Zu Hause

Warum verteilt sich Farbe im Wasser?

Ohne Löffel entstehen farbige Schlieren. Dahinter stecken zwei Arten von Bewegung, die wir auseinanderhalten sollten.

Ein Farbtropfen und ein Glas Wasser
Ein Farbtropfen und ein Glas Wasser · KI-generiertes Illustrationsbild
✦ Die kurze Antwort

Gelöste Farbstoffteilchen bewegen sich ungeordnet und verteilen sich dadurch: Das heißt Diffusion. Zusätzlich können Wasserströmungen die Farbe mitnehmen. Schnelle Schlieren sind deshalb kein Beweis für reine Diffusion.

Das Titelbild ist eine Illustration. Wir beobachten sichtbare Farbmuster, keine einzelnen Moleküle.

Auch ruhiges Wasser hat bewegte Teilchen

Wasser und gelöster Farbstoff bestehen aus winzigen Teilchen. Sie bewegen sich ständig und wechseln durch Zusammenstöße ihre Richtung. Dafür braucht es keinen Löffel.

Rot zeigt einen möglichen Weg eines Farbstoffteilchens, Blau steht für Wasser. Auch das Wasser bewegt sich. Die Pfeile sind ein Modell, keine gemessene Bahn.
Rot zeigt einen möglichen Weg eines Farbstoffteilchens, Blau steht für Wasser. Auch das Wasser bewegt sich. Die Pfeile sind ein Modell, keine gemessene Bahn.

Viele Zufallswege ergeben eine Verteilung

Nahe beim Tropfen sind anfangs viele Farbstoffteilchen in wenig Wasser. Das nennt man eine hohe Konzentration. Durch ihre ungeordnete Bewegung gelangen insgesamt mehr Teilchen aus dieser Gegend hinaus als hinein. Einzelne können auch zurückkehren. Dieser Ausgleich heißt Diffusion.

Dasselbe Wasservolumen, dieselbe Zahl roter Modellteilchen. Die kurzen Pfeile zeigen verschiedene Richtungen. Gezeigt ist Diffusion ohne zusätzliche Wasserströmung; Wasserteilchen sind hier weggelassen.
Dasselbe Wasservolumen, dieselbe Zahl roter Modellteilchen. Die kurzen Pfeile zeigen verschiedene Richtungen. Gezeigt ist Diffusion ohne zusätzliche Wasserströmung; Wasserteilchen sind hier weggelassen.

Eine Strömung nimmt Wasser mit

Beim Rühren bewegen sich größere Wassermengen gemeinsam und tragen Farbe mit. Auch ohne Rühren können nach dem Eingießen Strömungen bleiben. Ein absinkender Farbtropfen kann ebenfalls Wasser bewegen. Solcher Transport ist etwas anderes als die ungeordnete Bewegung einzelner Teilchen.

Gleichmäßig heißt nicht still

Über längere Strecken ist Diffusion in Wasser langsam. Schnelle Wirbel zeigen daher nicht, wie schnell einzelne Moleküle diffundieren. Ist die Farbe gleichmäßig verteilt, bewegen sich die Teilchen weiter; nur der Konzentrationsunterschied ist ausgeglichen.

↗ Probier es aus

Mit und ohne Löffel beobachten

  1. Stellt mit einem Erwachsenen zwei gleiche durchsichtige Kunststoffbecher auf ein Tablett. Füllt beide mit je 150 ml Wasser bei Raumtemperatur. Wartet fünf Minuten, ohne die Becher zu bewegen.
  2. Gebt in jeden Becher einen Tropfen derselben flüssigen Lebensmittelfarbe. Lasst einen stehen; rührt den anderen vorsichtig dreimal. Zeichnet die Muster sofort sowie nach einer und zehn Minuten.
  3. Vergleicht Schlieren und Farbverteilung. Rühren verteilt die Farbe meist schneller. Im ungerührten Becher können ebenfalls Strömungen auftreten: Dieser Vergleich misst keine reine Diffusionsgeschwindigkeit.

Gemeinsam beobachten, Flecken vermeiden und Spritzer aufwischen. Nur Wasser und Lebensmittelfarbe verwenden, Proben nicht trinken. Kein heißes Wasser.

Zum Mitnehmen

Diffusion entsteht aus ungeordneter Teilchenbewegung. Strömungen können Farbe zusätzlich transportieren. Sichtbares Vermischen allein trennt beide Vorgänge nicht.

Eine kleine Frage an dich

Was stimmt über Diffusion?

Quellen & Weiterlesen

OpenStax / Rice University · College Physics 12.7: Diffusion ↗OpenStax / Rice University · Biology 2e 5.2: Passive Transport ↗Clemson University · Physics demonstration: Food Color in Water ↗Penn State · Center for Nanoscale Science: Diffusion Races ↗

Unsere Texte erklären die Grundidee in eigenen Worten. Bilder und Modelle vereinfachen die Wirklichkeit; sie sind nicht maßstabsgetreu.

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