Potravinové farbivo ilustruje difúziu vo vode. Difúzia je zmiešanie molekúl v dôsledku ich náhodného pohybu, či už v kvapaline alebo v plyne. Pretože molekuly v studenej vode majú menšiu kinetickú energiu ako v teplej vode, je difúzny proces oveľa pomalší ako v teplej vode. Potravinové farbivo však môže vykazovať aj pohyb, ktorý nie je náhodný, napríklad miešanie vody prúdením.
TL; DR (príliš dlhý; Nečítali)
TL; DR: Potravinárske farbivo pridané do stredu kadičky so studenou vodou klesne na dno. Ak zamiešate studenú vodu alebo pridáte farbivo do teplej vody, rozptýli sa oveľa rýchlejšie.
Mechanizmus difúzie
Difúzia nevyžaduje miešanie, napríklad miešanie, hoci miešanie urýchľuje postup. V prípade potravinárskeho farbiva vo vode je voda rozpúšťadlom, zatiaľ čo potravinárske farbivo je rozpustená látka. Po zmiešaní urobia riešenie. Difúzia vyžaduje čas, aj keď koľko času závisí od kinetickej energie molekúl, ktoré sa navzájom náhodne odrážajú. Toto náhodné odrážanie - nazývané Brownov pohyb - je výsledkom vibrovania atómov, ktoré robia rýchlejšie a tvrdšie, čím sú teplejšie. Konečným výsledkom týchto pohybov je v priebehu času konečné jednotné riešenie.
Miešanie rozdielom špecifickej hmotnosti
•••Dankingphotography / iStock / Getty Images
Potravinové farbivo má o niečo vyššiu špecifickú hmotnosť alebo relatívnu hustotu ako voda, takže skôr ako stihne difundovať, má tendenciu vo vode klesať. Keď je voda studená a rýchlosť difúzie je pomalšia, viac potravinového farbiva zostáva pohromade v oblaku padajúcom na dno nádoby. Ak zostane sám a nerušený, môže tvoriť vrstvu dole; kvôli Brownovmu pohybu však nebude medzi vodou a sfarbením ostro ohraničená hranica. Náhodný pohyb molekúl farbu postupne rozptýli do vody. Miešanie urýchli proces difúzie.
Miešanie konvekciou
Ak je nádoba na vodu teplejšia alebo chladnejšia ako okolitý vzduch, bude sa vyvíjať konvekčné prúdenie, keď sa voda priblíži k okolitej teplote. V prípade studenej vody v teplom prostredí vedú strany nádoby teplo po obvode vody. Chladná a hustejšia voda v strede klesá. Potravinárske farbivá pridané do tohto potápajúceho sa stredového stĺpca budú viesť konvektívny tok na dno nádoby, ale potom budú tiež prúdiť po stranách, späť na vrchol, aby sa mohli opäť bicyklovať. Tento tok slúži na miešanie roztoku a urýchlenie difúzie.
Čo sa stane, keď sa zmení voda?
Porovnajte účinky tepla a hustoty na difúziu potravinárskeho farbiva. Vyskúšajte priame porovnanie difúzie v studenej vode a v teplej vode. Šírenie bude v studenej vode oveľa pomalšie. Skúste rozpustiť pol lyžice soli vo vode a potom odložte potravinárske farbivo. Farbenie bude stále difundovať, ale neklesne, pretože slaná voda má vyššiu špecifickú hmotnosť. Skúste na jednu stranu pohára umiestniť zdroj tepla, napríklad žiarovku, a počkajte niekoľko minút, kým sfarbenie spadne. Bude jazdiť - a tým zviditeľní - konvekčné prúdenie.