Que se passe-t-il lorsque vous ajoutez une goutte de colorant alimentaire à de l'eau froide?

Contenu

• TL; DR (Trop long; n'a pas lu)
• Le mécanisme de diffusion
• Mélange par différence de densité
• Mélange par convection
• Que se passe-t-il lorsque l'eau est modifiée?

Le colorant alimentaire illustre la diffusion dans l'eau. La diffusion est le mélange de molécules dû à leur mouvement aléatoire, que ce soit dans un liquide ou un gaz. Parce que les molécules dans l'eau froide ont moins d'énergie cinétique que dans l'eau chaude, le processus de diffusion est beaucoup plus lent que dans l'eau chaude. Mais le colorant alimentaire peut également indiquer des mouvements aléatoires, tels que l'agitation de l'eau par convection.

TL; DR (Trop long; n'a pas lu)

TL; DR: Un colorant alimentaire ajouté au centre d'un bécher d'eau froide va couler au fond. Si vous mélangez l'eau froide ou ajoutez le colorant à de l'eau tiède, elle diffusera beaucoup plus rapidement.

Le mécanisme de diffusion

La diffusion ne nécessite pas d'agitation, telle que l'agitation, bien que l'agitation accélère le processus. Dans le cas d'un colorant alimentaire dans l'eau, l'eau est le solvant, tandis que le colorant alimentaire est le soluté. Une fois qu'ils ont mélangé, ils font une solution. La diffusion prend du temps, mais combien de temps dépend de l'énergie cinétique des molécules qui rebondissent de façon aléatoire les unes des autres. Ce mouvement de rebond aléatoire - appelé mouvement brownien - résulte de la vibration des atomes, qu'ils font plus vite et plus fort plus ils sont chauds. Le résultat final de ces mouvements, au fil du temps, est la solution finale et uniforme.

Mélange par différence de densité

••• Dankingphotography / iStock / Getty Images

Le colorant alimentaire a une densité ou densité relative légèrement supérieure à celle de l'eau. Par conséquent, avant de pouvoir diffuser, il a tendance à couler dans l'eau. Lorsque l'eau est froide et que le taux de diffusion est plus lent, une plus grande partie du colorant alimentaire reste réunie dans un panache tombant au fond du récipient. Laissé seul et non dérangé, il pourrait former une couche en bas; En raison du mouvement brownien, cependant, il n'y aura pas de frontière nettement définie entre l'eau et la coloration. Le mouvement aléatoire des molécules diffusera progressivement la couleur dans l'eau. L'agitation accélérera le processus de diffusion.

Mélange par convection

Si le réservoir d'eau est plus chaud ou plus froid que l'air ambiant, il se créera des modèles d'écoulement convectif à mesure que l'eau s'approche de la température ambiante. Dans le cas d'eau froide dans un environnement chaud, les côtés du récipient conduisent la chaleur à la périphérie de l'eau. L'eau fraîche et plus dense au centre disparaît. Le colorant alimentaire ajouté à cette colonne du centre de descente acheminera le flux de convection vers le bas du conteneur, mais ensuite, il remontera également le flux sur les côtés, de nouveau vers le haut, pour revenir à la normale. Ce flux sert à agiter la solution, accélérant la diffusion.

Que se passe-t-il lorsque l'eau est modifiée?

Comparez les effets de la chaleur et de la densité sur la diffusion du colorant alimentaire. Essayez une comparaison côte à côte de la diffusion dans l’eau froide et dans l’eau chaude. La diffusion sera beaucoup plus lente dans l'eau froide. Essayez de dissoudre une demi-cuillerée de sel dans de l'eau puis déposez le colorant alimentaire. La coloration sera toujours diffuse, mais ne coulera pas car l'eau de mer a une densité plus élevée. Essayez de placer une source de chaleur, telle qu'une lampe à incandescence, contre un côté du verre et attendez quelques minutes avant de laisser tomber la coloration. Il montera - et rendra ainsi visible - le flux convectif.