Inhalt
- TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
- Der Mechanismus der Diffusion
- Mischen nach spezifischem Gewicht
- Mischen durch Konvektion
- Was passiert, wenn das Wasser verändert wird?
Lebensmittelfarben veranschaulichen die Diffusion in Wasser. Diffusion ist das Vermischen von Molekülen aufgrund ihrer zufälligen Bewegung, sei es in einer Flüssigkeit oder einem Gas. Da Moleküle in kaltem Wasser weniger kinetische Energie haben als in warmem Wasser, ist der Diffusionsprozess viel langsamer als in warmem Wasser. Die Lebensmittelfarbe kann aber auch eine nicht zufällige Bewegung zeigen, wie z. B. Bewegung des Wassers durch Konvektion.
TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
TL; DR: Lebensmittelfarben, die in die Mitte eines Bechers mit kaltem Wasser gegeben werden, sinken auf den Boden. Wenn Sie das kalte Wasser umrühren oder die Farbe in warmes Wasser geben, wird es viel schneller diffundieren.
Der Mechanismus der Diffusion
Die Diffusion erfordert kein Rühren, wie z. B. Rühren, obwohl das Rühren den Prozess beschleunigt. Bei Lebensmittelfarben in Wasser ist das Wasser das Lösungsmittel, während die Lebensmittelfarbe der gelöste Stoff ist. Sobald sie gemischt haben, machen sie eine Lösung. Die Diffusion braucht Zeit, obwohl die Zeit von der kinetischen Energie der Moleküle abhängt, die zufällig voneinander abprallen. Dieses zufällige Prellen - Brownsche Bewegung genannt - resultiert aus den schwingenden Atomen, die sie schneller und härter machen, je heißer sie sind. Das Endergebnis dieser Bewegungen im Laufe der Zeit ist die endgültige, einheitliche Lösung.
Mischen nach spezifischem Gewicht
••• Dankingphotography / iStock / Getty ImagesDie Lebensmittelfarbe hat ein etwas höheres spezifisches Gewicht oder eine etwas höhere relative Dichte als Wasser. Bevor sie sich also verteilt, neigt sie dazu, im Wasser zu versinken. Wenn das Wasser kalt ist und die Diffusionsrate langsamer ist, bleibt ein größerer Teil der Lebensmittelfarbe in einer Wolke zusammen, die auf den Boden des Behälters fällt. Allein und ungestört kann es eine Schicht am Boden bilden; Aufgrund der Brownschen Bewegung gibt es jedoch keine scharfe Grenze zwischen Wasser und Farbe. Durch die zufällige Bewegung der Moleküle wird die Farbe allmählich ins Wasser diffundiert. Bewegung beschleunigt den Diffusionsprozess.
Mischen durch Konvektion
Wenn der Wasserbehälter wärmer oder kühler als die Umgebungsluft ist, entwickelt er konvektive Strömungsmuster, wenn sich das Wasser der Umgebungstemperatur nähert. Bei kaltem Wasser in warmer Umgebung leiten die Seiten des Behälters Wärme an den Rand des Wassers. Das kühle, dichtere Wasser in der Mitte sinkt. Lebensmittelfarben, die zu dieser Säule in der Mitte des Spülbeckens hinzugefügt werden, leiten den konvektiven Strom zum Boden des Behälters. Anschließend leiten sie den Strom auch seitlich nach oben und zurück zum oberen Rand, um wieder herum zu fahren. Diese Strömung dient dazu, die Lösung zu bewegen und die Diffusion zu beschleunigen.
Was passiert, wenn das Wasser verändert wird?
Vergleichen Sie die Auswirkungen von Wärme und Dichte auf die Diffusion der Lebensmittelfarbe. Versuchen Sie, die Diffusion in kaltem und warmem Wasser nebeneinander zu vergleichen. Im kalten Wasser ist die Diffusion viel langsamer. Versuchen Sie, einen halben Löffel Salz in Wasser aufzulösen, und lassen Sie dann die Lebensmittelfarbe fallen. Die Färbung wird immer noch diffus sein, aber sie wird nicht sinken, weil das Salzwasser ein höheres spezifisches Gewicht hat. Stellen Sie eine Wärmequelle, z. B. eine Glühlampe, auf eine Seite des Glases und warten Sie einige Minuten, bevor Sie die Färbung auftragen. Es wird den konvektiven Fluss reiten - und dadurch sichtbar machen.