Социальные сети заполонил новый зимний эксперимент – приготовление мороженого в сугробе. Смесь из сливок, сахара и ванили в герметичном пакете, погруженном в снег с обильным количеством соли, превращается в холодный десерт. Доцент кафедры неорганической химии Химического института имени А.М. Бутлерова Казанского федерального университета Артур Ханнанов разобрал этот феномен с точки зрения фундаментальных законов науки.

В основе рецепта ключевую роль играет соль, точнее ее способность менять свойства воды и ее твердой фазы – льда.

«Добавление в воду любого растворимого вещества с ионным типом кристаллической решетки приводит к понижению температуры ее замерзания. Этот механизм обусловлен тем, что вода, являясь дипольным растворителем, распределяет по всему своему объему отдельные ионы, например, натрия и хлора. Присутствие этих инородных частиц в растворе значительно усложняет процесс формирования собственной кристаллической решетки воды, тем самым препятствуя образованию льда. Помимо структурных изменений, сам процесс взаимодействия соли с водой сопровождается энергетическими эффектами. Выделяющееся при определенных химических реакциях растворения тепло может дополнительно ускорять процесс таяния. Именно в силу этих факторов насыщенные солевые растворы (рассолы) сохраняют жидкое состояние при гораздо более низких температурах, чем чистая вода», – рассказал ученый.

Это явление легло в основу одной из главных мировых систем измерений.

«На этом физическом явлении была построена знаменитая температурная шкала Фаренгейта. Ее нулевая точка изначально была определена по температуре замерзания смеси воды, льда и нашатыря (хлорида аммония), которая, как и любой насыщенный рассол, замерзает при значительно более низких значениях, нежели пресная вода», – проинформировал Артур Ханнанов.

Таким образом, когда снег обильно посыпают солью, он начинает интенсивно таять, поглощая при этом огромное количество тепла из окружающей среды. Герметичный пакет со сладкой смесью, погруженный в эту ледяную кашу, мгновенно отдает свое тепло и застывает.   

«Для достижения более мощного охлаждающего эффекта можно прибегнуть к замене стандартной поваренной соли на другие химические агенты. Если хлорид натрия позволяет снизить температуру водного раствора примерно до минус 15 градусов, то использование таких веществ, как хлорид кальция или хлорид цинка, дает куда более выраженный результат. В органическом синтезе зачастую применяются специальные охлаждающие смеси на основе хлорида кальция, которые позволяют охладить раствор до минус 40 градусов», – разъяснил доцент.

Чтобы получить мороженое, а не ледяной брикет, необходим правильный состав смеси и механическое воздействие на нее.

«Использование сливок в рецепте обусловлено высоким содержанием в них молочного жира. С точки зрения физической химии сливки, как и молоко, представляют собой эмульсию – сложную систему, в которой микроскопические частицы жира распределены в водной среде. Ключевым фактором здесь является разница в температурах замерзания компонентов – жир кристаллизуется при гораздо более высоких значениях, чем вода. В случае со сливками частицы жира выполняют важнейшую структурную функцию: при замерзании они физически препятствуют молекулам воды объединяться в крупные кристаллы льда. Именно поэтому использование жирных сливок и постоянное перемешивание – два неразрывно связанных процесса» – объяснил химик.

Активное механическое вмешательство разбивает формирующиеся кристаллы льда, делая их микроскопическими, что и создает кремовую консистенцию и насыщает массу воздухом.

«Также воздух выступает в роли эффективного теплоизолятора по аналогии с тем, как работают двойные стеклопакеты в окнах или пух. Именно из-за этого сорбеты или фруктовый лед тают гораздо быстрее, чем классический пломбир», – провел аналогию А. Ханнанов.

Необходимо учитывать риски и помнить о том, что свежевыпавший снег является одним из самых активных природных сорбентов.

«В процессе приготовления мороженого в сугробе важно следить за тем, чтобы снег не контактировал непосредственно с пищевой смесью. Опасность заключается в уникальной структуре снега – его разрыхленной поверхности, которая позволяет ему активно абсорбировать любые загрязнения. Наверняка многие замечали, после снегопада дышать становится значительно легче. Этот эффект объясняется тем, что снежинки буквально "вычищают" атмосферу, осаждая на своей поверхности все примеси. Следовательно, все, что было накоплено снегом в процессе падения и нахождения на земле, может оказаться в вашем мороженом при неосторожном обращении», – заключил доцент.

При частичной или полной перепечатке материала, а также цитировании необходимо ссылаться на пресс-службу КФУ.