Matfärg illustrerar diffusion i vatten. Diffusion är blandning av molekyler på grund av deras slumpmässiga rörelse, vare sig det är i en vätska eller i en gas. Eftersom molekyler i kallt vatten har mindre kinetisk energi än i varmt vatten är diffusionsprocessen mycket långsammare än i varmt vatten. Men matfärgen kan också visa rörelser som inte är slumpmässiga, till exempel omrörning av vattnet genom konvektion.
TL; DR (för lång; läste inte) |
TL; DR : Matfärg som läggs till i mitten av en bägare med kallt vatten sjunker till botten. Om du rör om det kalla vattnet eller lägger till färgen i varmt vatten kommer det att spridas mycket snabbare.
Diffusion Mechanism -
Diffusion kräver inte omröring, till exempel omrörning, men omrörning påskyndar hastigheten bearbeta. När det gäller livsmedelsfärgning i vatten är vattnet lösningsmedlet medan matfärgen är det lösta ämnet. När de har blandat sig gör de en lösning. Diffusion tar tid, men hur mycket tid beror på den kinetiska energin i molekylerna som slumpmässigt studsar mellan varandra. Denna slumpmässiga studsning - kallad brownisk rörelse - är resultatet av atomerna vibrerar, vilket de gör snabbare och hårdare desto varmare de är. Slutresultatet av dessa rörelser, med tiden, är den slutliga, enhetliga lösningen.
Mixing by Difference In Specific Gravity | ••• Dankingphotography /iStock /Getty Images
Matfärgen har en något högre specifik tyngdkraft 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 matfärgen i en plommon som faller till botten av behållaren. Lämnad ensam och ostörd kan det bilda ett lager längst ner; på grund av brownisk rörelse kommer det dock inte att finnas en skarpt definierad gräns mellan vattnet och färgningen. Molekylernas slumpmässiga rörelse sprider gradvis färgen i vattnet. Omrörning påskyndar diffusionsprocessen.
Blandning genom konvektion.
Om vattenbehållaren är varmare eller kallare än den omgivande luften, kommer den att utveckla konvektiva flödesmönster när vattnet närmar sig omgivningstemperaturen. När det gäller kallt vatten i en varm miljö leder behållarens sidor värme till vattnets periferi. Det svala, tätare vattnet i mitten sjunker. Matfärgning som läggs till denna sjunkande mittkolonn kommer att rida konvektivt flöde till botten av behållaren, men sedan kommer det också att rida flödet upp på sidorna, tillbaka till toppen för att cykla igen. Detta flöde tjänar till att agitera lösningen och påskynda diffusionen.
Vad händer när vattnet förändras?
Jämför effekterna av värme och densitet på spridningen av matfärgen. Försök en jämförelse sida vid sida av diffusion i kallt vatten och i varmt vatten. Diffusionen kommer att bli mycket långsammare i det kalla vattnet. Försök att lösa upp en halv sked salt i vatten och släpp sedan matfärgen. Färgen diffunderar fortfarande, men det sjunker inte eftersom saltvattnet har en högre specifik tyngdkraft. Försök att placera en värmekälla, till exempel en glödlampa, mot ena sidan av glaset och vänta några minuter innan du tappar färgen. Det kommer att rida - och därmed synliggöra - det konvektiva flödet.
