Зміст
- TL; DR (Занадто довго; Не читав)
- Механізм дифузії
- Змішування за різницею питомої ваги
- Змішування за допомогою конвекції
- Що відбувається, коли вода змінюється?
Харчові барвники ілюструють дифузію у воді. Дифузія - це змішування молекул за рахунок їх випадкового руху, чи то в рідині, чи в газі. Оскільки молекули в холодній воді мають меншу кінетичну енергію, ніж у теплій воді, процес дифузії відбувається набагато повільніше, ніж у теплій воді. Але харчовий барвник також може показати рух, який не є випадковим, наприклад, перемішування води конвекцією.
TL; DR (Занадто довго; Не читав)
TL; DR: харчовий барвник, доданий у центр склянки холодної води, опуститься на дно. Якщо розмішати холодну воду або додати забарвлення до теплої води, вона буде дифундувати набагато швидше.
Механізм дифузії
Дифузія не вимагає перемішування, такого як перемішування, хоча перемішування дійсно прискорює процес. Що стосується харчових барвників у воді, то вода є розчинником, а харчовий барвник - розчинним розчином. Як тільки вони змішаться, вони приймають рішення. Дифузія потребує часу, хоча скільки часу залежить від кінетичної енергії молекул, випадковим чином підстрибуючи між собою. Це випадкове підстрибування - під назвою броунівського руху - є результатом вібрації атомів, які вони роблять швидше і важче, чим вони гарячіші. Кінцевий результат цих рухів з часом - остаточне, рівномірне рішення.
Змішування за різницею питомої ваги
••• Dankingphotography / iStock / Getty ImagesХарчове забарвлення має дещо більшу питому вагу, або відносну щільність, ніж вода, тому, перш ніж вона встигне дифундувати, вона має тенденцію опускатися у воду. Коли вода холодна, а швидкість дифузії повільніша, більше харчових барвників залишається разом у шлейфі, що падає на дно ємності. Залишившись поодинці і непорушеною, вона може утворювати шар внизу; через броунівський рух, однак, між водою та забарвленням не повинно бути чітко визначеної межі. Випадковий рух молекул поступово дифундує колір у воду. Ажитація прискорить процес дифузії.
Змішування за допомогою конвекції
Якщо ємність з водою тепліше або прохолодніше, ніж навколишнє повітря, вона розвиватиме конвективні схеми потоку, коли вода наближатиметься до температури навколишнього середовища. У разі холодної води в теплому середовищі сторони контейнера проводять тепло до периферії води. Прохолодна, густіша вода в центрі опускається. Харчовий барвник, який додається до цього стовпчика центрального потопу, буде їздити конвективним потоком на дно контейнера, але тоді він також буде їздити потоком вгору по сторонах, назад до вершини, щоб знову кружляти навколо. Цей потік служить для перемішування розчину, прискорення дифузії.
Що відбувається, коли вода змінюється?
Порівняйте вплив тепла та щільності на дифузію харчового барвника. Спробуйте побічне порівняння дифузії у холодній та теплій воді. Дифузія буде значно повільнішою у холодній воді. Спробуйте розчинити половину ложки солі у воді, а потім киньте харчовий барвник. Забарвлення все ще буде розсіяною, але воно не буде протікати, оскільки солона має більшу питому вагу. Спробуйте розмістити джерело тепла, наприклад, розжарене, на одній стороні склянки, і зачекайте кілька хвилин, перш ніж кинути забарвлення. Він буде їздити - і тим самим робити видимим - конвективний потік.