El colorante de alimentos ilustra la difusión en el agua. La difusión es la mezcla de moléculas debido a su movimiento aleatorio, ya sea en un líquido o un gas. Debido a que las moléculas en agua fría tienen menos energía cinética que en agua tibia, el proceso de difusión es mucho más lento que en agua tibia. Pero el colorante de alimentos también puede mostrar un movimiento que no es aleatorio, como la agitación del agua por convección.

TL; DR (Demasiado tiempo; No lo leyó)

TL; DR : El colorante de alimentos agregado al centro de un vaso de precipitados de agua fría se hundirá hasta el fondo. Si remueve el agua fría, o agrega el colorante al agua tibia, se difundirá mucho más rápidamente.

El mecanismo de difusión

La difusión no requiere agitación, como la agitación, aunque la agitación ¿acelera el proceso? En el caso de la coloración de alimentos en el agua, el agua es el disolvente mientras que el colorante de los alimentos es el soluto. Una vez que se mezclaron, crean una solución. La difusión lleva tiempo, aunque el tiempo depende de la energía cinética de las moléculas que rebotan aleatoriamente entre sí. Este rebote aleatorio, llamado movimiento browniano, es el resultado de la vibración de los átomos, que lo hacen más rápido y más fuerte cuanto más calientes son. El resultado final de estos movimientos, a lo largo del tiempo, es la solución final y uniforme.

Mezcla por diferencia en gravedad específica

El colorante de los alimentos tiene una gravedad específica ligeramente más alta, o densidad relativa, que agua, por lo que antes de que tenga tiempo de difundirse, tiende a hundirse en el agua. Cuando el agua está fría y la velocidad de difusión es más lenta, una mayor cantidad del colorante de alimentos permanece junta en una pluma que cae al fondo del recipiente. Si se lo deja solo e inalterado, puede formar una capa en la parte inferior; debido al movimiento browniano, sin embargo, no habrá un límite bien definido entre el agua y el color. El movimiento aleatorio de las moléculas difundirá gradualmente el color en el agua. La agitación acelerará el proceso de difusión.

Mezclado por convección

Si el recipiente de agua es más cálido o más frío que el aire ambiente, desarrollará patrones de flujo convectivo a medida que el agua se acerca a la temperatura ambiente . En el caso de agua fría en un ambiente cálido, los lados del contenedor conducen calor a la periferia del agua. El agua fría y más densa en el centro se hunde. El colorante de alimentos agregado a esta columna del centro de hundimiento se desplazará por el flujo convectivo hasta el fondo del contenedor, pero luego también se desplazará por los lados, volverá a la parte superior para volver a circular. Este flujo sirve para agitar la solución, acelerando la difusión.

¿Qué sucede cuando se altera el agua?

Compara los efectos del calor y la densidad sobre la difusión del colorante de los alimentos. Pruebe una comparación lado a lado de la difusión en agua fría y en agua tibia. La difusión será mucho más lenta en el agua fría. Intente disolver media cucharada de sal en agua y luego deje caer el colorante de los alimentos. La coloración aún se difundirá, pero no se hundirá porque el agua salada tiene una gravedad específica más alta. Intente colocar una fuente de calor, como una luz incandescente, contra un lado del vidrio, y espere unos minutos antes de soltar el colorante. Viajará - y por lo tanto hará visible - el flujo convectivo.