Пищевой краситель демонстрирует распространение в воде. Диффузия - это смешение молекул из-за их беспорядочного движения, будь то в жидкости или в газе. Поскольку молекулы в холодной воде имеют меньшую кинетическую энергию, чем в теплой воде, процесс диффузии происходит намного медленнее, чем в теплой воде. Но пищевой краситель также может демонстрировать движение, которое не является случайным, например, движение воды конвекцией.
TL; DR (слишком длинный; Не читал)
TL; DR: Пищевой краситель, добавленный в центр стакана с холодной водой, опустится на дно. Если размешать холодную воду или добавить краситель в теплую воду, он расплывется намного быстрее.
Механизм диффузии
Для диффузии не требуется перемешивание, такое как перемешивание, хотя перемешивание действительно ускоряет процесс. В случае пищевого красителя в воде вода является растворителем, а пищевой краситель - растворенным веществом. После смешивания готовят раствор. Диффузия требует времени, хотя сколько времени зависит от кинетической энергии молекул, случайным образом подпрыгивающих между собой. Это случайное подпрыгивание, называемое броуновским движением, возникает из-за вибрации атомов, которые они совершают тем быстрее и сильнее, чем горячее их состояние. Конечным результатом этих движений со временем является окончательное единообразное решение.
Смешивание по разнице удельного веса
•••Dankingphotography / iStock / Getty Images
Пищевой краситель имеет немного более высокий удельный вес или относительную плотность, чем вода, поэтому, прежде чем он успевает диффундировать, он имеет тенденцию тонуть в воде. Когда вода холодная и скорость диффузии ниже, больше пищевого красителя остается вместе в виде шлейфа, падающего на дно контейнера. Оставленный один и нетронутый, он может образовать слой внизу; однако из-за броуновского движения четкой границы между водой и цветом не будет. Беспорядочное движение молекул постепенно растворяет цвет в воде. Волнение ускорит процесс распространения.
Смешивание конвекцией
Если емкость с водой теплее или холоднее, чем окружающий воздух, в ней будет развиваться конвективный режим потока по мере того, как вода приближается к температуре окружающей среды. В случае холодной воды в теплой среде стенки емкости проводят тепло к периферии воды. Прохладная, более плотная вода в центре тонет. Пищевой краситель, добавленный в эту опускающуюся центральную колонку, будет направлять конвективный поток к дну контейнера, но затем он также будет перемещать поток вверх по бокам, обратно к верху, чтобы снова совершить цикл. Этот поток служит для перемешивания раствора, ускоряя диффузию.
Что происходит при подмене воды?
Сравните влияние тепла и плотности на распространение пищевого красителя. Попробуйте провести параллельное сравнение диффузии в холодной и теплой воде. В холодной воде диффузия будет намного медленнее. Попробуйте растворить половину ложки соли в воде, а затем бросьте пищевой краситель. Окраска по-прежнему будет рассеиваться, но не утонет, потому что у морской воды более высокий удельный вес. Попробуйте поставить источник тепла, например лампу накаливания, на одну сторону стекла и подождите несколько минут, прежде чем уронить краску. Он будет управлять конвективным потоком и, таким образом, сделать его видимым.