Colorantul alimentar ilustrează difuzia în apă. Difuzia este amestecarea moleculelor datorită mișcării lor aleatorii, fie într-un lichid, fie într-un gaz. Deoarece moleculele din apa rece au mai puțină energie cinetică decât în apa caldă, procesul de difuzie este mult mai lent decât în apa caldă. Dar colorantul alimentar poate prezenta și mișcări care nu sunt întâmplătoare, cum ar fi agitarea apei prin convecție.
TL; DR (Prea lung; Nu am citit)
TL; DR: Colorantul alimentar adăugat în centrul unui pahar cu apă rece se va scufunda în fund. Dacă amestecați apa rece sau adăugați colorarea în apă caldă, aceasta se va difuza mult mai repede.
Mecanismul difuziei
Difuzarea nu necesită agitație, cum ar fi agitarea, deși agitația accelerează procesul. În cazul coloranților alimentari în apă, apa este solventul, în timp ce colorantul alimentar este solutul. Odată ce s-au amestecat, fac o soluție. Difuzarea necesită timp, deși cât de mult timp depinde de energia cinetică a moleculelor care ricoșează aleator între ele. Această săritură aleatorie - numită mișcare browniană - rezultă din vibrația atomilor, pe care o fac mai repede și mai greu cu cât sunt mai fierbinți. Rezultatul final al acestor mișcări, în timp, este soluția finală, uniformă.
Amestecarea prin diferența de greutate specifică
•••Dankingphotography / iStock / Getty Images
Colorantul alimentar are o greutate specifică sau densitate relativă puțin mai mare decât apa, așa că, înainte de a avea timp să difuzeze, tinde să se scufunde în apă. Când apa este rece și viteza de difuzie este mai lentă, mai mult din coloranții alimentari rămân împreună într-un panou care cade pe fundul recipientului. Lăsat singur și netulburat, ar putea forma un strat în partea de jos; din cauza mișcării browniene, totuși, nu va exista o graniță bine definită între apă și colorare. Mișcarea aleatorie a moleculelor va difuza treptat culoarea în apă. Agitația va accelera procesul de difuzie.
Amestecarea prin convecție
Dacă recipientul cu apă este mai cald sau mai rece decât aerul ambiant, acesta va dezvolta modele de flux convectiv pe măsură ce apa se apropie de temperatura ambiantă. În cazul apei reci într-un mediu cald, părțile laterale ale recipientului conduc căldura către periferia apei. Apa rece și mai densă din centru se scufundă. Colorantul alimentar adăugat la această coloană centrală care se scufundă va conduce fluxul convectiv până la fundul recipientului, dar apoi va duce și fluxul pe părțile laterale, înapoi în partea de sus pentru a circula din nou. Acest flux servește la agitarea soluției, accelerând difuzia.
Ce se întâmplă când apa este modificată?
Comparați efectele căldurii și densității asupra difuziei colorantului alimentar. Încercați o comparație side-by-side a difuziei în apă rece și în apă caldă. Difuzia va fi mult mai lentă în apa rece. Încercați să dizolvați o jumătate de lingură de sare în apă și apoi aruncați colorantul alimentar. Colorarea va difuza în continuare, dar nu se va scufunda deoarece apa sărată are o greutate specifică mai mare. Încercați să plasați o sursă de căldură, cum ar fi o lumină incandescentă, pe o parte a sticlei și așteptați câteva minute înainte de a scăpa de colorare. Va călări - și astfel va face vizibil - fluxul convectiv.