צבע מאכל ממחיש דיפוזיה במים. דיפוזיה היא ערבוב מולקולות עקב תנועתן האקראית, בין אם בנוזל או בגז. מכיוון שלמולקולות במים קרים יש פחות אנרגיה קינטית מאשר במים חמים, תהליך הדיפוזיה איטי בהרבה מאשר במים חמים. אך צבע המאכל יכול להראות גם תנועה שאינה אקראית, כמו תסיסה במים באמצעות הסעה.
TL; DR (ארוך מדי; לא קרא)
TL; DR: צבעי מאכל שנוספו למרכז כוס מים קרים ישקעו לתחתית. אם מערבבים את המים הקרים, או מוסיפים את הצביעה למים חמים, הם יתפזרו הרבה יותר מהר.
מנגנון הפיזור
דיפוזיה אינה דורשת תסיסה, כגון ערבוב, אם כי תסיסה מזרזת את התהליך. במקרה של צבעי מאכל במים, המים הם הממיס ואילו צבעי המאכל הם המומס. לאחר שהתערבבו הם עושים פיתרון. דיפוזיה אורכת זמן, אם כי כמה זמן תלוי באנרגיה הקינטית של המולקולות המקפצות אקראית זו בזו. הקפצה אקראית זו - הנקראת תנועה בראונית - נובעת מכך שהאטומים רוטטים, מה שהם עושים מהר יותר ויותר ככל שהם חמים יותר. התוצאה הסופית של תנועות אלה, לאורך זמן, היא הפתרון הסופי והאחיד.
ערבוב לפי הבדל בכוח המשיכה הספציפי
•••Dankingphotography / iStock / Getty Images
לצבע המאכל כובד ספציפי גבוה יותר, או צפיפות יחסית, מאשר מים, לכן לפני שהוא מספיק להתפזר, הוא נוטה לשקוע במים. כאשר המים קרים וקצב הדיפוזיה איטי יותר, יותר מצבעי המאכל נשארים יחד בפלומה שנופלת לתחתית המיכל. כשהוא נשאר לבד ולא מופרע, הוא עלול ליצור שכבה בתחתית; בגלל התנועה הבראונית, לעומת זאת, לא יהיה גבול מוגדר חד בין המים לצביעה. התנועה האקראית של המולקולות תפיץ את הצבע בהדרגה למים. תסיסה תאיץ את תהליך הדיפוזיה.
ערבוב לפי הסעה
אם מיכל המים חם או קריר יותר מהאוויר הסביבתי, הוא יפתח דפוסי זרימה סיבוביים ככל שהמים מתקרבים לטמפרטורת הסביבה. במקרה של מים קרים בסביבה חמה, דפנות המיכל מוליכות חום לפריפריה של המים. המים הצוננים והצפופים במרכז שוקעים. צבע מאכל שנוסף לעמוד מרכז שוקע זה ירכב את זרימת ההסעה לתחתית המכולה, אך אז הוא גם ירכב את הזרימה במעלה הצדדים, חזרה למעלה כדי לחזור סביב. זרימה זו משמשת לתסיסת הפתרון, מהיר את התפשטות.
מה קורה כשהמים משתנים?
השווה את השפעות החום והצפיפות על התפשטות צבע המאכל. נסה השוואה זו לצד זו של דיפוזיה במים קרים ובמים חמים. הדיפוזיה תהיה איטית בהרבה במים הקרים. נסו להמיס חצי כף מלח במים ואז זרקו את צבע המאכל. הצביעה עדיין תתפזר, אך היא לא תשקע מכיוון שלמי המלח יש כובד ספציפי גבוה יותר. נסה להניח מקור חום, כמו למשל אור ליבון, על צד אחד של הכוס, והמתין מספר דקות לפני שמפיל את הצביעה. הוא ירכב - ובכך יראה לעין - את הזרימה הסעתית.
