Helados

Helados y temperaturas muy bajas (PR-26)
M.A. Gómez
El rincón de la Ciencia             nº 20, Febrero 2003
Hoy en día preparar un helado en casa es muy sencillo gracias a los frigoríficos y congeladores eléctricos, pero hace tiempo cuando no existían estos electrodomésticos también era relativamente fácil. Para conseguirlo se utilizaban unos aparatos denominados heladeras y se aprovechabanalgunas de las propiedades químicas del hielo y la sal de cocina (NaCl, cloruro de sodio).
La heladera es el dispositivo que se muestra en la foto, que básicamente consiste en dos recipientes, más o menos cilíndricos, uno dentro de otro. El recipiente exterior de madera y el interior de metal, junto con un engranaje que permite hacer girar el cubo interior con una manivela. En el cubo interior sepone la masa del helado (la crema) y en el espacio entre los dos recipientes se introduce una mezcla de hielo picado y sal que hace bajar la temperatura y facilita la "congelación" de la masa de helado.

Foto de una heladera antigua
Esquema de una heladera

 
El objetivo de esta experiencia es que aprendas a preparar una mezcla frigorífica de hielo y sal.
Material
Hielo picado
Sal gorda(de la que se utiliza en la cocina)
Una cazuela de plástico (aunque también sirve de cualquier otro material)
Un termómetro (que permita registrar temperaturas bajo cero, los que mejor van a servir son los que venden para colgar en el interior del frigorífico)
¿Qué vamos a hacer?
Lo que vamos a hacer es muy simple. Basta con preparar una mezcla de hielo picado y sal gorda en una proporciónaproximada de 3 partes de hielo picado por 1 parte de sal (proporción en masa). Remueve un poco con una cuchara e introduce el termómetro.
Observa el descenso de temperatura. Probablemente no consigas tanto, pero en teoría se pueden llegar a conseguir temperaturas de -21 ºC. ¿A qué temperatura llegas?
Sigue experimentando
Si en la mezcla frigorífica que has preparado introduces otro recipiente (máspequeño) con un poco de agua verás que, al cabo de un poco de tiempo, el agua se congela.
También puedes aprovechar para preparar un helado por el sistema antiguo. Basta que compres en un supermercado un sobre de polvos para preparar helado y sigas las instrucciones. Al final en vez de ponerlo en el congelador del frigorífico, aprovecha para enfriarlo la mezcla de hielo y sal que has preparado.Ten cuidado de que el hilo y la sal no entren en contacto directo con la masa del helado (Tendría un sabor un tanto salado).
También puedes probar con zumos de frutas (limón, naranja, etc.) con azúcar y obtener un granizado.



La mezcla frigorífica (o criogénica): El papel de la sal
La mezcla frigorífica, como se ha dicho, está formada por hielo y sal gruesa. Vamos a tratar de explicar cómoactúa de dos formas diferentes. La primera, centrándonos en el mecanismo de interacción entre las moléculas e iones presentes en el sistema, un modo bastante intuitivo y no por ello menos riguroso (Walker, 1984). La segunda explicación que vamos a dar, más rigurosa, está basada en la termodinámica.
El funcionamiento de la mezcla frigorífica
Supongamos que se parte de agua pura que se enfría, noimporta ahora por qué mecanismo. El enfriar significa extraer energía de líquido, concretamente, energía cinética de sus moléculas. Cuando se alcanza los 0 ºC, a 1 atm, empiezan a producirse cristales de hielo. Si se continua extrayendo calor las moléculas de agua que se van ralentizando chocan con el hielo y se incorporan al cristal (no se olvide que la temperatura representa una medida promediode la energía cinética molecular). Sin embargo, en estas condiciones, algunas de las moléculas del cristal de hielo se liberan y vuelven al líquido.
Existe pues un estado de equilibrio y la temperatura permanece constante. En algunos casos, por ejemplo si se enfría muy lentamente, es posible bajar del punto de congelación sin que se forme hielo, es el subenfriado (se trata de un estado...