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Tinte diffundiert in Wasser aufgrund der zufälligen Bewegung von Wasser und Tintenmolekülen. Im großen Maßstab sehen wir die einzelnen Moleküle nicht in Bewegung. Stattdessen sehen wir, wie dunkel die Tinte an verschiedenen Stellen in der Lösung ist, was tatsächlich ihre Konzentration anzeigt. Sie können sehen, wie sich die Tinte aus Bereichen mit höherer Konzentration in Bereiche mit niedrigerer Konzentration bewegt. Die Geschwindigkeit dieser Bewegung ist proportional zum Diffusionskoeffizienten der Tinte in Wasser.
Zufällige Bewegungen
Die Temperatur ist ein Maß für die zufälligen Bewegungen von Molekülen. Wenn sich Wassermoleküle in einer Mischung mit Tinte zufällig bewegen, stoßen sie gegen die Tintenmoleküle, wodurch sie sich ebenfalls zufällig bewegen. An Orten, an denen mehr Tintenmoleküle vorhanden sind, kommt es zu Kollisionen mit Wassermolekülen, die die Tintenmoleküle an andere Stellen stoßen. Infolgedessen bewegen sich die Tintenmoleküle im Durchschnitt von Gebieten mit mehr Molekülen (höhere Konzentration) zu Gebieten mit weniger Molekülen (niedrigere Konzentration).
Diffusionskoeffizient
Je höher die Wassertemperatur, desto schneller bewegen sich die Moleküle. Dies führt zu immer härteren Kollisionen. Folglich ist der Diffusionskoeffizient proportional zur Temperatur. Wie weit sich jedes Tintenmolekül nach einer Kollision bewegt, hängt von seinem Durchmesser ab, da größere Moleküle durch Reibung im Vergleich zu kleineren Molekülen langsamer werden. Die innere Reibung in einer Flüssigkeit wird Viskosität genannt. Somit ist der Diffusionskoeffizient sowohl zum Moleküldurchmesser als auch zur Flüssigkeitsviskosität umgekehrt proportional.
Entropie und Diffusion
Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik besagt, dass die Entropie tendenziell zunimmt. Die Entropie ist ein Maß dafür, wie ungeordnet, verteilt oder zufällig angeordnet Dinge sind. Wenn Tinte aus einem konzentrierten Tropfen diffundiert, breiten sich die Moleküle stärker aus und verteilen sich zufällig. Wenn Tinte diffundiert, nimmt die Entropie des Systems zu.