Γιατί οι λεκέδες του καφέ είναι πιο σκούροι στις άκρες;

Όταν ένας λεκές καφέ στεγνώνει, εμφανίζεται περισσότερη εξάτμιση στις άκρες παρά στο κέντρο. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα μια ροή υγρού προς τα έξω, που οδηγεί στην εναπόθεση σωματιδίων κατά μήκος των άκρων.

Είσαι άνθρωπος του καφέ; Αν ναι, πιθανότατα έχετε αναμνηστικά της «αγάπης σας για το ποτό» χαραγμένα στο τραπέζι, το πάτωμα, τις σελίδες βιβλίων και τα ρούχα σας… ναι, μιλάω για ένα πράγμα που φοβάται κάθε λάτρης του καφέ — Λεκέδες καφέ!

Τώρα, ρίξτε μια πιο προσεκτική ματιά σε ένα από αυτά. Θα παρατηρήσετε ότι οι λεκέδες του καφέ δεν καταλήγουν πραγματικά ως σκούρο καφέ κηλίδα. Αντίθετα, τείνουν να αφήνουν μια απαλή απόχρωση του καφέ που περιβάλλεται από μια λεπτή σκούρα άκρη.

Έχετε αναρωτηθεί ποτέ γιατί ο λεκές κατανέμεται έτσι;

Καφές:Λύση ή αναστολή;

Ένα βασικό φλιτζάνι καφέ παρασκευάζεται αναμειγνύοντας αλεσμένους κόκκους καφέ με ζεστό νερό. Ένα φλιτζάνι από αυτό το μοσχομυριστό μείγμα είναι το τέλειο φίλτρο για να αντιμετωπίσετε μια αγχωτική μέρα. Κυριολεκτικά, ο καφές είναι μια «λύση» σε όλα τα προβλήματα της ζωής, αλλά στον χημικό κόσμο, είναι και ο καφές μια «λύση»;

Καφές (Photo Credit :masa44/Shutterstock)

Λοιπόν, ο καφές αποτελείται τόσο από διαλυμένα όσο και από αδιάλυτα έλαια, και μια αρκετή ποσότητα σωματιδίων μεγάλου μεγέθους που επιπλέουν. Ως εκ τούτου, ο καφές είναι πράγματι μια λύση, αλλά είναι επίσης δίκαιο να τον ονομάσουμε εναιώρημα ή ακόμα και κολλοειδές.

The Coffee Ring Effect

Όταν χύνετε καφέ, αρχικά, όλα τα αιωρούμενα σωματίδια κατανέμονται περισσότερο ή λιγότερο ομοιόμορφα στις πιτσιλιισμένες σταγόνες καφέ

Ωστόσο, καθώς ο καφές στεγνώνει, αυτά τα μικροσκοπικά σωματίδια και οι χρωστικοί παράγοντες αρχίζουν να συσσωρεύονται κατά μήκος των άκρων, σχηματίζοντας έναν δακτύλιο γύρω από τον λεκέ. Οι επιστήμονες αποκαλούν με φαντασία αυτό το φαινόμενο The Εφέ δαχτυλιδιού καφέ .

Coffee Stain (Photo Credit :Phichai/Shutterstock)

Αλλά τι αναγκάζει αυτά τα σωματίδια στην άκρη;

The Science of a Coffee Blob:Cohesion, Adhesion, and Surface Tension

Τα μόρια υγρών όπως ο καφές είναι πολύ προσκολλημένα. Προσπαθούν πάντα να στριμώχνονται γύρω από άλλα μόρια καφέ. Αυτή η τάση παρόμοιων μορίων να κολλάνε μεταξύ τους ονομάζεται συνοχή .

Λόγω της συνοχής, τα μόρια στην επιφάνεια του υγρού έλκονται δυνατά προς το εσωτερικό από τα μόρια του όγκου.

Αυτή η ισχυρή τάση που βιώνουν τα επιφανειακά μόρια είναι αυτό που ονομάζουμε επιφανειακή τάση . Η επιφανειακή τάση κάνει την επιφάνεια του υγρού να συστέλλεται και να καθιζάνει σε μια κατάσταση όπου έχει τη μικρότερη δυνατή επιφάνεια. Το σχήμα που παρέχει την καλύτερη διάταξη με τη χαμηλότερη επιφάνεια είναι μια σφαίρα .

Η επιφανειακή τάση οδηγεί σε σφαιρικές πτώσεις (Photo Credit :skyblue16/Shutterstock)

Ως εκ τούτου, οι συνεκτικές δυνάμεις τείνουν πάντα να διατηρούν μια σταγόνα σφαιρική!

Ωστόσο, δεν έχουμε δει ποτέ μια τέλεια σφαιρική σταγόνα καφέ να ακουμπάει χαλαρά σε ένα τραπέζι. Γιατί; Γιατί τα υγρά μόρια δεν έλκονται μόνο μεταξύ τους, αλλά και από τα μόρια της επιφάνειας. Αυτό το είδος έλξης μεταξύ διαφορετικών ειδών μορίων ονομάζεται προσκόλληση .

Οι διαρροές καφέ δεν είναι τόσο σφαιρικές όσο θα περίμενε κανείς! (Φωτογραφία:Pixel-Shot/Shutterstock)

Σε αντίθεση με τη συνοχή, η πρόσφυση τείνει να ισοπεδώνει τη σταγόνα υγρού.

Ανάλογα με τη δύναμη των συνεκτικών και συγκολλητικών δυνάμεων και τη φύση της επιφάνειας, η σταγόνα μπορεί να είναι πιο κοντά σε μια σφαίρα ή σε ένα λεπτό επίπεδο χάος. Στην ιδανική περίπτωση, η σταγόνα καταλήγει κάπου στο ενδιάμεσο… ως σφαιρικός θόλος.

Διαφορετικές ρυθμίσεις σταγόνων (Πιστωτική φωτογραφία :petrroudny43/Shutterstock)

Μόλις φτάσει σε μια σταθερή κατάσταση, η σταγόνα προσπαθεί πολύ σκληρά να τη διατηρήσει.

Τι συμβαίνει καθώς στεγνώνει η σταγόνα;

Όταν μια σταγόνα καφέ πέφτει σε μια επιφάνεια, συμβαίνει κάτι ενδιαφέρον. Η άκρη της σταγόνας συνδέεται ή «καρφιτσώνεται» στις αυλακώσεις στην επιφάνεια. Αυτό το «καρφίτσωμα άκρων» είναι απαραίτητο για να εμφανιστεί το εφέ του δακτυλίου καφέ.

Μόλις καρφωθεί, οι άκρες της σταγόνας δεν κουνούν και το υγρό αρχίζει να στεγνώνει μέσω εξάτμισης και λίγης απορρόφησης. Ωστόσο, ο ρυθμός εξάτμισης δεν είναι καν σε όλη την επιφάνεια.

Οι μελέτες δείχνουν ότι ο ρυθμός εξάτμισης είναι μεγαλύτερος στις άκρες όπου το υγρό έρχεται σε επαφή τόσο με τον αέρα όσο και με το στερεό επίπεδο.

Δεδομένου ότι η σταγόνα είναι πιο παχιά στο κέντρο και η εξάτμιση είναι μεγαλύτερη στις άκρες, καθώς προχωρά η ξήρανση, η σταγόνα καταλήγει να μοιάζει με αυτό:

Ένα όχι και τόσο σταθερό σχήμα

Ωστόσο, όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, τα υγρά είναι πολύ επιλεκτικά ως προς το σχήμα τους. Τη στιγμή που διαταράσσεται το σχήμα του επίπεδου θόλου τους, προσπαθούν να επιστρέψουν στον σταθερό σχηματισμό τους. Για να επιτευχθεί αυτό, τα υγρά από το κέντρο εκτοξεύονται προς τις άκρες και ξαναγεμίζουν τις περιοχές στεγνώματος.

Αυτή η διαδικασία αναπλήρωσης συνεχίζεται καθ' όλη τη διάρκεια της διαδικασίας στεγνώματος.

Έτσι, κατά το στέγνωμα, το εξωτερικό περίγραμμα της σταγόνας παραμένει σταθερό, αλλά συνεχίζει να γίνεται πιο επίπεδο και πιο επίπεδο.

Καρφίτσωμα γραμμής επαφής

Λοιπόν… τι γίνεται με τα σωματίδια του καφέ;

Καθώς το υγρό συνεχίζει να ρέει προς τα έξω, τα σωματίδια του καφέ ξεπλένονται επίσης κατά μήκος του καρφιτσωμένου χείλους. Στη συνέχεια, τα σφαιρικά σωματίδια καφέ συσκευάζονται σφιχτά κατά μήκος των άκρων.

Έτσι, καθώς η πλήρης ποσότητα του υγρού εξατμίζεται, το μόνο που μένει είναι ένας σωρός από σκούρα καφέ σωματίδια καφέ που έχουν συσσωρευτεί στο όριο. Αυτό είναι που παρατηρούμε ως η σκοτεινή άκρη ενός λεκέ από καφέ.

Εφέ δαχτυλιδιού καφέ

Μερικοί λεκέδες είναι αποσπασματικοί

Δεν καταλήγουν όλοι οι λεκέδες καφέ ως ένα απόλυτα σκούρο δαχτυλίδι. Ορισμένοι λεκέδες έχουν ένα διακριτικό περίγραμμα γύρω τους, ενώ άλλοι θα καταλήξουν ως ένα ακατάστατο χάος.

Ένας αποσπασματικός λεκές (Φωτογραφία :mashe/Shutterstock)

Όπως είπαμε προηγουμένως, ανάλογα με τη συνοχή και την πρόσφυση, το σχήμα της σταγόνας υγρού ποικίλλει και με τη σειρά της ποικίλλει και η προς τα έξω ροή. Αυτό επηρεάζει την εναπόθεση σωματιδίων, επομένως μερικές φορές καταλήγουμε με μπαλώματα αντί για δακτυλίους.

Συμπέρασμα

Το φαινόμενο του δακτυλίου καφέ κυριαρχεί σε πολλά άλλα υγρά εκτός από τον καφέ. Η εξάλειψη ή η αποφυγή αυτού του αποτελέσματος είναι απαραίτητη σε τομείς όπως η επικάλυψη, η κατασκευή χρωμάτων και η εκτύπωση, όπου η ομοιόμορφη εναπόθεση χρώματος είναι απαραίτητη.

Μελέτες δείχνουν ότι η παρουσία επιφανειοδραστικών ουσιών, όπως το σαπούνι και τα σωματίδια σε σχήμα ελλειψοειδούς, μπορεί να μετριάσει αυτή την επίδραση. Η έρευνα είναι ακόμη σε εξέλιξη σε αυτόν τον τομέα.

Τώρα ξέρετε τα πάντα για την επιστήμη πίσω από τους λεκέδες του καφέ, οπότε την επόμενη φορά που θα χύσετε κατά λάθος λίγο καφέ στην επιστημονική σας εργασία, δοκιμάστε να εκτρέψετε την οργή του δασκάλου στρέφοντας τις γνώσεις σας σχετικά με το φαινόμενο του δαχτυλιδιού καφέ!