Lo que parece ser una pregunta tonta en realidad tiene algo de profundidad. Estaba tratando de sacar un poco de mi helado suave de marca favorito cuando noté que estaba completamente congelado, en lugar de su consistencia cremosa habitual. Después de dejarlo afuera por 10 minutos, estaba agradable y cremoso nuevamente.
En particular, esa cantidad de tiempo no fue suficiente para que se "derretiera", ya que aún no fluiría si el recipiente se volcara, solo el tiempo suficiente para "ablandarse". Entonces, ¿por qué el helado se vuelve más rígido/duro cuando se enfría y más suave cuando se deja calentar un poco?
Mi hipótesis:
Creo que la "dureza" del helado está determinada en gran medida por las propiedades de los cristales de hielo en su interior, que cambian de alguna manera con la temperatura. Ahora bien, aunque no sé cómo cambian , estoy bastante seguro de cómo no lo hacen .
Podrías ver la temperatura del helado como infinitas capas concéntricas, desde una capa de temperatura máxima en el exterior del helado dado que el helado se calienta de afuera hacia adentro, hasta el punto de temperatura mínima aproximadamente en el centro del helado. helado. Por lo tanto, es justo suponer que el derretimiento parcial y, por lo tanto, la disminución del tamaño de cada cristal de hielo es poco probable, ya que eso requeriría una "banda" muy gruesa de capas de helado para estar en una temperatura de transición entre completamente cristalino y completamente fundido, lo que probable con un enfriamiento muy lento.
Hace un par de décadas estuve involucrado marginalmente en una investigación sobre las propiedades del helado que estaba realizando la empresa Walls en el Reino Unido . El trabajo consistía en relacionar la consistencia del helado con la microestructura, por lo que estaba bastante relacionado con su pregunta.
De todos modos, el helado tiene una microestructura sorprendentemente complicada. Contiene cristales de hielo, solución de azúcar líquida, glóbulos de grasa y burbujas de aire (las proporciones de estos cambian con el tipo y la calidad del helado). A temperaturas desde cero hasta las temperaturas típicas de los congeladores domésticos, no se solidifica porque el azúcar reduce el punto de congelación del agua y la solución concentrada de azúcar permanece líquida.
La cantidad de fase líquida presente disminuye al disminuir la temperatura. Si imagina comenzar en cero C, a medida que baja la temperatura se forman cristales de hielo, lo que extrae agua de la fase fluida y aumenta la concentración de azúcar en la fase fluida. Esto reduce el punto de congelación hasta que coincide con la temperatura del congelador, en cuyo punto el sistema está en equilibrio. Baje la temperatura aún más y esto forma más cristales de hielo, aumenta aún más la concentración de azúcar y deprime aún más el punto de congelación de la fase líquida. Y así. La fase líquida no desaparece por completo hasta que llegas a temperaturas muy, muy bajas, momento en el cual la solución de azúcar restante se congela como un vaso.
Es este cambio en la cantidad de la fase líquida presente lo que está causando los cambios que ha observado. A medida que calienta el helado inicialmente muy frío, derrite algunos de los cristales de hielo y obtiene una fase más fluida, además, la viscosidad de la fase fluida disminuye a medida que se diluye más. Ambos ablandan el helado.
Debo enfatizar que esta es una descripción muy simplificada de un comportamiento reológico muy complicado, pero debería darle una idea básica de lo que está pasando. Los detalles son infinitamente fascinantes si eres un científico coloidal (o simplemente te gusta el helado). Por ejemplo, el azúcar envenena la superficie de los cristales de hielo y cambia su morfología. En el helado, los cristales tienden a ser gotas redondeadas en lugar de los cristales dentados que suele formar el hielo. Esto también afecta a la reología ya que los cristales redondeados fluyen unos sobre otros más fácilmente.
Esto se responde mejor en química que en física. (Además, esto es lo que creo que está sucediendo en base a lo que aprendí de los honores de química el año pasado). ¿Por qué el agua se convierte en hielo cuando la congelas? Ambos son el mismo principio: estás perdiendo energía a medida que se enfría.
Cuando el agua o el helado están en forma líquida, sus moléculas tienen más energía, por lo que pueden moverse (vibrar, más bien) fácilmente. Cuando el líquido se congela, se libera energía y las moléculas se mueven más lentamente (pero siguen moviéndose; dejan de moverse por completo a 0 K). Cuando son más lentos, pueden formar enlaces débiles entre otras moléculas, que se romperían fácilmente con una cuchara para helado o algo de calor.
Específicamente para el helado, creo que se forman muchos menos enlaces débiles entre las moléculas, y se mueven más, por lo que no se necesita tanta energía para romper los enlaces, pero todavía hay suficientes enlaces presentes para evitar que se rompa. un liquido. En cuanto al helado duro como una roca, son solo enlaces más débiles, por lo que necesitas más energía para romperlos.
cris
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