho, antes de que llegue a su

estado líquido.

Anexos

Descripción Imagen

Elementos de la materia prima.

Mezcla de la material prima en estado líquido.

Revolviendo la mezcla rápidamente para lograr que se solidifique.

Muestra de como el hielo y la sal actuaron como congelantes.

Mezcla solidificada.

Toma de temperatura por medio del termómetro.

Presentación final.

Apéndice

Datos originales: (ver hoja adjunta).

Cálculo de muestra:

Muestreo (material prima en estado líquido):

Cuando se trata de líquidos homogéneos, cualquier porción que

se tome es representativa, Si la cantidad de material es muy grande y

no se puede agitar fácilmente se puede tomar la muestra a varias

profundidades del recipiente.

A continuación se muestra la ecuación de cálculo de muestra

con datos sustituidos:

Se tomó como base un aproximado de 8 minutos para que la

material prima en estado líquido comenzara a solidificarse y

comiencen a salir los cristales que pronto se volverán helado:

Análisis Estadístico

“Hielo salado vrs. Hielo”

Está gráfica muestra que definitivamente el hielo salado actúa

como congelante, ya que se considera soluto ideal.

En estos casos se debe a que una propiedad coligativa,

denominada disminución del punto de fusión, se modifica al haber sal

en el agua.

Por lo tanto a través del análisis estadístico se llegó a que en un

determinado tiempo el hielo salado tiende a funcionar como

congelante, mientras que el hielo por si solo tiende a fundirse en

estado líquido.

Análisis de error:

Análisis de error en el termómetro y sus mediciones:

Un termómetro patrón con 10cm de largo y 0.5cm de diámetro

fue el termómetro de referencia utilizada para tomar la temperatura

del hielo y del helado , con resolución de ± 0.001 K que se utilizó en

las mediciones de temperatura de los equilibrios sólido-líquido

estudiados en el presente trabajo.

El porcentaje de error se determina utilizando la siguiente ecuación:

*Ecuación 2:

Donde xi es el promedio de las mediciones del termómetro.

De esta manera obtenemos que el promedio de las mediciones es:

((-0.4) + (-0.1))/2 )= -0.25

Sustituyendo en la ecuación obtenemos un porcentaje de

error menor al 2%, por lo tanto es indicativo de que las mediciones

son correctas.

Índice

RESUMEN 1

OBJETIVOS 3

GENERAL 3ESPECÍFICOS 3

MARCO TEÓRICO 5

ESTADOS DE LA MATERIA 5ESTADO SÓLIDO 5ESTADO LÍQUIDO 6ESTADO COLOIDAL 6MEZCLA FRIGORÍFICA: MEZCLA DE HIELO Y SAL. 7CALOR DE DISOLUCIÓN 8EL HELADO Y SU HISTORIA 8

MARCO METO DOLÓGICO 11

EQUIPO 11MATERIALES DE LA MATERIAL PRIMA 11MATERIALES DEL CONGELANTE 11PROCEDIMIENTO 12DIAGRAMA DE FLUJO 13

RESULTA DOS 15

INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS 17

CONCLUSIONES 19

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 21

BIBLIOGRAFÍA 23

RECOMEN DACIONES 25

ANEXOS 27

APÉNDICE 31

CÁLCULO DE MUESTRA 31MUESTREO (MATERIAL PRIMA EN ESTADO LÍQUIDO) 31ANÁLISIS ESTADÍSTICO 32ANÁLISIS DE ERROR EN EL TERMÓMETRO Y SUS MEDICIONES 33