Содержание
- TL; DR (слишком долго; не читал)
- Механизм диффузии
- Смешивание по разнице в удельном весе
- Смешивание конвекцией
- Что происходит, когда вода изменяется?
Пищевой краситель иллюстрирует диффузию в воде. Диффузия - это перемешивание молекул из-за их случайного движения, будь то в жидкости или газе. Поскольку молекулы в холодной воде имеют меньшую кинетическую энергию, чем в теплой воде, процесс диффузии намного медленнее, чем в теплой воде. Но пищевой краситель также может показывать не случайное движение, например, перемешивание воды конвекцией.
TL; DR (слишком долго; не читал)
TL; DR: пищевой краситель, добавленный в центр стакана с холодной водой, опустится на дно. Если вы размешаете холодную воду или добавляете краситель в теплую воду, она будет распространяться гораздо быстрее.
Механизм диффузии
Диффузия не требует перемешивания, такого как перемешивание, хотя перемешивание действительно ускоряет процесс. В случае пищевых красителей в воде вода является растворителем, а пищевые красители - растворенными. Как только они смешались, они принимают решение. Диффузия требует времени, хотя, сколько времени зависит от кинетической энергии молекул, случайно пересекающихся между собой. Это случайное подпрыгивание, называемое броуновским движением, происходит в результате вибрации атомов, которые они делают быстрее и сильнее, чем горячее. Конечный результат этих движений со временем является окончательным, единообразным решением.
Смешивание по разнице в удельном весе
••• Dankingphotography / iStock / Getty ImagesПищевой краситель имеет немного более высокий удельный вес или относительную плотность, чем вода, поэтому, прежде чем он успеет диффундировать, он имеет тенденцию тонуть в воде. Когда вода холодная и скорость диффузии ниже, большая часть пищевого красителя остается вместе в шлейфе, падающем на дно контейнера. Оставленный в покое и не потревоженный, он может образовать слой внизу; однако из-за броуновского движения не будет четко очерченной границы между водой и окраской. Случайное движение молекул будет постепенно рассеивать цвет в воде. Агитация ускорит процесс диффузии.
Смешивание конвекцией
Если емкость с водой теплее или холоднее, чем окружающий воздух, то по мере приближения воды к температуре окружающей среды образуются конвективные потоки. В случае холодной воды в теплой среде стороны контейнера отводят тепло к периферии воды. Прохладная, более плотная вода в центре тонет. Пищевой краситель, добавленный в эту тонущую центральную колонну, будет перемещать конвективный поток на дно контейнера, но затем он также будет поднимать поток вверх по сторонам, обратно наверх, чтобы снова вращаться. Этот поток служит для перемешивания раствора, ускоряя диффузию.
Что происходит, когда вода изменяется?
Сравните влияние тепла и плотности на диффузию пищевого красителя. Попробуйте параллельное сравнение диффузии в холодной воде и в теплой воде. В холодной воде диффузия будет намного медленнее. Попробуйте растворить половину ложки соли в воде, а затем добавьте пищевой краситель. Окраска по-прежнему будет рассеиваться, но она не затонет, потому что у соленой воды более высокий удельный вес. Попробуйте поместить источник тепла, например, лампу накаливания, на одну сторону стекла и подождите несколько минут, прежде чем уронить краску. Он будет ездить - и тем самым делать видимым - конвективный поток.