한제를 이용한 아이스 크림 만들기

 

 

준비물

  • 설탕 1/2컴
  • 휘핑 크림 1컵
  • 바닐라 향료 1/2ts
  • 소금 조금
  • 우유
  • 뚜껑이 있는 병
  • 얼음
  • 지퍼백 큰 것과 작은 것

 

실험과 관찰


    1. 모든 재료를 병에 넣고 잘 흔들어 섞는다.
    (간단하게 하고 싶으면 요구르트나 쥬스를 사용하세요)

    2. 작은 지퍼백 세 개에 흔들어 섞은 재료를 나누어 넣고 닫는다.

    3. 큰 지퍼백 두 개를 준비해서 첫 번째 지퍼백에는 얼음과 얼음
      1/3정도양의 소금, 두 번째 지퍼백에는 얼음과 얼음 1/3정도의
      설탕, 세 번째 지퍼백에는 얼음만 넣는다.

    4. 작은 지퍼백을 큰 지퍼백에 넣고 각각 관찰한다.

    ※ 간단한 방법을 원하면 아래 그림과 같이 하세요.

 
 

 

왜 그럴까요?

얼음에 소금이나 설탕들을 넣어주면 얼음이 녹기 시작합니다.

왜 소금을 넣으면 얼음이 녹게 될까요?

용질이 녹아있는 혼합물(설탕물 또는 소금물)과 순수한 물을 한번 비교해 보지요.
순수한 물 속에는 물 분자 만이 들어 있지요. 그러나 설탕물이나 소금물 속에는
물분자 외에도  설탕 분자나 소금을 이루고 있는 Na+, Cl-이온이 함께 들어 있습니다.

 

 

그리고 물이 얼음이 될 때는 물분자의 배열이 더 규칙적으로 배열이 되겠지요.
규칙적으로 배열이 된다는 것은 물분자들 사이의 거리가 일정하게 된다는 의미입니다.
순수한 물 속에는 물분자만 있으니까 얼음이 될 때 아주 쉽게 일정한 거리를 가지고
배열을 할 수 있습니다.

 

 

물분자 이외의 다른 용질이 있을 때는 어떨까요?
설탕분자나 이온들이 물분자들 사이사이에 끼어 들어 물분자가 일정한 거리를 갖고
규칙적인 배열을 하는 것을 방해하게 됩니다.

 

 

그러니까 얼음을 이루고 있는 물분자가 열을 받아서 분자의 움직임이 활발하게 되도
규칙성이 깨져서 물이 되기도 하겠지만 소금이 얼음에 닿아서 얼음이 불규칙한 배열을 가질 수 있도록 도와주어서도 물이 될 수 있다는 것이지요. 그런데, 소금이 분자 배열을 불규칙하게 해주어도 얼음이 녹기 위해서는 융해열이 필요하지요. 필요한 융해열을 주변에서 열을 빼앗아 오기 때문에 주변의 물질은 열을 빼앗겨서 온도가 내려가고 얼게 되겠지요.

 

 

그러면 설탕과 소금의 차이는 무엇일까요? 설탕이 물에 녹으면 설탕은 설탕 분자 한 개
상태로 있지만 소금은 녹으면 Na+, Cl-로 되기 때문에 2개의 이온이 됩니다.
물론 분자와 이온이라는 차이는 있지만 얼음이 되는 것을 방해하는 것은 개수에 의해서
달라집니다. 그래서 설탕물일 때 5oC만큼 어는점이 내려간다면 소금물 일때는 10℃ 만큼
온도가 내려갑니다.

 
 

이와 같이 소금과 얼음을 섞어서 어는점을 내릴 수 있게 해주는 것을 한제라고 하는데 한제는 소금과 얼음의 비율이 약 1대3 (정확하게 22.4% 대 77.6%)일 때 가장 효과가 좋으며 방안에서도 손쉽게 최저 영하 21.2℃까지 온도를 내려가게 할 수 있습니다.
눈이 왔을 때 염화 칼슘을 뿌려 주는 것도 같은 이유입니다. 눈 위에 염화 칼슘을 뿌려주면
대기중의 수증기를 흡수하여 스스로 용해되고 염화 칼슘이 녹으면서 주위의 열을 흡수하게 되어 눈이 녹게 되지요. 그러면 녹은 눈은 염화칼슘과 섞여서 수용액을 만들게 됩니다.
순수한 물은 0 ℃에서 얼지만 염화칼슘 수용액은 물의 결정화를 방해하기 때문에 0℃보다
낮은 온도에서 물이 얼기 때문에 밖의 온도가 0 ℃이하로 내려가더라도 소금이나 염화칼슘을 뿌려준 곳은 녹은 눈이 얼지 않고 계속 녹는 것입니다.