Matfärg illustrerar diffusion i vatten. Diffusion är blandningen av molekyler på grund av deras slumpmässiga rörelse, vare sig i en vätska eller en gas. Eftersom molekyler i kallt vatten har mindre kinetisk energi än i varmt vatten är diffusionsprocessen mycket långsammare än i varmt vatten. Men livsmedelsfärgningen kan också visa en rörelse som inte är slumpmässig, till exempel agitation av vattnet med konvektion.

TL; DR (för länge, läste inte)

TL; DR : Mat färgning läggs till mitten av en bägare med kallt vatten sjunker till botten. Om du rör det kalla vattnet, eller lägger färgen på varmt vatten, kommer det att diffundera mycket snabbare.

Diffusionens mekanism

Diffusion kräver ingen omröring, till exempel omröring, även om omröring gör processen snabbare. Vid matfärgning i vatten är vattnet lösningsmedel medan livsmedelsfärgen är lösningen. När de blivit blandade gör de en lösning. Diffusion tar tid, men hur mycket tid beror på molekylernas kinetiska energi som slumpmässigt studsar mellan varandra. Denna slumpmässiga studsning - kallad brunisk rörelse - kommer från atomerna som vibrerar, vilket de gör snabbare och hårdare ju hetare de är. Slutresultatet av dessa rörelser över tiden är den slutliga, enhetliga lösningen.

Blandning med skillnad i specifik gravitation

Matfärgen har en något högre specifik gravitation eller relativ densitet än vatten, så innan det har tid att diffundera tenderar det att sjunka i vattnet. När vattnet är kallt och diffusionshastigheten är långsammare, förblir mer av livsmedelsfärgningen ihop i en plum som faller till behållarens botten. Längs ensam och ostörd kan det bilda ett lager längst ner; På grund av brunisk rörelse kommer det dock inte att finnas en skarpt definierad gräns mellan vattnet och färgen. Molekylernas slumpmässiga rörelse diffunderar gradvis färgen i vattnet. Agitation kommer att påskynda diffusionsprocessen.

Blandning med konvektion

Om vattenbehållaren är varmare eller kallare än den omgivande luften, kommer den att utveckla konvektiva flödesmönster när vattnet närmar sig omgivningstemperaturen . Vid kallt vatten i en varm miljö leder behållarens sidor värme till vattnets periferi. Det svala, tätare vattnet i mitten sänks. Matfärgning som läggs till i denna sjunkande mittkolonn kommer att rida det konvektiva flödet till botten av behållaren, men då kommer det också att rida flödet upp sidorna, tillbaka till toppen för att cykla runt igen. Detta flöde tjänar till att agitera lösningen, påskynda diffusionen.

Vad händer när vattnet ändras?

Jämför effekterna av värme och densitet vid diffusionen av matfärgen. Prova en sida vid sida jämförelse av diffusion i kallt vatten och i varmt vatten. Spridningen kommer att bli mycket långsammare i kallt vatten. Försök att lösa en halv sked salt i vatten och släpp sedan matfärgen. Färgen kommer fortfarande att diffundera, men den sjunker inte eftersom saltvattnet har högre gravitation. Prova att placera en värmekälla, som ett glödlampa, mot ena sidan av glaset och vänta några minuter innan du släpper färgen. Det kommer att rida - och därigenom synliggöra - det konvektiva flödet.