Voedselkleuring illustreert diffusie in water. Diffusie is het mengen van moleculen als gevolg van hun willekeurige beweging, hetzij in een vloeistof of in een gas. Omdat moleculen in koud water minder kinetische energie hebben dan in warm water, is het diffusieproces veel langzamer dan in warm water. Maar de kleurstof kan ook bewegingen vertonen die niet willekeurig zijn, zoals beweging van het water door convectie.

TL; DR (te lang; niet gelezen)

TL; DR : Voedselkleuring toegevoegd aan het midden van een beker koud water zakt naar de bodem. Als je het koude water roert, of de kleurstof toevoegt aan warm water, diffundeert het veel sneller.

Het diffusiemechanisme

Diffusie hoeft niet te worden geroerd, zoals roeren, hoewel er beweging is versnelt het proces. In het geval van voedselkleuring in water is het water het oplosmiddel terwijl de kleurstof de opgeloste stof is. Zodra ze zijn gemengd, maken ze een oplossing. Diffusie kost tijd, maar hoeveel tijd hangt af van de kinetische energie van de moleculen die willekeurig tussen elkaar stuiteren. Deze willekeurige stuiterende - Brownse beweging - is het gevolg van trillingen van de atomen, die ze sneller en harder doen hoe heter ze zijn. Het eindresultaat van deze bewegingen is in de loop van de tijd de laatste, uniforme oplossing.

Mixen door verschil in relatieve dichtheid -

De kleurstof heeft een iets hogere soortelijke dichtheid of relatieve dichtheid dan water, dus voordat het tijd heeft om te diffunderen, heeft het de neiging om in het water te zinken. Als het water koud is en de diffusiesnelheid langzamer is, blijft meer voedselkleurstof samen in een pluim die naar de bodem van de container valt. Alleen gelaten en ongestoord, kan het een laag onderaan vormen; vanwege de Brownse beweging zal er echter geen scherp gedefinieerde grens zijn tussen het water en de kleuring. De willekeurige beweging van de moleculen zal de kleur geleidelijk in het water diffunderen. Agitatie zal het diffusieproces versnellen.

Mengen door convectie

Als de container met water warmer of koeler is dan de omgevingslucht, zal hij convectiestromingspatronen ontwikkelen wanneer het water de omgevingstemperatuur nadert . In het geval van koud water in een warme omgeving geleiden de zijkanten van de container warmte naar de rand van het water. Het koele, dichtere water in het midden zinkt. Voedselkleuring toegevoegd aan deze zinkende middenkolom zal de convectiestroom naar de bodem van de container rijden, maar dan zal het ook de stroom langs de zijkanten rijden, terug naar de top om weer rond te fietsen. Deze stroom dient om de oplossing te schudden, de diffusie te versnellen.

Wat gebeurt er wanneer het water verandert?

Vergelijk de effecten van warmte en dichtheid op de diffusie van de voedselkleuring. Probeer een zij-aan-zij vergelijking van diffusie in koud water en in warm water. De diffusie zal veel langzamer zijn in het koude water. Probeer een halve lepel zout in water op te lossen en laat dan de kleurstof vallen. De kleuring zal nog steeds diffunderen, maar deze zal niet zinken omdat het zoutwater een hoger soortelijk gewicht heeft. Probeer een warmtebron, zoals een gloeilamp, tegen een kant van het glas te plaatsen en wacht een paar minuten voordat u de kleur laat vallen. Het zal de convectieve stroom berijden - en daardoor zichtbaar maken.