Este artículo es uno de una serie de experimentos destinados a enseñar a los estudiantes cómo se hace la ciencia, desde generar una hipótesis hasta diseñar un experimento y analizar los resultados con estadísticas. Puedes repetir los pasos aquí y comparar tus resultados — o usar esto como inspiración para diseñar tu propio experimento.
Hacer caramelos de roca en casa requiere solo dos ingredientes: agua y azúcar. Una gran cantidad de azúcar, como descubrí cuando realicé un experimento de caramelos de roca en 2018 (y se me acabaron las cosas dulces). La mayoría de las recetas recomiendan usar aproximadamente tres veces más azúcar que agua. Eso es mucho, parece un desperdicio. Para ver si podía salirme con la mía con menos, hice otro experimento.
Spoiler: Menos azúcar no es la respuesta.
En mi experimento anterior, mostré que los cristales de semillas son muy importantes para crear caramelos de roca. Poner unos pocos granos de azúcar en un palo o cuerda promueve la formación de cristales más grandes. Esto acelera la fabricación de dulces.
Había calculado que para hacer suficiente caramelo de roca para ese experimento, necesitaría llenar 52 vasos de plástico con una solución de azúcar. Pero la receta de dulces usaba más azúcar de lo que esperaba y rápidamente me quedé sin azúcar. Esto se debe a que la receta requería un kilogramo (8 tazas) de azúcar por cada 300 gramos (2,7 tazas) de agua. Es una proporción de azúcar a agua de 3: 1. Al final, tuve que ejecutar mi experimento con solo 18 vasos de plástico.
Todo funcionó al final y pude probar mi hipótesis. Pero me preguntaba si podría haber usado menos azúcar y más agua. Para averiguarlo, había otro experimento en orden.
Azúcar supersaturada
La fabricación de caramelos de roca comienza con la disolución de azúcar en agua. Sin embargo, la proporción de azúcar y agua de la receta es tan alta que el azúcar no se disolverá sin ayuda. No importa cuánto revuelva, hay demasiada azúcar.
Que cambia cuando aumenta la temperatura del agua. A medida que el agua se calienta, las moléculas de agua individuales se mueven cada vez más rápido. Esas moléculas rápidas pueden romper más fácilmente los cristales de azúcar que se habían vertido al agua. Pronto, todo el azúcar se disuelve en el agua y el agua se vuelve transparente. Sin embargo,
Esta solución no es estable. Es una solución súper saturada. El agua contiene más azúcar del que puede contener a temperatura ambiente. A medida que el agua se enfría, el azúcar se precipita lentamente, volviéndose sólido de nuevo. Si los cristales de azúcar tienen algo para adjuntar a—, como un palo o trozo de cuerda con un poco de azúcar que ya este en — tienden a adjuntar allí. Con el tiempo, se pegan suficientes cristales de azúcar para formar un trozo de caramelo de roca.
Pero, ¿cuán super saturada debe ser mi solución para hacer caramelos de roca? Para resolver esto, comenzaré con una afirmación que puedo probar: una hipótesis. Mi hipótesis es que el uso de una proporción más baja de azúcar a agua en mi solución producirá menos caramelos de roca que una mezcla con una alta concentración de azúcar.
Dulces para cocinar
Para probar esta hipótesis, hice tres lotes de caramelos de roca. El primer lote es my control, la receta original de caramelos de roca con una proporción de 3:1 de azúcar a agua, una solución súper saturada. Un segundo lote usó una proporción de azúcar a agua de 1: 1. Esa solución está saturada: el azúcar entra en solución con agitación y tal vez un poco de calor. El tercer grupo tiene una solución con una relación azúcar-agua de 0,33: 1. Esta solución no está saturada; el azúcar se disuelve en el agua a temperatura ambiente.
No puedo hacer solo una pieza de caramelo de roca para cada condición de prueba. Necesito repetir mi experimento y hacer suficientes caramelos de roca para detectar una diferencia entre los tres grupos. Para este experimento, eso significaba cocinar 12 lotes de caramelos de roca para cada grupo.
He hecho caramelos de roca para un experimento antes. Esta vez, hice algunos cambios:
- Mide y corta 36 piezas limpias de cuerda. Asegúrese de que haya suficiente cuerda para atar alrededor de un palo por encima de la taza, mientras deja que la cuerda cuelgue en la solución de azúcar.
- Sumerge un extremo de la cuerda de 12,7 centímetros (5 pulgadas) en una taza de agua limpia, luego enróllalo en una pequeña pila de azúcar. Dejar secar.
- Presenta 36 vasos de plástico o de vidrio.
- En una olla grande, hierva el agua y el azúcar, revolviendo. Vigila tu mezcla. Cuando el agua hierva, el azúcar debe aparecer en la solución y el agua se aclarará.
- Para su solución 3:1, mezcle 512 gramos (4 tazas) de agua y 1,5 kilogramos (12 tazas) de azúcar. Hice dos lotes, que terminaron usando alrededor de 8 tazas de agua y 24 tazas de azúcar en total.
- Para la solución 1:1, agregue cantidades iguales de azúcar y agua a la olla y hierva. Así que para 12 tazas de agua, necesitarías 12 tazas de azúcar.
- Para la solución 0.33:1, 15 tazas de agua y 5 tazas de azúcar deberían ser suficientes.
- Una vez que la solución esté clara, agregue colorante para alimentos para obtener el color deseado. Utilicé rojo para mi solución 3:1, verde para mi solución 1:1 y azul para mi solución 0,33: 1.
- Si la solución está caliente, es posible que desee esperar unos minutos antes de verterla en las tazas. Si las tazas son de plástico delgado y barato, el líquido caliente podría hacer que se derritan y se hundan. (Esto me sucedió a mí; mis copas rojas estaban tristes y caídas en la parte inferior.)
- Usando una taza medidora, vierta 300 mililitros (10 onzas líquidas, un poco más de una taza) de la solución en cada taza. Es posible que tenga que hacer otro lote o dos de cada solución hasta que tenga suficiente para llenar las 12 tazas de cada grupo.
- Pese cada cuerda antes de sumergirla en la solución. Usa una báscula para encontrar la masa de cada cuerda en gramos (cada una de las mías pesaba aproximadamente un gramo). Una vez que haya notado la masa, sumerja el palo cuidadosamente en una taza de la solución de azúcar, luego asegúrelo en su lugar. Asegúrese de que la cuerda no toque la parte inferior o los lados de la copa. Até cada cuerda a un pincho de madera colocado a través de varias tazas.
- Coloque todas las tazas en un lugar fresco y seco donde no las molesten.
- Espera. ¿Cuánto tiempo? Usted comenzará a ver cristales de azúcar formarse después de un día más o menos. Pero si quieres comer dulces, tendrás que esperar al menos cinco días.
Al final del experimento, vuelva a sacar la escala. Saca cada cuerda de su copa, asegúrate de que no gotee y pésala una segunda vez. ¿Deberías comértelo? Tal vez no.
¿Tienes tus datos y los comes también?
Para averiguar la cantidad de caramelos de roca que hizo en cada grupo, reste el peso de cada cuerda al comienzo del experimento del peso de la cuerda recubierta de caramelos. Eso le dirá cuántos gramos de cristales de azúcar habían crecido.
Al final de mi experimento de cinco días, creé una hoja de cálculo de mis resultados, con cada grupo obteniendo su propia columna. En la parte inferior, calculé la media, el crecimiento promedio de los cristales — para cada grupo.
Mi grupo de control super saturado creció 10,5 gramos de dulces en promedio. Los dulces se veían rosados y sabrosos. Pero mis otros grupos crecieron en promedio, cero gramos de dulces. Parecían trozos de cuerda azul o verde empapados. Algunas de las tazas incluso crecieron moho. (Bruto. No comas eso.)
¿Los tres grupos eran diferentes entre sí? Ciertamente parecía que el grupo súper saturado era diferente. Pero para estar seguro, necesitaba hacer algunas pruebas estadísticas que interpretaran mis hallazgos.
La primera prueba que hice fue un análisis de varianza, o ANOVA. Esta prueba se utiliza para comparar las medias de tres o más grupos. Hay calculadoras gratuitas que ejecutarán esta prueba por usted en línea. Usé el de las Buenas Calculadoras.
Esta prueba le da dos resultados, una estadística F y un valor p. Una estadística F es un número que indica si tres o más grupos son diferentes entre sí. Cuanto mayor sea la estadística F, más probable es que los grupos sean diferentes entre sí de alguna manera. Mi estadística era de 42,8. Eso es muy grande; hay una gran diferencia entre esos tres grupos.
El valor de p es una medida de probabilidad. Mide la probabilidad de que encuentre por accidente una diferencia entre mis tres grupos que sea al menos tan grande como la que reporto. Un valor de p de menos de 0,05 (o cinco por ciento) es considerado por muchos científicos como estadísticamente «significativo».»El valor de p que obtuve de Buenas Calculadoras era tan pequeño que se reportó como 0. Hay un 0% de probabilidad de que vea una diferencia tan grande por accidente.
Pero estos son solo números que informan de una diferencia entre los tres grupos. No me dicen dónde está la diferencia. ¿Está entre el grupo de control y el grupo 0.33:1? ¿El grupo 1:1 y el grupo 0.33:1? ¿Ambos? Ni? No tengo idea.
Para aprender, necesito ejecutar otra prueba. Esta prueba se llama prueba post hoc, una que me permite analizar más a fondo mis datos. Las pruebas post-hoc solo se deben usar cuando se tiene un resultado significativo que analizar.
Hay muchos tipos de pruebas post-hoc. Usé la prueba de alcance de Tukey. Compara todos los medios entre todos los grupos. Comparará la relación de 3:1 con la de 1:1, luego 3:1 a 0,33 a 1, y finalmente 1:1 a 0,33 a 1. Para cada uno, la prueba de rango de Tukey da un valor p.
La prueba de rango de Mi Tukey mostró que el grupo de control 3:1 era significativamente diferente del 1:1 (un valor de p de 0.01, una probabilidad de un uno por ciento de diferencia). El grupo 3:1 también fue significativamente diferente del grupo 0.33:1 (un valor de p de 0.01). Pero los grupos 1:1 y 0.33:1 no eran diferentes entre sí (lo que cabría esperar, ya que ambos promediaron un crecimiento de cristal cero). Hice un gráfico para mostrar mis resultados.
Este experimento parece bastante claro: Si quieres caramelos de roca, necesitas mucha azúcar. La solución supersaturada es imprescindible para que el azúcar pueda cristalizarse en su cuerda.
Pero siempre hay cosas que un científico puede hacer mejor en cualquier estudio. Por ejemplo, tenía tres grupos con diferentes cantidades de azúcar en el agua. Pero otro buen control, un grupo donde nada cambia, sería uno sin azúcar en el agua en absoluto. La próxima vez que quiera hacerme unos dulces, tengo otro experimento que hacer.
Lista de Materiales
de azúcar Granulada (6 bolsas, $6.36 cada uno)
Parrilla pinchos (pack de 100, $4.99)
vasos de plástico Transparente (pack de 100, $6.17)
String ($2.84)
olla Grande (de 4 cuartos de galón, $11.99)
tazas de Medir ($7.46)
cinta Scotch ($1.99)
colorante de Alimentos ($3.66)
Rollo de toallas de papel ($0.98)
guantes de Nitrilo o látex de los guantes ($4.24)
Pequeña escala digital ($11.85)