Co się stanie, gdy dodasz kroplę barwnika spożywczego do zimnej wody?

Zawartość

• TL; DR (Too Long; Didnt Read)
• Mechanizm dyfuzji
• Mieszanie według różnicy ciężaru właściwego
• Mieszanie przez konwekcję
• Co się stanie, gdy woda zostanie zmieniona?

Barwienie żywności ilustruje dyfuzję w wodzie. Dyfuzja polega na mieszaniu się cząsteczek w wyniku ich przypadkowego ruchu, zarówno w cieczy, jak i w gazie. Ponieważ cząsteczki w zimnej wodzie mają mniej energii kinetycznej niż w ciepłej wodzie, proces dyfuzji jest znacznie wolniejszy niż w ciepłej wodzie. Ale barwniki spożywcze mogą również wykazywać ruchy, które nie są przypadkowe, takie jak mieszanie wody przez konwekcję.

TL; DR (Too Long; Didnt Read)

TL; DR: Barwniki spożywcze dodane do środka zlewki z zimną wodą opadną na dno. Jeśli wymieszasz zimną wodę lub dodasz barwnik do ciepłej wody, rozproszy się ona znacznie szybciej.

Mechanizm dyfuzji

Dyfuzja nie wymaga mieszania, takiego jak mieszanie, chociaż mieszanie przyspiesza proces. W przypadku barwników spożywczych w wodzie woda jest rozpuszczalnikiem, podczas gdy barwniki spożywcze są solute. Po wymieszaniu tworzą rozwiązanie. Dyfuzja wymaga czasu, ale ile czasu zależy od energii kinetycznej cząsteczek, które przypadkowo podskakują między sobą. To przypadkowe podskakiwanie - zwane ruchem Browna - wynika z drgania atomów, które robią szybciej i mocniej, im są cieplejsze. Z czasem efektem końcowym tych ruchów jest ostateczne, jednolite rozwiązanie.

Mieszanie według różnicy ciężaru właściwego

••• Dankingphotography / iStock / Getty Images

Barwniki spożywcze mają nieco wyższy ciężar właściwy lub gęstość względną niż woda, więc zanim zdąży się rozproszyć, mają tendencję do zapadania się w wodzie. Gdy woda jest zimna, a szybkość dyfuzji wolniejsza, więcej barwników spożywczych pozostaje razem w pióropuszu opadającym na dno pojemnika. Pozostawiony samemu sobie i niezakłócony, może tworzyć warstwę na dole; jednak z powodu ruchu Browna nie będzie ostro zdefiniowanej granicy między wodą a kolorem. Losowy ruch cząsteczek stopniowo rozprasza kolor do wody. Pobudzenie przyspieszy proces dyfuzji.

Mieszanie przez konwekcję

Jeśli zbiornik wody jest cieplejszy lub chłodniejszy niż otaczające powietrze, rozwinie się konwekcyjny przepływ, gdy woda zbliży się do temperatury otoczenia. W przypadku zimnej wody w ciepłym otoczeniu boki pojemnika przewodzą ciepło na obrzeże wody. Chłodna, gęstsza woda w środku tonie. Barwniki spożywcze dodane do tej tonącej środkowej kolumny przepłyną przepływ konwekcyjny na dno pojemnika, ale następnie popłyną również w górę po bokach, z powrotem na górę, aby ponownie przejechać. Ten przepływ służy do mieszania roztworu, przyspieszając dyfuzję.

Co się stanie, gdy woda zostanie zmieniona?

Porównaj wpływ ciepła i gęstości na dyfuzję barwników spożywczych. Wypróbuj porównanie dyfuzji w zimnej i ciepłej wodzie. Dyfuzja będzie znacznie wolniejsza w zimnej wodzie. Spróbuj rozpuścić pół łyżki soli w wodzie, a następnie upuść barwnik spożywczy. Kolorystyka nadal będzie się rozpraszać, ale nie tonie, ponieważ słona woda ma wyższy ciężar właściwy. Spróbuj umieścić źródło ciepła, takie jak światło żarowe, na jednej stronie szyby i poczekaj kilka minut przed usunięciem zabarwienia. Będzie pływał - a przez to uwidaczniał - przepływ konwekcyjny.