Хранителните оцветители илюстрират дифузия във вода. Дифузията е смесване на молекули поради произволното им движение, независимо дали е в течност или газ. Тъй като молекулите в студената вода имат по-малко кинетична енергия, отколкото в топлата, процесът на дифузия е много по-бавен, отколкото в топлата вода. Но хранителният оцветител може да покаже и движение, което не е случайно, като разбъркване на водата чрез конвекция.
TL; DR (твърде дълго; Не прочетох)
TL; DR: Оцветителят за храна, добавен в центъра на мензура със студена вода, ще потъне на дъното. Ако разбъркате студената вода или добавите оцветителя в топла вода, тя ще се разпръсне много по-бързо.
Механизмът на дифузия
Дифузията не изисква разбъркване, като разбъркване, въпреки че разбъркването ускорява процеса. В случай на оцветител за храна във вода, водата е разтворител, докато оцветителят е разтвореното вещество. След като се смесят, те правят решение. Дифузията отнема време, но колко време зависи от кинетичната енергия на молекулите, произволно подскачащи помежду си. Това произволно подскачане - наречено Брауново движение - е резултат от вибрирането на атомите, което те правят по-бързо и по-силно, колкото по-горещи са. Крайният резултат от тези движения, с течение на времето, е окончателното, еднородно решение.
Смесване по разлика в специфичното тегло
•••Dankingphotography / iStock / Getty Images
Хранителният оцветител има малко по-високо специфично тегло или относителна плътност от водата, така че преди да има време да се разпръсне, има тенденция да потъва във водата. Когато водата е студена и скоростта на дифузия е по-бавна, по-голямата част от оцветителя остава заедно в шлейф, падащ на дъното на контейнера. Оставен сам и необезпокояван, той може да образува слой отдолу; поради Брауново движение обаче няма да има рязко определена граница между водата и оцветяването. Случайното движение на молекулите постепенно ще разпръсне цвета във водата. Разбъркването ще ускори процеса на дифузия.
Смесване чрез конвекция
Ако съдът с вода е по-топъл или по-хладен от околния въздух, той ще развие конвективни модели на потока, когато водата се приближи до температурата на околната среда. В случай на студена вода в топла среда, страните на контейнера провеждат топлина към периферията на водата. Хладната, по-плътна вода в центъра потъва. Хранителният оцветител, добавен към тази потъваща централна колона, ще насочи конвективния поток към дъното на контейнера, но след това ще отведе и потока нагоре по страните, обратно към върха, за да се върти отново. Този поток служи за разбъркване на разтвора, ускорявайки дифузията.
Какво се случва, когато водата се промени?
Сравнете въздействието на топлината и плътността върху дифузията на хранителния оцветител. Опитайте сравнение едно до друго на дифузията в студена вода и в топла вода. Дифузията ще бъде много по-бавна в студената вода. Опитайте да разтворите половин лъжица сол във вода и след това пуснете хранителния оцветител. Оцветяването все още ще се разсейва, но няма да потъне, тъй като солената вода има по-голямо специфично тегло. Опитайте да поставите източник на топлина, като например лампа с нажежаема жичка, срещу едната страна на стъклото и изчакайте няколко минути, преди да пуснете оцветяването. Той ще се движи - и по този начин ще направи видим - конвективния поток.