Afdruiprekspanning

MET HET DALEN van de temperatuur verschuift de belangstelling voor natuurverschijnselen in de vrije natuur naar die in de kleine jungle thuis. Vandaag het afdruiprek als voorwerp van verbazing en bewondering.

Lang geleden, op 8 oktober 1992 om precies te zijn, is hier een klein exposé gegeven over onbegrijpelijkheden in het opdrogen van gemorste druppels leidingwater, koffie, wijn, Coca Cola en nog zo wat. Altijd ontstaan daaruit 'droogvlekken' die aan de periferie het donkerst zijn, terwijl de gevallen druppel zelf juist in het midden zo dik was. Voor vlekken in textiel of papier viel dat nog wel te begrijpen, maar dat op niet-absorberende dragers van glas, glazuur, formica en ander plastic hetzelfde gebeurde was een raadsel.

Delftse chemici brachten opheldering. Zij beschreven hoe de gemorste druppels vooral sterk aan de periferie verdampten, hoe daar snel een korstje kalk of zoiets ontstond en dat dit vochtige strand hygroscopisch was en dus meer vloeistof aanzoog maar dat het ook een scheepskerkhof kon worden voor gesuspendeerde deeltje of heel grote moleculen die er, meegevoerd door allerlei stromen, in vastliepen. Het was een uitleg die meer op de emotie dan op het verstand werkte, maar voor vandaag maakt dat niet uit. Later is nog eens ter sprake gekomen hoe het zout van een verzadigde zoutoplossing van lieverlee uit zijn oplossing kruipt. Dat kreeg min of meer dezelfde uitleg maar liet onverklaard dat suiker niet klimmen wil.

Soit. Opdrogende druppels laten aan de periferie een randje vuil achter. Zo overzichtelijk was het leven tot in december 1993 een brief arriveerde van een lezer in Overveen die wilde weten waarom het restje spoelwater dat in een wijnglas achterblijft opdroogt tot een reeks concentrische ringen. Niet één kalkrandje dus, maar een hele serie, als de vloedlijnen op een strand bij doodtij. Een tekening maakte duidelijk wat er in Overveen was gezien.

Het was een waarneming die moeiteloos viel te bevestigen. Sterker nog: het was er een die om zo te zeggen al onbewust was gedaan. De concentrische droogkringen in wijnglazen die aan de lucht drogen zijn zo alledaags dat het Overveense schrijven van de weeromstuit onder in de moppentrommel raakte. Ook toen hij, bij een voorkomende gelegenheid, werd voorgelegd aan een groep chemisch technologen die wel-eens-wat-anders wilden, werd het bijzondere niet herkend.

Dàt er iets zeldzaams aan de hand is komt pas naar voren als men wat aanvullende proefjes doet. Dan blijkt bijvoorbeeld dat ook op voldoende schoon vlakglas (zoals een spiegel) vaak meer dan één kalkrandje ontstaat, maar bij lange na niet zo mooi als binnen een bol glas. Anderzijds vormt leidingwater op een plastic ondergrond nooit meer dan het gewone, enkelvoudige kalkrandje. Ook op metaal wordt het niets, zelfs niet in de holle ronding van een zwaar verchroomde eetlepel.

Nergens laat opdrogend leidingwater zulke mooie ringen achter als in de typische bolvormige binnenkant van een conventioneel wijnglas, vooropgesteld dat dat glas goed is ontvet en grondig gespoeld. De spaties tussen de kalkringen lopen soms op tot wel vier millimeter. Wie het glas 's avonds om tien uur te drogen legt kan 's ochtends om zeven uur de afzondelijke ringen tellen, tenzij een restje Dreft of ander detergens in het water was achtergebleven. Dan ontstaan zoveel fijne ringetjes dat ze nauwelijks van elkaar zijn te onderscheiden.

Van AW-zijde is tot op heden niet het geduld opgebracht om het verschijnen van de verschillende kalkringen af te wachten, het droogproces is alleensteekproefsgewijs gevolgd. Daaruit is de indruk ontstaan dat er een soort sprongsgewijze contractie van het drogende vloeistofoppervlak optreedt. De sprongen zelf zijn niet waargenomen, wel was duidelijk dat het vloeistofoppervlak voortdurend veranderde. Dàt, en het resultaat van de andere proefjes, herleidt de gebeurtenissen op het afdruiprek tot een spel van adhesie en cohesie, een wisselwerking tussen de oppervlaktespanning voor het grensvlak vloeistof-lucht en de aantrekking tussen vloeistof en glas.

De lust ontbrak om de chemisch technologen opnieuw te enthousiasmeren. Daarom volgt hier als eerste aanzet tot uitgebreidere theorievorming de losse AW-hypothese dat een drogende waterdruppel probeert de 'contacthoek' met de ondergrond (bekend uit de beschrijving van de holle of bolle meniscus van een vloeistof in een capillair) zo lang mogelijk constant te houden en dat tijdens deze bezigheid het vloeistofoppervlak zich tegen de wensen van de oppervlaktespanning in net zolang vervormt tot een abrupte correctie optreedt. Waar of niet waar: het is evident dat handhaving van de contacthoek op een hol oppervlak andere eisen stelt dan op een bol oppervlak. Druppels leidingwater die aan de buitenzijde van een wijnglas opdrogen ontwikkelen geen of vrijwel geen vloedlijnen.

Waar doet deze beschouwing aan denken? Aan het 'theepot-effect' dat in Scientific American van oktober 1984 aan de orde kwam! Eindelijk kan in deze tijd van toenemende serviceverlening ook in de AW-rubriek eens een tip worden aangereikt waarmee de lezer zijn voordeel kan doen. Met regelmaat wordt de redactie gevraagd uit te leggen hoe het toch komt dat er altijd thee lekt langs de tuit van de theepot - de theepottuit - als daar net thee uit is geschonken. En vooral: wat daartegen te ondernemen is. Welnu: hoe het komt vertelt Jearl Walker (die het weer uit Physics Today had) in Scientific American: in de buitenzijde van de theestraal is de druk hoger dan aan de binnenzijde. Dat het niet waar kan zijn wat Walker zegt blijkt uit het probate middel dat er tegen hinderlijk nadruppelen bestaat: een likje vet onder de tuit. Zuurvrije vaseline, kranenvet, wolvet - whatever, desnoods uierzalf als dat voldoende hittebestendig is. De adhesie tussen vet en thee is minimaal en een minimale bevetting volstaat om het geringste 'teapot effect' te voorkomen.