关键概念
化学
溶解度
温度
饱和度
引言
你正在看一部动作片，突然英雄猛地穿过玻璃窗！或者在英雄进行激动人心的汽车追逐时，汽车窗户破碎了！玻璃看起来如此逼真，但信不信由你，电影片场很少在这些场景中使用真正的玻璃。你能猜到他们用什么代替吗？如果你猜是糖果，那就对了！电影片场不使用昂贵、难以更换且危险的真正玻璃，而是使用糖玻璃！这种便宜、易于制作的替代品看起来像玻璃，而且尝起来像糖果！在这个活动中，你将制作自己的美丽版本——一个看起来好吃又好看的彩色糖玻璃窗！
背景
你可能很熟悉食糖。你知道它尝起来是什么味道，可能也知道它看起来和摸起来是什么感觉。你甚至可能知道食糖来自甘蔗或甜菜（没错，世界上 20% 的糖来自甜菜！）。糖有几种不同的类型，它们通过化学结构来区分。食糖的化学名称是蔗糖。蔗糖是一个相对较大的糖分子，可以分解为更小的简单糖，称为葡萄糖和果糖。在今天的活动中，当我们说糖时，我们指的是蔗糖。
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我们能看到和感觉到的食糖晶体被称为糖颗粒。食糖颗粒由数百万个微小的蔗糖分子组成，它们聚集在一起。一个方糖至少有一万亿亿个蔗糖分子！
如果你曾经把一个方糖或一茶匙糖放进一杯茶或柠檬水中，你就会知道糖通常会溶解在水中。当这种情况发生时，你无法在液体中看到糖（即使你可以尝到它！）。
当糖添加到水（或水基饮料）中时，那些大的糖颗粒会分解成单个太小而看不见的蔗糖分子。发生这种情况是因为单个蔗糖分子被水分子吸引。由于蔗糖和水分子相互吸引，你可以在水中溶解大量糖。然而，为了使糖果变甜，我们需要大量的糖。这很棘手，因为就像海绵只能容纳那么多水一样，水本身也只能容纳有限量的糖。在某个时候，蔗糖分子太多，而水分子不足以将它们彼此拉开。当这种情况发生时，我们说溶液是饱和的——它不能容纳更多的糖。当溶液变得饱和时，糖颗粒无法被拉开。当这种情况发生时，我们可以看到水中那些未溶解的糖晶体。那么我们如何使剩余的糖溶解在水中，并使我们的糖果格外甜呢？我们将在本次活动中找到答案！
材料
八分之一茶匙塔塔粉
一杯水
一杯又四分之三的砂糖
半杯浅色玉米糖浆
铝制烤盘
不粘烹饪喷雾或羊皮纸
平底锅
搅拌碗
冷水和一些冰块
烤箱或电炉
食用色素
木勺
金属叉子（至少一个）
糖果温度计（没有温度计也可以进行此活动，但如果可以的话，我们建议使用温度计。如果没有温度计，请参考此在线指南来判断糖浆的温度： 糖果烹饪阶段）
隔热手套
时钟或定时器
一张纸（或实验室笔记本）和铅笔
成年人帮助处理高温材料
准备工作
将塔塔粉、水、糖和玉米糖浆放入平底锅中。
将几杯冷水放入搅拌碗中（直到至少半满）。加入一些冰块。
将糖果温度计放入平底锅中——确保它没有接触到锅底。
用烹饪喷雾喷涂铝制烤盘或用羊皮纸覆盖。如果使用羊皮纸，请折叠边缘，使纸张适合放入烤盘中。
在你的纸上制作一个表格，列出温度、时间、外观、感觉和其他观察结果的列。画八行。按照以下方式填写温度列的每一行
第 1 行“室温 1”
第 2 行“230°F”
第 3 行“235°F”
第 4 行“245°F”
第 5 行“255°F”
第 6 行“275°F”
第 7 行“300°F”
第 8 行“室温 2”
步骤
注意：糖浆非常热且粘稠！以下步骤应在成人帮助和直接监督下完成。
在表格的第 1 行中，根据你的观察结果填写其他四列。使用木勺（或你干净的手）记录锅中内容物的外观和感觉。使用其他观察结果列记录其他任何看起来有趣的事情。锅中的液体有多浓稠？你会把它比作水还是枫糖浆？溶液是清澈的吗？你能看到单独的成分，例如糖吗？或者它溶解在水中了吗？你预测加热溶液后会发生什么？
将平底锅放在炉子上，并设置为中火。在第 1 行的时间列中写入开始加热液体的时间。加热溶液时要小心：为了制作清晰的窗口，你需要缓慢加热糖，否则它会焦糖化（变成棕色）。使用木勺慢慢搅拌成分，并注意它们的稠度和外观。继续搅拌溶液，直到它缓慢沸腾。
当温度计上的温度达到 230°F 时，让你的成人助手用木勺小心地将少量溶液从平底锅中滴入你的冰水碗中。在表格的第 2 行中记录温度达到 230°F 的时间。
等待糖冷却，然后用你的手探索水中的糖溶液滴。在表格的第 2 行中写下你的观察结果。它感觉如何？它会溶解在你的手指中还是保持形状？是硬的还是软的？它看起来像什么？锅中的溶液看起来像什么？自从你开始加热以来，它发生了什么变化？
当温度计上的温度达到 235°F 时，重复这些步骤。让你的成人助手用木勺小心地将少量溶液从平底锅中滴入你的冰水碗中。在表格的第 3 行中记录温度达到 235°F 的时间。
等待糖冷却，然后用你的手探索水中的糖溶液滴。在表格的第 3 行中写下你的观察结果。糖的感觉和外观发生了什么变化？它感觉如何？它会溶解在你的手指中还是保持形状？是硬的还是软的？你能塑造它来形成不同的形状吗？如果你尝试将其从冷水中取出，会发生什么？它看起来像什么？锅中的溶液看起来像什么？自从你开始加热以来，它发生了什么变化？
当温度达到 245°F、255°F、275°F 和 300°F 时，重复这些步骤。如果糖浆的温度没有升高，请逐渐增加燃烧器的热量。随着溶液升温，在处理糖之前，请留出足够的时间让糖在冰水中冷却。你可以根据需要在碗中加入冰块以保持冰冷。
当温度在 300°F 和 310°F 之间时，让你的成人助手小心地将糖混合物倒入准备好的锡箔盘中。用勺子将糖浆均匀地铺在盘中。
在热糖浆表面滴上食用色素。用叉子旋转颜色——玩得开心，发挥创意！但不要舔叉子——糖浆很烫！
让糖浆完全冷却。
小心地从平底锅中取出你的糖玻璃。将其举到光源或窗口处，以便你可以清楚地看到颜色。真漂亮！
填写表格中的最后一行（第 8 行）。注意不同温度下糖溶液的外观和感觉差异。你在什么温度下注意到外观变化最大？你在什么温度下注意到糖浆的感觉变化最大？糖在某些点加热得比其他点快吗？
额外提示：通过改变糖的温度和加热和冷却的速度，可以制作不同类型的糖果。你可以尝试不同的糖果制作方法，在较低温度下取出糖浆，并观察在每个温度阶段制作的糖果类型。你可以测试更高的温度，但要注意，糖在 350°F 时会燃烧。
观察结果和结果
在此活动中，你观察了蔗糖溶解在水和加热时发生的物理变化。当你开始在室温 1 下进行活动时，溶液是饱和的，你可以看到水中的糖晶体。然而，当你加热糖浆时，糖溶解了，溶液变得清澈，因此你不再能看到单独的糖晶体。
为什么加热溶液后，原本无法溶解的糖反而能溶解在水中？加热溶液会使分子以更快的速度移动。因此，糖分子和水分子更频繁地、以更大的力量相互接触。想象一下，你搭建了三辆乐高汽车，然后把它们一起放进一个罐子里。如果你轻轻摇晃罐子，可能会有一些乐高零件掉下来，但汽车基本保持完整。然而，如果你用力摇晃罐子，汽车会更频繁地、以更大的力量相互碰撞，更多的零件会脱落。这与你加热糖溶液时发生的情况类似。水分子撞击糖分子，导致它们从较大的糖颗粒中脱离出来。
随着糖在溶液中溶解，你应该观察到糖浆的外观和触感发生了其他变化。在每个记录的温度点，溶液中的糖都处于不同的阶段。这些阶段以糖的物理外观和形态变化为标志。当溶液中的水分沸腾蒸发，溶液的糖浓度增加时，就会发生这些变化。在 230°F 时，糖浆处于拉丝阶段。在这个阶段，你的糖浆大约含有 80% 的糖和 20% 的水，水分仍然过多，无法使糖浆定型。当你将糖浆滴入冷水中时，它会形成非常松散的液态细丝，可能无法很好地保持形状。即使你不能在这个阶段制作糖果，你也可以制作糖浆。
下一个糖烹饪阶段被称为软球阶段，当糖浆的温度达到 235°F 时。此时糖浆的糖浓度约为 85%，这个阶段的名称可能对你来说很有意义。较高的糖浓度使糖浆变稠，使其能够保持形状。当你将糖浆滴入冷水中时，你能够将其塑造成一个柔软、有弹性的球。如果你将球从水中取出，你应该观察到它会失去形状并变平。如果你在这个阶段停止加热糖，你可以制作软糖或果仁糖！
下次你测试糖浆时，在 245°F 时，它已达到硬球阶段。你能猜出为什么这个阶段叫这个名字吗？希望你可以，因为当你在这个阶段将糖浆滴入冷水中时，你可以将其塑造成一个坚硬的球，当从水中取出时，它可以保持形状。此时，糖浆的糖浓度约为 87%，仅仅是糖浓度的微小差异，就会导致糖浆的硬度发生巨大变化。
下一个阶段称为硬球阶段，当糖浆加热到 255°F 时达到。此时糖浓度为 92%，当你将糖浆滴入冷水中时，你可能会观察到它从勺子上滴下来时形成厚厚的绳状细丝。由于在这个阶段它的水分较少，一旦糖浆进入冷水，它应该会形成一个更难塑造成不同形状的硬球。棉花糖和软糖是由处于硬球阶段的糖制成的。
当糖浆达到 275°F 时，你可能会注意到平底锅中的糖浆有更小、更厚的泡泡。这个阶段被称为软裂阶段，糖浓度非常高，约为 95%。因此，当你将糖浆滴入冷水中时，它应该会形成可以稍微弯曲然后才会断裂的细丝。如果你想制作太妃糖，你可以在这个阶段将糖从火上移开。
此活动的最后阶段是硬裂阶段，当你糖浆加热到 300°F 时达到。在这个温度下，几乎所有的水都已沸腾蒸发，因此溶液中 99% 是糖。当你将其滴入冷水中时，它应该会形成坚硬、易碎的细丝，很容易断裂。这是用来制作太妃糖和硬糖（如棒棒糖）或电影中使用的糖玻璃的阶段！
你可能想知道我们为什么要添加其他成分：玉米糖浆和塔塔粉。添加这些成分有助于形成我们在此活动中想要的透明、玻璃状结构。玉米糖浆有助于防止糖分子在糖浆冷却时重新结合在一起并形成大颗粒（或晶体）。塔塔粉有助于将蔗糖分子进一步分解成简单的糖：葡萄糖和果糖。食用色素则使整个过程成为一件艺术品！
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适合所有年龄段的科学活动！来自 Science Buddies http://www.sciencebuddies.org/science-activities
此活动由Science Buddies合作推出
