インクは水のどのように拡散するのですか?

赤いインクが水に落ちた。

水とインク分子のランダムな動きのために、インクは水中に拡散します。大規模では、個々の分子が動くことはありません。その代わりに、溶液中の異なる点でインクがどのくらい暗くなっているかがわかります。高濃度の領域から低濃度の領域へのインクの移動を見ることができ、この移動の速度は水中のインクの拡散係数に比例します。

ランダムな動き

温度は、分子のランダムな動きの尺度である。水分子がインクとの混合物中をランダムに動き回ると、それらはインク分子に突き当たり、それらもランダムに動く。より多くのインク分子が存在する場所では、インク分子を他の場所に衝突させる水分子との衝突がより多く存在する。その結果、平均して、インク分子はより多くの分子(より高い濃度)を有する領域からより少ない分子(より低い濃度)を有する領域に移動する。

拡散係数

水の温度が高いほど、分子がより速く移動する。これにより、衝突がますます難しくなります。その結果、拡散係数は温度に比例する。衝突後に各インク分子がどのくらい移動するかは、直径が大きいほど大きくなります。流体中の固有摩擦は粘度と呼ばれます。したがって、拡散係数は、分子の直径および液体の粘度の両方に反比例する。

エントロピーと拡散

熱力学の第2の法則は、エントロピーが増加する傾向があると述べている。エントロピーは、どのように不規則な、分散された、またはランダムに配置されたものであるかの尺度です。インクが濃縮液滴から拡散すると、分子はより広がり、ランダムに分布するようになる。従って、インクが拡散すると、系のエントロピーが増加する。