關鍵概念
化學
溶解度
溫度
飽和度
引言
你正在看一部動作片，突然英雄猛地穿過玻璃窗！或者在英雄進行激動人心的汽車追逐時，汽車窗戶破碎了！玻璃看起來如此逼真，但信不信由你，電影片場很少在這些場景中使用真正的玻璃。你能猜到他們用什麼代替嗎？如果你猜是糖果，那就對了！電影片場不使用昂貴、難以更換且危險的真正玻璃，而是使用糖玻璃！這種便宜、易於製作的替代品看起來像玻璃，而且嚐起來像糖果！在這個活動中，你將製作自己的美麗版本——一個看起來好吃又好看的彩色糖玻璃窗！
背景
你可能很熟悉食糖。你知道它嚐起來是什麼味道，可能也知道它看起來和摸起來是什麼感覺。你甚至可能知道食糖來自甘蔗或甜菜（沒錯，世界上 20% 的糖來自甜菜！）。糖有幾種不同的型別，它們透過化學結構來區分。食糖的化學名稱是蔗糖。蔗糖是一個相對較大的糖分子，可以分解為更小的簡單糖，稱為葡萄糖和果糖。在今天的活動中，當我們說糖時，我們指的是蔗糖。
關於支援科學新聞
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保未來關於塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事。
我們能看到和感覺到的食糖晶體被稱為糖顆粒。食糖顆粒由數百萬個微小的蔗糖分子組成，它們聚集在一起。一個方糖至少有一萬億億個蔗糖分子！
如果你曾經把一個方糖或一茶匙糖放進一杯茶或檸檬水中，你就會知道糖通常會溶解在水中。當這種情況發生時，你無法在液體中看到糖（即使你可以嚐到它！）。
當糖新增到水（或水基飲料）中時，那些大的糖顆粒會分解成單個太小而看不見的蔗糖分子。發生這種情況是因為單個蔗糖分子被水分子吸引。由於蔗糖和水分子相互吸引，你可以在水中溶解大量糖。然而，為了使糖果變甜，我們需要大量的糖。這很棘手，因為就像海綿只能容納那麼多水一樣，水本身也只能容納有限量的糖。在某個時候，蔗糖分子太多，而水分子不足以將它們彼此拉開。當這種情況發生時，我們說溶液是飽和的——它不能容納更多的糖。當溶液變得飽和時，糖顆粒無法被拉開。當這種情況發生時，我們可以看到水中那些未溶解的糖晶體。那麼我們如何使剩餘的糖溶解在水中，並使我們的糖果格外甜呢？我們將在本次活動中找到答案！
材料
八分之一茶匙塔塔粉
一杯水
一杯又四分之三的砂糖
半杯淺色玉米糖漿
鋁製烤盤
不粘烹飪噴霧或羊皮紙
平底鍋
攪拌碗
冷水和一些冰塊
烤箱或電爐
食用色素
木勺
金屬叉子（至少一個）
糖果溫度計（沒有溫度計也可以進行此活動，但如果可以的話，我們建議使用溫度計。如果沒有溫度計，請參考此線上指南來判斷糖漿的溫度： 糖果烹飪階段）
隔熱手套
時鐘或定時器
一張紙（或實驗室筆記本）和鉛筆
成年人幫助處理高溫材料
準備工作
將塔塔粉、水、糖和玉米糖漿放入平底鍋中。
將幾杯冷水放入攪拌碗中（直到至少半滿）。加入一些冰塊。
將糖果溫度計放入平底鍋中——確保它沒有接觸到鍋底。
用烹飪噴霧噴塗鋁製烤盤或用羊皮紙覆蓋。如果使用羊皮紙，請摺疊邊緣，使紙張適合放入烤盤中。
在你的紙上製作一個表格，列出溫度、時間、外觀、感覺和其他觀察結果的列。畫八行。按照以下方式填寫溫度列的每一行
第 1 行“室溫 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“室溫 2”
步驟
注意：糖漿非常熱且粘稠！以下步驟應在成人幫助和直接監督下完成。
在表格的第 1 行中，根據你的觀察結果填寫其他四列。使用木勺（或你乾淨的手）記錄鍋中內容物的外觀和感覺。使用其他觀察結果列記錄其他任何看起來有趣的事情。鍋中的液體有多濃稠？你會把它比作水還是楓糖漿？溶液是清澈的嗎？你能看到單獨的成分，例如糖嗎？或者它溶解在水中了嗎？你預測加熱溶液後會發生什麼？
將平底鍋放在爐子上，並設定為中火。在第 1 行的時間列中寫入開始加熱液體的時間。加熱溶液時要小心：為了製作清晰的視窗，你需要緩慢加熱糖，否則它會焦糖化（變成棕色）。使用木勺慢慢攪拌成分，並注意它們的稠度和外觀。繼續攪拌溶液，直到它緩慢沸騰。
當溫度計上的溫度達到 230°F 時，讓你的成人助手用木勺小心地將少量溶液從平底鍋中滴入你的冰水碗中。在表格的第 2 行中記錄溫度達到 230°F 的時間。
等待糖冷卻，然後用你的手探索水中的糖溶液滴。在表格的第 2 行中寫下你的觀察結果。它感覺如何？它會溶解在你的手指中還是保持形狀？是硬的還是軟的？它看起來像什麼？鍋中的溶液看起來像什麼？自從你開始加熱以來，它發生了什麼變化？
當溫度計上的溫度達到 235°F 時，重複這些步驟。讓你的成人助手用木勺小心地將少量溶液從平底鍋中滴入你的冰水碗中。在表格的第 3 行中記錄溫度達到 235°F 的時間。
等待糖冷卻，然後用你的手探索水中的糖溶液滴。在表格的第 3 行中寫下你的觀察結果。糖的感覺和外觀發生了什麼變化？它感覺如何？它會溶解在你的手指中還是保持形狀？是硬的還是軟的？你能塑造它來形成不同的形狀嗎？如果你嘗試將其從冷水中取出，會發生什麼？它看起來像什麼？鍋中的溶液看起來像什麼？自從你開始加熱以來，它發生了什麼變化？
當溫度達到 245°F、255°F、275°F 和 300°F 時，重複這些步驟。如果糖漿的溫度沒有升高，請逐漸增加燃燒器的熱量。隨著溶液升溫，在處理糖之前，請留出足夠的時間讓糖在冰水中冷卻。你可以根據需要在碗中加入冰塊以保持冰冷。
當溫度在 300°F 和 310°F 之間時，讓你的成人助手小心地將糖混合物倒入準備好的錫箔盤中。用勺子將糖漿均勻地鋪在盤中。
在熱糖漿表面滴上食用色素。用叉子旋轉顏色——玩得開心，發揮創意！但不要舔叉子——糖漿很燙！
讓糖漿完全冷卻。
小心地從平底鍋中取出你的糖玻璃。將其舉到光源或視窗處，以便你可以清楚地看到顏色。真漂亮！
填寫表格中的最後一行（第 8 行）。注意不同溫度下糖溶液的外觀和感覺差異。你在什麼溫度下注意到外觀變化最大？你在什麼溫度下注意到糖漿的感覺變化最大？糖在某些點加熱得比其他點快嗎？
額外提示：透過改變糖的溫度和加熱和冷卻的速度，可以製作不同型別的糖果。你可以嘗試不同的糖果製作方法，在較低溫度下取出糖漿，並觀察在每個溫度階段製作的糖果型別。你可以測試更高的溫度，但要注意，糖在 350°F 時會燃燒。
觀察結果和結果
在此活動中，你觀察了蔗糖溶解在水和加熱時發生的物理變化。當你開始在室溫 1 下進行活動時，溶液是飽和的，你可以看到水中的糖晶體。然而，當你加熱糖漿時，糖溶解了，溶液變得清澈，因此你不再能看到單獨的糖晶體。
為什麼加熱溶液後，原本無法溶解的糖反而能溶解在水中？加熱溶液會使分子以更快的速度移動。因此，糖分子和水分子更頻繁地、以更大的力量相互接觸。想象一下，你搭建了三輛樂高汽車，然後把它們一起放進一個罐子裡。如果你輕輕搖晃罐子，可能會有一些樂高零件掉下來，但汽車基本保持完整。然而，如果你用力搖晃罐子，汽車會更頻繁地、以更大的力量相互碰撞，更多的零件會脫落。這與你加熱糖溶液時發生的情況類似。水分子撞擊糖分子，導致它們從較大的糖顆粒中脫離出來。
隨著糖在溶液中溶解，你應該觀察到糖漿的外觀和觸感發生了其他變化。在每個記錄的溫度點，溶液中的糖都處於不同的階段。這些階段以糖的物理外觀和形態變化為標誌。當溶液中的水分沸騰蒸發，溶液的糖濃度增加時，就會發生這些變化。在 230°F 時，糖漿處於拉絲階段。在這個階段，你的糖漿大約含有 80% 的糖和 20% 的水，水分仍然過多，無法使糖漿定型。當你將糖漿滴入冷水中時，它會形成非常鬆散的液態細絲，可能無法很好地保持形狀。即使你不能在這個階段製作糖果，你也可以製作糖漿。
下一個糖烹飪階段被稱為軟球階段，當糖漿的溫度達到 235°F 時。此時糖漿的糖濃度約為 85%，這個階段的名稱可能對你來說很有意義。較高的糖濃度使糖漿變稠，使其能夠保持形狀。當你將糖漿滴入冷水中時，你能夠將其塑造成一個柔軟、有彈性的球。如果你將球從水中取出，你應該觀察到它會失去形狀並變平。如果你在這個階段停止加熱糖，你可以製作軟糖或果仁糖！
下次你測試糖漿時，在 245°F 時，它已達到硬球階段。你能猜出為什麼這個階段叫這個名字嗎？希望你可以，因為當你在這個階段將糖漿滴入冷水中時，你可以將其塑造成一個堅硬的球，當從水中取出時，它可以保持形狀。此時，糖漿的糖濃度約為 87%，僅僅是糖濃度的微小差異，就會導致糖漿的硬度發生巨大變化。
下一個階段稱為硬球階段，當糖漿加熱到 255°F 時達到。此時糖濃度為 92%，當你將糖漿滴入冷水中時，你可能會觀察到它從勺子上滴下來時形成厚厚的繩狀細絲。由於在這個階段它的水分較少，一旦糖漿進入冷水，它應該會形成一個更難塑造成不同形狀的硬球。棉花糖和軟糖是由處於硬球階段的糖製成的。
當糖漿達到 275°F 時，你可能會注意到平底鍋中的糖漿有更小、更厚的泡泡。這個階段被稱為軟裂階段，糖濃度非常高，約為 95%。因此，當你將糖漿滴入冷水中時，它應該會形成可以稍微彎曲然後才會斷裂的細絲。如果你想製作太妃糖，你可以在這個階段將糖從火上移開。
此活動的最後階段是硬裂階段，當你糖漿加熱到 300°F 時達到。在這個溫度下，幾乎所有的水都已沸騰蒸發，因此溶液中 99% 是糖。當你將其滴入冷水中時，它應該會形成堅硬、易碎的細絲，很容易斷裂。這是用來製作太妃糖和硬糖（如棒棒糖）或電影中使用的糖玻璃的階段！
你可能想知道我們為什麼要新增其他成分：玉米糖漿和塔塔粉。新增這些成分有助於形成我們在此活動中想要的透明、玻璃狀結構。玉米糖漿有助於防止糖分子在糖漿冷卻時重新結合在一起並形成大顆粒（或晶體）。塔塔粉有助於將蔗糖分子進一步分解成簡單的糖：葡萄糖和果糖。食用色素則使整個過程成為一件藝術品！
更多探索 溶解度科學：如何培養最好的晶體，來自《大眾科學》甜蜜科學：製作棉花糖，來自《大眾科學》糖果色譜分析：是什麼造就了這些顏色？，來自 Science Buddies
適合所有年齡段的科學活動！來自 Science Buddies http://www.sciencebuddies.org/science-activities
此活動由Science Buddies合作推出
