Pseudosoep

Al vele jaren is er op gezette tijden van AW-wege gepeinsd en gemijmerd over de vraag hoe het komt dat een enkele druppel gemorste olie op gracht of plas daar altijd aanleiding geeft tot prachtige kleureffecten, terwijl druppels olie of vet op soep dat nooit doen. Vetogen op soep zijn altijd wat ze zijn: rondjes olie zonder meer. Nooit iets van die zachte kleuren die ook zeepbellen zo mooi maken.

Moderne soep heeft niet veel vet meer, mergpijp, soepbal en dooraderd soepvlees hebben afgedaan, maar het is een kleine moeite de oude soep in zijn essentie na te bootsen. Vul een soepbord met leidingwater en giet er wat slaolie op. Als na de plons de pseudosoep weer stil staat, drijven er klassieke vetogen op. Altijd ogen zonder kleur zijn dat. Deze week is onderzocht of het ook te begrijpen is.

Eerst is ook nog de gracht nagebootst. Op een ander bord met leidingwater werd met behulp van een oliespuitje wat overjarige Shell motorolie X-100 gebracht. En het was gelijk raak: de mooiste kleuren. Wasbenzine (`kookpuntenbenzine' dus, of om precies te zijn Coleman fuel uit de kampeerwinkel) deed het ook mooi, tot alle benzine was verdampt.

Het klopt nog steeds en leerboeken, nog ouder dan de Shell-motorolie uit 1975, waren eenduidig en eensgezind in de verklaring van het kleureffect. Het gaat hier om interferentie (een samenspel) tussen de fractie van het opvallende licht die tegen de bovenkant van de olielaag weerkaatst en licht dat terugkeert naar de waarnemer nadat het tegen de onderkant van de olielaag reflecteerde. Dus tegen het grensvlak olie-water. Het weerkaatste licht dat een wat langere weg heeft afgelegd kan het andere licht versterken of verzwakken, dat hangt helemaal af van golflengte en faseverschil. In de Winkler Prins krijgt het een beschrijving onder `newtonringen', in Engelse teksten valt te zoeken onder `Newton's colors'. Ook de kleuren van zeepbellen danken hun bestaan aan deze dubbele reflectie.

De gangbare literatuur laat meestal en passant weten dat de kleuren het mooist zijn bij membranen, vliezen en films met een dikte die niet veel verschilt van de golflengte van het zichtbare licht. Waaròm dat zo is staat er meestal niet bij en het wordt, eerlijk gezegd, in het AW-labo ook niet helemaal begrepen. In ieder geval is het een ervaringsfeit. Zeepvliezen kunnen, volgens `The science of soap films and soap bubbles' van Cyril Isenberg uit 1978 (heruitgegeven door Dover Publications), 0,005 tot 20 micron dik zijn en een vlies van 1 micron noemt Isenberg al aan de dikke kant. Daarmee komen de doorsneevliezen inderdaad binnen de range van golflengten die voor zichtbaar licht zijn vastgesteld: 0,4 tot 0,8 micron. Een micron is eenduizendste millimeter.

Het was dus zaak slaolie- en smeerolie-films te maken van een bekende dikte, er moesten druppels olie van bekend volume op het water worden gebracht en er moest worden gemeten over welk oppervlak de druppels zich verspreidden. Het bleek dat de beschikbare maatpipet steeds ongeveer 30 druppels olie per ml olie kon leveren, dus dat de druppels een volume hadden van ruim 0,03 ml. Zo'n druppel slaolie spreidde zich uit over een oppervak van 8 bij 8 cm, terwijl de smeerolie een gebied bedekte dat zeker twee keer zo groot was. De dikte van de slaoliefilm was dus 5 micron, de smeerolie kwam op 2,5 of wat minder.

De zo bescheiden factor twee brengt de smeerolie toevallig net mooi binnen het gewenste gebied, dus daarvan zou een deel van de verklaring kunnen komen. Maar opeens drong het besef door dat de zichtbaarheid van interferentie-kleuren natuurlijk in de eerste plaats afhangt van de variatie in de dikte van de oliefilm. Zeepvliezen zijn veelkleurig doordat de dikte van de vliezen altijd een sterk verloop vertoont, vaak onder invloed van de zwaartekracht. Een zeepbel is onderin dikker dan boven. Vliezen die overal even dik zijn hebben overal dezelfde kleur. Omdat het vaak heel zachte tinten zijn, ontsnappen ze makkelijk aan de aandacht.

Het gebrek van de slaoliefilm is misschien dat hij te mooi gelijkmatig van dikte is. Àls dat al zo is, is het misschien toe te schrijven aan het gegeven dat de slaolie, vermoedelijk voornamelijk arachide-olie, chemisch zuiverder is dan de minerale smeerolie die immers, zoals alle aardoliedestillaten, een mengsel is van verschillende olie-achtige stoffen.

Even, heel even, was er de gedachte dat de arachide-olie (aardnotenolie, peanut oil) misschien wel een monomoleculaire laag op het water vormde, dankzij zijn typische `polaire' (kop-staart) eigenschappen. Dat dat de gelijkmatige dikte verklaarde. Maar bij nader inzien zat die aanname er ruwweg een factor 1000 naast. De slaolielaag is honderden moleculen dik en de gemengde laag smeerolie niet veel minder.

Zo komt een deel van het probleem neer op de vraag waarom die slaolie zich niet wat verder verspreidt over het wateroppervlak. Hierin wordt, zoals bekend, een doorslaggevende rol gespeeld door de oppervlaktespanningen van de twee afzonderlijke vloeistoffen. Maar misschien ook, dat idee ontstond pas later, door de vorm van het wateroppervlak in het bord. Deze suggestie ontstond in de marge van verklaringen voor het proefje dat hier op de foto staat. Een schone afwasteil was gevuld met schoon water en vervolgens was er een handje lucifers ingeworpen. Daarna bleek een druppel Dreft in staat het hele zootje binnen een fractie van een seconde naar de andere kant van de teil te jagen.

Spectaculair genoeg, maar het blijkt een bekend proefje te zijn. Anderen gebruiken stukjes papier, peperkorrels of gemalen peper met hetzelfde resultaat. De optredende vloeistofstroming is het gevolg van een gradiënt in oppervlaktespanning die de Dreft teweegbrengt.

In een opsomming van gelijksoortige proefjes wordt uitgelegd waarom het niet lukt een stukje kurk in het midden van een met water gevulde beker te laten drijven, waarom dat altijd naar de zijkant schiet. In de verklaring speelt de holle vorm van het wateroppervlak een rol. Opeens was er het vermoeden dat de druppel slaolie zich in zo'n gigantisch nouvelle cuisine-bord verder zou verspreiden dan in een gewoon bord. Nader onderzoek volgt.