Inhoud
- TL; DR (te lang; niet gelezen)
- Het mechanisme van diffusie
- Mengen door verschil in soortelijk gewicht
- Mengen door convectie
- Wat gebeurt er als het water wordt veranderd?
Voedselkleuring illustreert diffusie in water. Diffusie is het mengen van moleculen vanwege hun willekeurige beweging, hetzij in een vloeistof of in een gas. Omdat moleculen in koud water minder kinetische energie hebben dan in warm water, verloopt het diffusieproces veel langzamer dan in warm water. Maar de voedselkleuring kan ook beweging tonen die niet willekeurig is, zoals agitatie van het water door convectie.
TL; DR (te lang; niet gelezen)
TL; DR: kleurstof toegevoegd aan het midden van een beker koud water zinkt naar de bodem. Als je het koude water roert, of de kleurstof aan warm water toevoegt, zal het veel sneller diffunderen.
Het mechanisme van diffusie
Diffusie vereist geen agitatie, zoals roeren, hoewel agitatie het proces versnelt. In het geval van voedselkleuring in water is het water het oplosmiddel, terwijl de voedselkleuring de opgeloste stof is. Zodra ze zich hebben gemengd, maken ze een oplossing. Diffusie kost tijd, hoewel hoeveel tijd afhankelijk is van de kinetische energie van de moleculen die willekeurig onder elkaar stuiteren. Dit willekeurige stuiteren - de Brownse beweging genoemd - is het gevolg van de trillende atomen, die ze sneller en harder doen hoe heter ze zijn. Het eindresultaat van deze bewegingen na verloop van tijd is de definitieve, uniforme oplossing.
Mengen door verschil in soortelijk gewicht
••• Dankingphotography / iStock / Getty ImagesDe kleurstof heeft een iets hoger soortelijk gewicht of relatieve dichtheid dan water, dus voordat het tijd heeft om te diffunderen, heeft het de neiging om in het water te zinken. Wanneer het water koud is en de diffusiesnelheid lager is, blijft meer van de voedselkleuring samen in een pluim die op de bodem van de container valt. Met rust gelaten en ongestoord kan het een laag onderaan vormen; vanwege Brownse beweging is er echter geen scherp gedefinieerde grens tussen het water en de kleuring. De willekeurige beweging van de moleculen zal de kleur geleidelijk in het water diffunderen. Agitatie versnelt het diffusieproces.
Mengen door convectie
Als de watercontainer warmer of koeler is dan de omgevingslucht, ontwikkelt deze convectieve stromingspatronen wanneer het water de omgevingstemperatuur nadert. In het geval van koud water in een warme omgeving geleiden de zijkanten van de container warmte naar de omtrek van het water. Het koele, dichtere water in het midden zinkt. Voedselkleuring toegevoegd aan deze zinkende middelste kolom zal de convectieve stroom naar de bodem van de container rijden, maar dan zal het ook de stroom langs de zijkanten, terug naar boven, rijden om weer rond te fietsen. Deze stroom dient om de oplossing te schudden, waardoor de diffusie wordt versneld.
Wat gebeurt er als het water wordt veranderd?
Vergelijk de effecten van warmte en dichtheid op de diffusie van de kleurstof. Probeer een vergelijking van diffusie in koud water en in warm water. De diffusie zal veel langzamer zijn in het koude water. Probeer een halve lepel zout in water op te lossen en laat dan de voedselkleurstof vallen. De kleuring zal nog steeds diffunderen, maar het zal niet zinken omdat het zoute water een hoger soortelijk gewicht heeft. Plaats een warmtebron, zoals een gloeilamp, tegen een kant van het glas en wacht een paar minuten voordat u de kleurstof laat vallen. Het zal rijden - en daardoor zichtbaar maken - de convectieve stroom.