La colorazione alimentare illustra la diffusione nell'acqua. La diffusione è la miscelazione di molecole a causa del loro movimento casuale, sia in un liquido che in un gas. Poiché le molecole nell'acqua fredda hanno meno energia cinetica rispetto all'acqua calda, il processo di diffusione è molto più lento che nell'acqua calda. Ma la colorazione alimentare può anche mostrare movimenti non casuali, come l'agitazione dell'acqua per convezione.
TL; DR (troppo lungo; non letto)
TL; DR : Il colorante alimentare aggiunto al centro di un becher di acqua fredda affonderà sul fondo. Se mescoli l'acqua fredda o aggiungi la colorazione all'acqua calda, si diffonderà molto più rapidamente.
Il meccanismo di diffusione
La diffusione non richiede agitazione, come l'agitazione, sebbene l'agitazione acceleri processi. Nel caso della colorazione alimentare in acqua, l'acqua è il solvente mentre la colorazione alimentare è il soluto. Una volta mescolati, creano una soluzione. La diffusione richiede tempo, anche se quanto tempo dipende dall'energia cinetica delle molecole che rimbalzano casualmente tra loro. Questo rimbalzo casuale - chiamato moto browniano - deriva dalla vibrazione degli atomi, che fanno più velocemente e più forte quanto più sono caldi. Il risultato finale di questi movimenti, nel tempo, è la soluzione finale, uniforme.
Miscelazione per differenza in gravità specifica
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La colorazione alimentare ha una gravità specifica leggermente superiore , o densità relativa, rispetto all'acqua, quindi prima che abbia il tempo di diffondersi, tende ad affondare nell'acqua. Quando l'acqua è fredda e la velocità di diffusione è più lenta, gran parte della colorazione alimentare rimane unita in un pennacchio che cade sul fondo del contenitore. Lasciato solo e indisturbato, potrebbe formare uno strato nella parte inferiore; a causa del moto browniano, tuttavia, non ci sarà un confine nettamente definito tra l'acqua e la colorazione. Il movimento casuale delle molecole diffonderà gradualmente il colore nell'acqua. L'agitazione accelera il processo di diffusione.
Miscelazione per convezione
Se il contenitore dell'acqua è più caldo o più freddo dell'aria ambiente, svilupperà schemi di flusso convettivo man mano che l'acqua si avvicina alla temperatura ambiente. Nel caso di acqua fredda in un ambiente caldo, i lati del contenitore conducono calore alla periferia dell'acqua. L'acqua fresca e densa al centro affonda. La colorazione alimentare aggiunta a questa colonna centrale che affonda cavalcherà il flusso convettivo verso il fondo del contenitore, ma poi cavalcherà anche il flusso lungo i lati, di nuovo verso l'alto per tornare indietro. Questo flusso serve ad agitare la soluzione, accelerando la diffusione.
Cosa succede quando l'acqua viene alterata?
Confronta gli effetti del calore e della densità sulla diffusione del colorante alimentare. Prova un confronto fianco a fianco della diffusione in acqua fredda e in acqua calda. La diffusione sarà molto più lenta nell'acqua fredda. Prova a sciogliere mezzo cucchiaio di sale in acqua e poi lascia cadere il colorante alimentare. La colorazione continuerà a diffondersi, ma non affonderà perché l'acqua salata ha un peso specifico più elevato. Prova a posizionare una fonte di calore, come una luce a incandescenza, contro un lato del vetro e attendi qualche minuto prima di lasciar cadere la colorazione. Cavalcherà - e quindi renderà visibile - il flusso convettivo.
