Hvad sker der, når du tilføjer en dråbe madfarve til koldt vand?

Indhold

• TL; DR (for lang; læste ikke)
• Diffusionens mekanisme
• Blanding efter forskel i specifik tyngdekraft
• Blanding ved konvektion
• Hvad sker der, når vandet ændres?

Madfarve illustrerer diffusion i vand. Diffusion er blanding af molekyler på grund af deres tilfældige bevægelse, hvad enten det er i en væske eller i en gas. Da molekyler i koldt vand har mindre kinetisk energi end i varmt vand, er diffusionsprocessen meget langsommere end i varmt vand. Men madfarve kan også vise bevægelse, der ikke er tilfældig, såsom omrøring af vandet ved konvektion.

TL; DR (for lang; læste ikke)

TL; DR: Madfarve, der er føjet til midten af ​​et bæger med koldt vand, synker ned til bunden. Hvis du omrører det kolde vand, eller tilsætter farvelægningen til varmt vand, diffunderer det meget hurtigere.

Diffusionens mekanisme

Diffusion kræver ikke omrøring, såsom omrøring, selvom omrøring fremskynder processen. I tilfælde af madfarvning i vand er vandet opløsningsmiddel, mens madfarve er opløst. Når de er blandet, laver de en løsning. Diffusion tager tid, skønt hvor meget tid afhænger af den kinetiske energi i molekylerne, der tilfældigt hopper mellem hinanden. Denne tilfældige hoppning - kaldet brownisk bevægelse - er resultatet af atomerne vibrerer, hvilket de gør hurtigere og hårdere, jo varmere de er. Slutresultatet af disse bevægelser over tid er den endelige, ensartede løsning.

Blanding efter forskel i specifik tyngdekraft

••• Dankingphotography / iStock / Getty Images

Madfarvefarve har en lidt højere specifik tyngdekraft eller relativ massefylde end vand, så før det har tid til at diffundere, har det en tendens til at synke i vandet. Når vandet er koldt, og diffusionshastigheden er langsommere, forbliver mere af madfarven sammen i en blæser, der falder til bunden af ​​beholderen. Efterladt alene og uforstyrret kan det danne et lag i bunden; på grund af brownisk bevægelse, er der dog ikke en skarpt defineret grænse mellem vandet og farvelægningen. Den tilfældige bevægelse af molekylerne diffunderer gradvist farven i vandet. Agitation vil fremskynde diffusionsprocessen.

Blanding ved konvektion

Hvis beholderen med vand er varmere eller køligere end den omgivende luft, vil den udvikle konvektive strømningsmønstre, når vandet nærmer sig omgivelsestemperaturen. I tilfælde af koldt vand i et varmt miljø leder siderne af beholderen varme til periferien af ​​vandet. Det kølige, tættere vand i midten synker. Madfarve, der føjes til denne synkende midterste søjle, vil ride den konvektive strømning til bunden af ​​beholderen, men derefter vil den også ride strømmen op i siderne, tilbage til toppen for at cykle rundt igen. Denne strøm tjener til at omrøre opløsningen og fremskynde diffusionen.

Hvad sker der, når vandet ændres?

Sammenlign virkningerne af varme og densitet på diffusionen af ​​madfarve. Prøv en side-ved-side-sammenligning af diffusion i koldt vand og i varmt vand. Diffusionen vil være meget langsommere i det kolde vand. Prøv at opløse en halv skefuld salt i vand, og slip derefter madfarven. Farvningen vil stadig diffundere, men den vil ikke synke, fordi saltvandet har en højere specifik tyngdekraft. Prøv at placere en varmekilde, såsom et glødelys, mod den ene side af glasset, og vent et par minutter, før du taber farvelægningen. Det vil ride - og derved synliggøre - den konvektive strømning.