Barvila za živila ponazarjajo difuzijo v vodi. Difuzija je mešanje molekul zaradi njihovega naključnega gibanja, bodisi v tekočini ali plinu. Ker imajo molekule v hladni vodi manj kinetične energije kot v topli vodi, je postopek difuzije veliko počasnejši kot v topli vodi. Toda barvilo hrane lahko pokaže tudi gibanje, ki ni naključno, na primer mešanje vode s konvekcijo.
TL; DR (predolgo; Nisem prebral)
TL; DR: Barva za živila, dodana na sredino čaše s hladno vodo, se bo spustila na dno. Če hladno vodo premešate ali barvilo dodate v toplo vodo, bo ta hitreje razpršila.
Mehanizem difuzije
Difuzija ne zahteva mešanja, kot je mešanje, čeprav mešanje pospeši postopek. V primeru barvil za živila v vodi je voda topilo, barvila za živila pa so topila. Ko se premešajo, naredijo rešitev. Difuzija zahteva čas, koliko časa pa je odvisno od kinetične energije molekul, ki se naključno odbijajo med seboj. To naključno poskakovanje - imenovano Brownovo gibanje - je posledica vibriranja atomov, ki ga naredijo hitreje in močneje, ko so bolj vroči. Končni rezultat teh gibanj je sčasoma končna, enotna rešitev.
Mešanje glede na razliko v specifični teži
•••Dankingphotography / iStock / Getty Images
Barva za živila ima nekoliko večjo specifično težo ali relativno gostoto kot voda, zato se, preden ima čas, da se razprši, ponavadi potopi v vodi. Ko je voda hladna in je hitrost difuzije počasnejša, več barvil ostane skupaj v peresu, ki pade na dno posode. Če ostane sam in nemoten, lahko na dnu tvori plast; zaradi Brownovega gibanja pa ne bo ostro določene meje med vodo in barvilom. Naključno gibanje molekul bo postopoma razpršilo barvo v vodo. Mešanje bo pospešilo postopek difuzije.
Mešanje s konvekcijo
Če je posoda z vodo toplejša ali hladnejša od zunanjega zraka, bo razvila vzorce konvektivnega toka, ko se voda približa temperaturi okolice. V primeru hladne vode v toplem okolju stranice posode prevajajo toploto na obod vode. Hladna, gostejša voda v sredini potone. Barva za hrano, dodana v ta potopni sredinski stolpec, bo usmerila konvektivni tok na dno posode, nato pa bo usmerila tudi tok po straneh, nazaj na vrh, da bo spet krožila. Ta tok služi za mešanje raztopine in pospešuje difuzijo.
Kaj se zgodi, ko se voda spremeni?
Primerjajte učinke toplote in gostote na difuzijo barvila. Poskusite vzporedno primerjavo difuzije v hladni vodi in v topli vodi. V hladni vodi bo difuzija veliko počasnejša. Poskusite v vodi raztopiti pol žlice soli in nato spustite barvilo. Barvanje se bo še vedno razpršilo, vendar ne bo potonilo, ker ima slana voda večjo specifično težo. Poskusite postaviti vir toplote, na primer žarilno nitko, na eno stran kozarca in počakajte nekaj minut, preden barva pade. Vozil bo - in s tem naredil viden - konvektivni tok.