Innehåll
- TL; DR (för lång; läste inte)
- Mekanismen för diffusion
- Blandning efter skillnad i specifik tyngdkraft
- Blandning genom konvektion
- Vad händer när vattnet förändras?
Matfärg illustrerar diffusion i vatten. Diffusion är blandning av molekyler på grund av deras slumpmässiga rörelse, vare sig i en vätska eller i 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 färgen i varmt vatten kommer det att spridas mycket snabbare.
Mekanismen för diffusion
Diffusion kräver inte omröring, såsom omrörning, även om omrörning påskyndar processen. När det gäller livsmedelsfärgning i vatten är vattnet lösningsmedlet medan matfärgen är det lösta ämnet. När de har blandat, gör de en lösning. Diffusion tar tid, men hur mycket tid beror på den kinetiska energin i molekylerna som slumpmässigt studsar mellan varandra. Denna slumpmässiga studsning - kallad brunisk rörelse - är resultatet av atomerna som vibrerar, vilket de gör snabbare och hårdare desto varmare de är. Slutresultatet av dessa rörelser över tid är den slutliga, enhetliga lösningen.
Blandning efter skillnad i specifik tyngdkraft
••• Dankingphotography / iStock / Getty ImagesMatfärgen har en något högre specifik tyngdkraft, 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 matfärgen i en plommon som faller till botten av behållaren. Lämnad ensam och ostörd kan det bilda ett lager längst ner; på grund av brownisk rörelse kommer det dock inte att finnas en skarpt definierad gräns mellan vattnet och färgningen. Molekylernas slumpmässiga rörelse sprider gradvis färgen i vattnet. Agitation kommer att påskynda diffusionsprocessen.
Blandning genom konvektion
Om behållaren med vatten är varmare eller kallare än den omgivande luften kommer den att utveckla konvektiva flödesmönster när vattnet närmar sig omgivningstemperaturen. När det gäller kallt vatten i en varm miljö leder behållarens sidor värme till vattnets periferi. Det svala, tätare vattnet i mitten sjunker. Matfärgning som läggs till i denna sjunkande mittkolonn rider konvektivt flöde till botten av behållaren, men sedan kommer det också att rida flödet upp på sidorna, tillbaka till toppen för att cykla 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. Försök en jämförelse sida vid sida av diffusion i kallt vatten och i varmt vatten. Diffusionen kommer att vara mycket långsammare i det kalla vattnet. Försök att lösa upp en halv sked salt i vatten och släpp sedan matfärgen. Färgen kommer fortfarande att diffundera, men det kommer inte att sjunka eftersom saltvattnet har en högre specifik vikt. Försök att placera en värmekälla, till exempel en glödlampa, mot ena sidan av glaset och vänta några minuter innan du tappar färgen. Det kommer att rida - och därmed synliggöra - det konvektiva flödet.