Madfarvning illustrerer diffusion i vand. Diffusion er blanding af molekyler på grund af deres tilfældige bevægelse, hvad enten det er i en væske eller en gas. Fordi molekyler i koldt vand har mindre kinetisk energi end i varmt vand, er diffusionsprocessen meget langsommere end i varmt vand. Men madfarven kan også vise bevægelse, der ikke er tilfældig, såsom omrøring af vandet ved konvektion.
TL; DR (for lang; Har ikke læst)
TL; DR: Madfarve tilsat til midten af et bægerglas med koldt vand synker til bunden. Hvis du rører det kolde vand eller tilsætter farvningen til varmt vand, diffunderer det meget hurtigere.
Diffusionens mekanisme
Diffusion kræver ikke omrøring, såsom omrøring, selvom omrøring fremskynder processen. I tilfælde af madfarvning i vand er vandet opløsningsmidlet, mens madfarve er det opløste stof. Når de har blandet sig, laver de en løsning. Diffusion tager tid, selvom hvor meget tid afhænger af molekylernes kinetiske energi, der tilfældigt hopper indbyrdes. Denne tilfældige hoppende - kaldet Brownian-bevægelse - skyldes atomerne vibrerer, hvilket de gør hurtigere og hårdere, jo varmere de er. Slutresultatet af disse bevægelser over tid er den endelige, ensartede løsning.
Blanding efter forskel i specifik tyngdekraft
•••Dankingphotography / iStock / Getty Images
Fødevarefarvningen har en lidt højere vægtfylde eller relativ tæthed end vand, så før den har tid til at diffundere, har den en tendens til at synke ned i vandet. Når vandet er koldt, og diffusionshastigheden er langsommere, forbliver mere af madfarven sammen i en sky, der falder til bunden af beholderen. Efterladt alene og uforstyrret kan det danne et lag i bunden; på grund af Brownian-bevægelse er der dog ikke en skarpt defineret grænse mellem vandet og farvestoffet. Molekylernes tilfældige bevægelse vil gradvist diffundere farven i vandet. Agitation vil fremskynde processen med diffusion.
Blanding ved konvektion
Hvis vandbeholderen er varmere eller køligere end den omgivende luft, udvikler den konvektive strømningsmønstre, når vandet nærmer sig den omgivende temperatur. I tilfælde af koldt vand i et varmt miljø fører siderne på beholderen varme til vandets periferi. Det kølige, tættere vand i midten synker. Fødevarefarvning tilføjet til denne synkende midtersøjle vil ride den konvektive strøm til bunden af beholderen, men så vil den også køre strømmen op ad siderne, tilbage til toppen for at cykle rundt igen. Denne strøm tjener til at omrøre opløsningen og fremskynde diffusionen.
Hvad sker der, når vandet ændres?
Sammenlign virkningerne af varme og tæthed på diffusionen af madfarven. Prøv en sammenligning side om side af diffusion i koldt vand og i varmt vand. Diffusionen vil være meget langsommere i det kolde vand. Prøv at opløse en halv skefuld salt i vand, og slip derefter madfarven. Farven diffunderer stadig, men den synker ikke, fordi saltvandet har en højere vægtfylde. Prøv at placere en varmekilde, f.eks. Et glødelampe, mod den ene side af glasset, og vent et par minutter, før du farver farven. Den vil ride - og derved synliggøre - den konvektive strømning.