Matfärgning illustrerar diffusion i vatten. Diffusion är blandning av molekyler på grund av deras slumpmässiga rörelse, vare sig i en vätska eller en gas. Eftersom molekyler i kallt vatten har mindre kinetisk energi än i varmt vatten är diffusionsprocessen mycket långsammare än i varmt vatten. Men matfärgningen kan också visa rörelse som inte är slumpmässig, såsom omrörning av vattnet genom konvektion.
TL; DR (för lång; Läste inte)
TL; DR: Matfärgning som läggs till i mitten av en bägare med kallt vatten sjunker till botten. Om du rör om det kalla vattnet eller lägger till färgämnet i varmt vatten kommer det att spridas mycket snabbare.
Diffusionens mekanism
Diffusion kräver inte omrörning, såsom omrörning, även om omröring påskyndar processen. När det gäller livsmedelsfärgning i vatten är vattnet lösningsmedlet medan livsmedelsfärgen är det lösta ämnet. När de väl har blivit blandade gör de en lösning. Diffusion tar tid, men hur mycket tid beror på molekylernas kinetiska energi som slumpmässigt studsar varandra. Denna slumpmässiga studsande - kallad Brownian-rörelse - är resultatet av atomerna vibrerar, vilket de gör snabbare och hårdare ju varmare de är. Slutresultatet av dessa rörelser över tiden är den slutliga, enhetliga lösningen.
Blandning med skillnad i specifik vikt
•••Dankingphotography / iStock / Getty Images
Livsmedelsfärgningen har en något högre specifik vikt eller relativ densitet än vatten, så innan den har tid att diffundera tenderar den att sjunka i vattnet. När vattnet är kallt och diffusionshastigheten är långsammare förblir mer av livsmedelsfärgen tillsammans i en plym som faller till botten av behållaren. Låst ensam och ostörd kan det bilda ett lager längst ner; på grund av bruniansk rörelse kommer det dock inte att finnas en skarpt definierad gräns mellan vattnet och färgämnet. Molekylernas slumpmässiga rörelse kommer gradvis att sprida färgen i vattnet. Omrörelse kommer att påskynda diffusionsprocessen.
Blandning med konvektion
Om behållaren med vatten är varmare eller kallare än den omgivande luften kommer den att utveckla konvektiva flödesmönster när vattnet närmar sig omgivningstemperaturen. I fallet med kallt vatten i en varm miljö leder behållarens sidor värme till vattnets periferi. Det svala, tätare vattnet i mitten sjunker. Livsmedelsfärgning som läggs till denna sjunkande mittkolonn kommer att rida det konvektiva flödet till behållarens botten, men sedan kommer det också att rida flödet uppåt i sidorna, tillbaka till toppen för att cykla runt igen. Detta flöde tjänar till att agitera lösningen och påskynda diffusionen.
Vad händer när vattnet förändras?
Jämför effekterna av värme och densitet på spridningen av matfärgen. Testa en jämförelse sida vid sida av diffusion i kallt och varmt vatten. Diffusionen blir mycket långsammare i kallt vatten. Försök att lösa upp en halv sked salt i vatten och släpp sedan matfärgen. Färgningen kommer fortfarande att diffundera, men den sjunker inte eftersom saltvattnet har en högre specifik vikt. Försök att placera en värmekälla, som ett glödlampa, mot ena sidan av glaset och vänta några minuter innan du tappar färgningen. Det kommer att rida - och därigenom synliggöra - det konvektiva flödet.
