Wetenschap: Over blinde en andere vlekken

Huishoudens hebben helaas weinig oog voor de vorming van vlekken: voorkomen of verwijderen is het devies. Maar hoe wordt een gemorste koffiedruppel eigenlijk een vlek?

Waarom zijn niet alle vlekken wit? Dat zou ons heel wat witwassen besparen. Oplossingen zoals koffie en verf zijn gekleurd doordat deeltjes in water rondzweven die licht absorberen, en die niet verdampen. Die deeltjes vormen dus de gekleurde vlek.

Kijk nog eens goed naar een bevlekt tafellaken voordat dit de wasmachine ingaat. Het zal u opvallen dat een vlek vrijwel nooit egaal van kleur is. Of mors bijvoorbeeld koffie op een wit vel papier: de buitenkant van de gedroogde vlek is altijd een donkere ring.

Koffievlekeffect

De vorming ervan staat in de wetenschap bekend als het koffievlekeffect, al is het effect heel algemeen. Het komt ook voor bij het opdrogen van inkt en verf in de coatingindustrie.

En schenk vanavond bij het diner eens wat rode wijn op het witte tafellaken. Je zou verwachten dat er, na het verdampen van alle vloeistof, een egale rode vlek achterblijft. In plaats daarvan vormt zicht een donkerrode ring.

Watermoleculen hekel aan de meeste oppervlakken

De verklaring van het koffievlekeffect begint met de vraag waarom een vlek begint als druppel: waarom vloeit gemorste koffie niet uit tot een dunne vloeistoffilm? Dat gebeurt niet omdat watermoleculen een hekel hebben aan de meeste oppervlakken, zo ook aan hout en glas. Als water zich uitspreidt, maken er meer watermoleculen contact met het oppervlak, en dus verkiest water de druppelvorm.

Aan de buitenste rand van de druppel zitten de watermoleculen die vanaf dit vervelende oppervlak direct de lucht in kunnen; watermoleculen binnenin de druppel kunnen dat niet. Een waterdruppel verdampt dan ook het snelst aan de buitenste rand. Als die rand zou kunnen bewegen, zou door verdamping de druppelstraal steeds kleiner worden, net zoals een druppel op een gloeiende kookplaat die steeds verder krimpt.

Deeltjes duwen

Maar bij het drogen van een druppel gebeurt iets anders: de druppelstraal blijft constant. Dat komt doordat het oppervlak (hout, glas) altijd een beetje ruw is waardoor de buitenste rand van een druppel vastgepind wordt. Het gevolg is dat water vanuit het binnenste van de druppel naar de rand beweegt om de verdamping aan te vullen.

Stapeling van gekleurde deeltjes vormen ring die overblijft

Maar die waterbeweging sleept opgeloste deeltjes mee die zich aan de rand opstapelen omdat ze (in tegenstelling tot watermoleculen) te groot zijn om te verdampen. En het is deze stapeling van gekleurde deeltjes die we waarnemen als de ring die overblijft na het opdrogen van een vlek.

Wetenschappers hebben onlangs ontdekt dat het koffievlekeffect te voorkomen is door langwerpige deeltjes aan een oplossing toe te voegen. Die langwerpige deeltjes blijken zich enorm graag te hechten aan het oppervlak van de druppel. Hierdoor worden ze niet door waterbeweging naar de rand geduwd, en droogt een vlek egaal op.

Voor het witwassen van een tafellaken zal dit weinig verschil maken. Maar voor de inkjet- en coatingindustrie, waar het koffievlekeffect een serieus probleem vormt, is deze ontdekking heel goed nieuws.

Prof. dr. A.P. Philipse
Hoogleraar Fysische en Colloidchemie aan de Universiteit Utrecht

 

Reageren?