Le colorant alimentaire illustre la diffusion dans l'eau. La diffusion est le mélange de molécules dues 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 montrer des mouvements qui ne sont pas aléatoires, comme l'agitation de l'eau par convection.

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TL; DR : Le colorant alimentaire ajouté au centre d'un bécher d'eau froide coulera au fond. Si vous remuez l'eau froide ou ajoutez la coloration à de l'eau tiède, elle se diffusera beaucoup plus rapidement.
Le mécanisme de diffusion

La diffusion ne nécessite pas d'agitation, comme une agitation, bien que l'agitation accélère la processus. Dans le cas du colorant alimentaire dans l'eau, l'eau est le solvant tandis que le colorant alimentaire est le soluté. Une fois mélangés, ils font une solution. La diffusion prend du temps, bien que la durée dépende de l'énergie cinétique des molécules rebondissant au hasard entre elles. Ce rebond aléatoire - appelé mouvement brownien - résulte de la vibration des atomes, ce qu'ils font plus vite et plus fort lorsqu'ils sont chauds. Le résultat final de ces mouvements, au fil du temps, est la solution finale et uniforme.
Mélange par différence de gravité spécifique
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Le colorant alimentaire a une gravité spécifique légèrement plus élevée , ou densité relative, que l'eau, donc avant qu'elle ait le temps de diffuser, elle 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 ensemble dans un panache tombant au fond du récipient. Laissé seul et non perturbé, il pourrait former une couche en bas; en raison du mouvement brownien, cependant, il n'y aura pas de frontière bien 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 développera des modèles de flux convectifs à mesure que l'eau approchera de la température ambiante. Dans le cas de l'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 coule. Le colorant alimentaire ajouté à cette colonne centrale qui coule coulera le flux convectif vers le bas du récipient, mais il remontera également le flux sur les côtés, vers le haut pour faire à nouveau le tour. Ce flux sert à agiter la solution, accélérant la diffusion.
Que se passe-t-il lorsque l'eau est altérée?

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 l'eau, puis déposez le colorant alimentaire. La coloration diffusera toujours, mais elle ne coulera pas car l'eau salée a une densité plus élevée. Essayez de placer une source de chaleur, telle qu'une lumière incandescente, contre un côté de la vitre, et attendez quelques minutes avant de laisser tomber la coloration. Il va parcourir - et ainsi rendre visible - le flux convectif.