Pewarna makanan menggambarkan difusi dalam air. Difusi adalah pencampuran molekul karena gerakan acak mereka, baik dalam cairan atau gas. Karena molekul dalam air dingin memiliki energi kinetik yang lebih sedikit daripada di air hangat, proses difusi jauh lebih lambat daripada di air hangat. Namun pewarna makanan juga dapat menunjukkan gerakan yang tidak acak, seperti pengadukan air secara konveksi.
TL; DR (Terlalu Panjang; Tidak Membaca)
TL; DR: Pewarna makanan yang ditambahkan ke bagian tengah gelas berisi air dingin akan tenggelam ke dasar. Jika Anda mengaduk air dingin, atau menambahkan pewarna ke air hangat, itu akan menyebar lebih cepat.
Mekanisme Difusi
Difusi tidak memerlukan agitasi, seperti pengadukan, meskipun agitasi mempercepat proses. Dalam hal pewarna makanan dalam air, air adalah pelarut sedangkan pewarna makanan adalah zat terlarut. Setelah tercampur, mereka membuat larutan. Difusi membutuhkan waktu, meskipun berapa banyak waktu tergantung pada energi kinetik molekul yang memantul secara acak satu sama lain. Pantulan acak ini – disebut gerak Brown – dihasilkan dari getaran atom, yang dilakukan semakin cepat dan semakin keras semakin panas. Hasil akhir dari gerakan-gerakan ini, dari waktu ke waktu, adalah solusi akhir yang seragam.
Pencampuran Dengan Perbedaan Dalam Gravitasi Spesifik
•••Dankingphotography/iStock/Getty Images
Pewarna makanan memiliki berat jenis yang sedikit lebih tinggi, atau kerapatan relatif, daripada air, jadi sebelum memiliki waktu untuk menyebar, ia cenderung tenggelam di dalam air. Saat air dingin, dan laju difusi lebih lambat, lebih banyak pewarna makanan yang tetap menyatu dalam gumpalan yang jatuh ke dasar wadah. Dibiarkan sendiri dan tidak terganggu, mungkin membentuk lapisan di bagian bawah; karena gerakan Brown, tidak akan ada batas yang tegas antara air dan pewarnaan. Gerakan acak molekul secara bertahap akan menyebarkan warna ke dalam air. Agitasi akan mempercepat proses difusi.
Pencampuran dengan Konveksi
Jika wadah air lebih hangat atau lebih dingin dari udara sekitar, maka akan mengembangkan pola aliran konvektif saat air mendekati suhu lingkungan. Dalam kasus air dingin di lingkungan yang hangat, sisi wadah menghantarkan panas ke pinggiran air. Air yang lebih dingin dan lebih padat di bagian tengah akan tenggelam. Pewarna makanan yang ditambahkan ke kolom sinking center ini akan mengalirkan aliran konvektif ke dasar wadah, tetapi kemudian juga akan mengalirkan aliran ke samping, kembali ke atas untuk berputar lagi. Aliran ini berfungsi untuk mengaduk larutan, mempercepat difusi.
Apa Yang Terjadi Ketika Air Diubah?
Bandingkan efek panas dan kepadatan pada difusi pewarna makanan. Coba perbandingan difusi berdampingan dalam air dingin dan air hangat. Difusi akan jauh lebih lambat di air dingin. Coba larutkan setengah sendok garam ke dalam air, lalu jatuhkan pewarna makanan. Pewarnaan masih akan menyebar, tetapi tidak akan tenggelam karena air asin memiliki berat jenis yang lebih tinggi. Coba letakkan sumber panas, seperti lampu pijar, pada satu sisi kaca, dan tunggu beberapa menit sebelum menjatuhkan pewarna. Ini akan naik - dan dengan demikian membuat terlihat - aliran konvektif.