O corante alimentício ilustra a difusão na água. A difusão é a mistura de moléculas devido ao seu movimento aleatório, seja em um líquido ou em um gás. Como as moléculas na água fria têm menos energia cinética do que na água quente, o processo de difusão é muito mais lento do que na água morna. Mas o corante alimentar também pode mostrar movimento que não é aleatório, como a agitação da água por convecção.

TL; DR (Demasiado longo; não leu)

TL; : O corante alimentar adicionado ao centro de um copo de água fria afundará até o fundo. Se você agitar a água fria, ou adicionar a cor à água morna, ela se difundirá muito mais rapidamente.

O Mecanismo da Difusão

A difusão não requer agitação, como agitação, embora agitação faz acelerar o processo. No caso de corantes alimentares na água, a água é o solvente, enquanto o corante alimentar é o soluto. Depois de misturados, eles fazem uma solução. A difusão leva tempo, embora quanto tempo dependa da energia cinética das moléculas que saltam aleatoriamente entre si. Este salto aleatório - chamado movimento browniano - resulta da vibração dos átomos, que eles fazem mais rápido e mais forte quanto mais quentes eles são. O resultado final desses movimentos, ao longo do tempo, é a solução final e uniforme.

Misturando por diferença na gravidade específica

A corante alimentar tem uma gravidade específica ligeiramente maior, ou densidade relativa, do que água, então antes que tenha tempo de se difundir, ela tende a afundar na água. Quando a água está fria e a taxa de difusão é mais lenta, mais do corante permanece junto em uma pluma que cai no fundo do recipiente. Deixado sozinho e sem perturbações, pode formar uma camada na parte inferior; por causa do movimento browniano, porém, não haverá um limite bem definido entre a água e a cor. O movimento aleatório das moléculas gradualmente difundirá a cor na água. Agitação irá acelerar o processo de difusão.

Misturar por convecção

Se o recipiente de água é mais quente ou mais frio que o ar ambiente, ele irá desenvolver padrões de fluxo convectivo como a água se aproxima da temperatura ambiente . No caso de água fria em um ambiente quente, os lados do recipiente conduzem o calor para a periferia da água. A água fresca e mais densa no centro afunda. O corante alimentício adicionado a esta coluna central de afundamento passará pelo fluxo convectivo até o fundo do recipiente, mas então também subirá o fluxo pelos lados, de volta ao topo para circular novamente. Esse fluxo serve para agitar a solução, acelerando a difusão.

O que acontece quando a água é alterada?

Compare os efeitos do calor e da densidade na difusão do corante alimentar. Tente uma comparação lado a lado da difusão em água fria e em água morna. A difusão será muito mais lenta na água fria. Tente dissolver meia colher de sal em água e depois solte o corante alimentar. A coloração ainda se difunde, mas não vai afundar porque a água salgada tem uma gravidade específica maior. Tente colocar uma fonte de calor, como uma luz incandescente, em um lado do vidro, e espere alguns minutos antes de soltar a tinta. Ele irá rodar - e assim tornar visível - o fluxo convectivo.