O corante alimentar ilustra a difusão na água. A difusão é a mistura de moléculas devido ao seu movimento aleatório, seja em um líquido ou um gás. Como as moléculas na água fria têm menos energia cinética do que na água quente, o processo de difusão é muito mais lento do que na água quente. Mas o corante alimentar também pode mostrar movimento que não é aleatório, como agitação da água por convecção.
TL; DR (muito longo; Não li)
TL; DR: O corante alimentício adicionado ao centro de um copo de água fria irá afundar. Se você mexer a água fria ou adicionar o corante à água morna, ela se difundirá muito mais rapidamente.
O Mecanismo de Difusão
A difusão não requer agitação, como mexer, embora a agitação acelere o processo. No caso do corante alimentar em água, a água é o solvente, enquanto o corante alimentar é o soluto. Depois de misturados, eles fazem uma solução. A difusão leva tempo, embora quanto tempo dependa da energia cinética das moléculas que saltam aleatoriamente entre si. Esse salto aleatório - chamado de movimento browniano - resulta da vibração dos átomos, que eles fazem mais rápido e mais forte quanto mais quentes estão. O resultado final desses movimentos, ao longo do tempo, é a solução final uniforme.
Mistura por diferença na gravidade específica
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O corante alimentar tem um peso específico ligeiramente maior, ou densidade relativa, do que a água, portanto, antes que tenha tempo de se difundir, ele tende a afundar na água. Quando a água está fria e a taxa de difusão é mais lenta, mais corante alimentar permanece junto em uma pluma que cai para o fundo do recipiente. Deixado sozinho e sem ser perturbado, ele pode formar uma camada na parte inferior; por causa do movimento browniano, porém, não haverá uma fronteira nitidamente definida entre a água e a coloração. O movimento aleatório das moléculas difundirá gradualmente a cor na água. A agitação irá acelerar o processo de difusão.
Mistura por Convecção
Se o recipiente de água for mais quente ou mais frio do que o ar ambiente, ele desenvolverá padrões de fluxo convectivo conforme a água se aproxima da temperatura ambiente. No caso da água fria em um ambiente quente, as laterais do recipiente conduzem o calor para a periferia da água. A água fria e mais densa no centro afunda. Corante alimentício adicionado a esta coluna central que afunda irá conduzir o fluxo convectivo para o fundo do contêiner, mas também irá conduzir o fluxo pelas laterais, de volta ao topo para circular novamente. Esse fluxo serve para agitar a solução, agilizando a difusão.
O que acontece quando a água é alterada?
Compare os efeitos do calor e da densidade na difusão do corante alimentar. Experimente uma comparação lado a lado da difusão em água fria e em água quente. A difusão será muito mais lenta na água fria. Experimente dissolver meia colher de sal em água e, em seguida, jogue o corante alimentar. A coloração ainda vai se difundir, mas não vai afundar porque a água salgada tem uma gravidade específica mais alta. Experimente colocar uma fonte de calor, como uma luz incandescente, em um lado do vidro e aguarde alguns minutos antes de descartar a coloração. Ele passará - e assim tornará visível - o fluxo convectivo.