De koffievlek weigert nog steeds zijn geheim prijs te geven

Het geheim van de koffievlek is opgelost. Dat althans beweren zes Amerikaanse onderzoekers verbonden aan het James Franck Institute in Chicago (Nature, 23 okt). Het raadsel van de koffievlek, en overigens dat van bijna alle vlekken die oplossingen en suspensies op niet-absorberende ondergronden (glas, glazuur, emaille, plastic) achterlaten, is dat de vlekken na het indrogen aan de randen het donkerst zijn, terwijl toch aan het begin de druppel in het midden het dikst was.

Het fenomeen is eerder in de rubriek AW (8 oktober 1992) besproken. Toen was de ad hoc-verklaring dat elke vlek op het moment dat hij ontstaat een grotere diameter heeft dan er overblijft als hij zich, tot rust komend, in de bolvorm terugtrekt. Zo ontstaat rondom de druppel een vochtig strandje waarop veel gesuspendeerde deeltjes - die door allerlei stromingen worden langsgevoerd - vastlopen. Ook kan het vochtige strand langs hygroscopische weg vloeistof aanzuigen. Later bleken toch ook 'stranden' te ontstaan als druppels behoedzaam met een pipet werden opgebracht en aangevuld.

Het indrogen van druppels is ook besproken in het Journal de physique II (juli 1996), al ging het daarbij vooral om de dikte van de film die indrogende druppels achterlaten. Parisse en Allain bedachten twee modellen voor het indampen van kleine druppelvormige vlekken: één waarbij de diameter van de vlek tijdens het indrogen constant blijft en één waarbij de contacthoek tussen de bolvormige druppels en het bovengenoemde 'strand' (dat zij 'voet' noemen) constant is. Een druppel van een geconcentreerde colloïdale silicaat-oplossing op glas bleek het constant diameter-model het best te volgen. Alleen vlekken van zuivere vloeistoffen zouden volgens de Fransen tijdens het indampen smaller worden.

Deegan c.s. uit Chicago namen het Franse werk als uitgangspunt en zochten naar het eenvoudigste mechanisme dat de 'donkere ring' van koffievlekken e.d. kon verklaren. Zij beschouwen de constante diameter als een gegeven en nemen bovendien aan dat het druppeloppervlak steeds sferisch (bolvormig) is. Een 'strand' of 'voet' ontbreekt. Teruggrijpend naar klassieke veld-berekeningen voor geladen geleiders berekenden zij hoe de verdamping afhangt van de plaats in de vlek. Aan de buitenrand is de verdamping het sterkst, in het centrum het laagst. Om de - gepostuleerde - bolvorm en constante diameter te behouden, moet voortdurend vloeistof radiaal naar de rand van de druppel stromen. Deegan c.s. gebruikten een uiterst verdunde suspensie van polystyreen bolletjes in water als toets voor hun model. Ze telden de aankomst van de bolletjes in de periferie van heel kleine vlekken en vonden een tijdsafhankelijkheid die aansloot bij de theorie.

De redactie van Nature acht het koffieprobleem opgelost. Dat lijkt te vroeg gejuicht. Elke koffiedrinker stelt vast dat grote koffievlekken helemaal niet bolvormig zijn en dat zich vaak 'stranden' ontwikkelen die heel breed zijn. Regelmatig ziet men ook een serie concentrische droogranden ontstaan. Dat wekt de indruk dat wel degelijk gestreefd wordt naar een constante contacthoek. Het team uit Chicago heeft een vloeistof gevonden die het model volgde in plaats van andersom.