Potravinářské barvivo ilustruje difúzi ve vodě. Difúze je míšení molekul v důsledku jejich náhodného pohybu, ať už v kapalině nebo v plynu. Protože molekuly ve studené vodě mají menší kinetickou energii než v teplé vodě, je proces difúze mnohem pomalejší než v teplé vodě. Ale potravinářské barvivo může také ukázat pohyb, který není náhodný, jako je například míchání vody konvekcí.
TL; DR (příliš dlouhý; Nečetl)
TL; DR: Potravinové barvivo přidané do středu kádinky se studenou vodou klesne ke dnu. Pokud zamícháte studenou vodu nebo přidáte barvivo do teplé vody, rozptýlí se mnohem rychleji.
Mechanismus šíření
Difúze nevyžaduje míchání, jako je míchání, i když míchání proces urychluje. V případě potravinářského barviva ve vodě je vodou rozpouštědlo, zatímco potravinářským barvivem je rozpuštěná látka. Jakmile se smíchají, vytvoří řešení. Difúze vyžaduje čas, i když kolik času závisí na kinetické energii molekul náhodně se odrážejících mezi sebou. Toto náhodné odrážení - nazývané Brownův pohyb - je výsledkem vibrací atomů, které dělají rychleji a tvrději, čím jsou teplejší. Konečným výsledkem těchto pohybů je v průběhu času konečné jednotné řešení.
Míchání podle rozdílu specifické gravitace
•••Dankingphotography / iStock / Getty Images
Potravinářské barvivo má o něco vyšší měrnou hmotnost nebo relativní hustotu než voda, takže než stihne difundovat, má tendenci se ve vodě ponořit. Když je voda studená a rychlost difúze je pomalejší, více potravinářských barviv zůstává pohromadě v oblaku padajícím na dno nádoby. Ponechán sám a nerušeně by mohl tvořit vrstvu dole; kvůli Brownovu pohybu však nebude mezi vodou a zbarvením ostře ohraničená hranice. Náhodný pohyb molekul postupně rozptýlí barvu do vody. Míchání urychlí proces difúze.
Míchání konvekcí
Pokud je nádoba na vodu teplejší nebo chladnější než okolní vzduch, bude se vyvíjet konvekční proudění, jakmile se voda přiblíží okolní teplotě. V případě studené vody v teplém prostředí vedou strany nádoby teplo k okraji vody. Chladná a hustší voda ve středu klesá. Potravinové barvivo přidané do tohoto potápějícího se středního sloupu bude řídit konvektivní tok na dno nádoby, ale pak bude také řídit tok nahoru po stranách, zpět nahoru, aby se znovu otočil. Tento tok slouží k míchání roztoku a urychlení difúze.
Co se stane, když dojde ke změně vody?
Porovnejte účinky tepla a hustoty na šíření potravinářského barviva. Vyzkoušejte vzájemné srovnání difúze ve studené vodě a v teplé vodě. Ve studené vodě bude difúze mnohem pomalejší. Zkuste rozpustit půl lžíce soli ve vodě a poté odložit potravinářské barvivo. Barvení bude stále difundovat, ale neklesne, protože slaná voda má vyšší měrnou hmotnost. Zkuste na jednu stranu sklenice umístit zdroj tepla, například žárovku, a počkejte několik minut, než zbarvíte. Bude jezdit - a tím zviditelnit - konvektivní tok.