¿Por qué las manchas de café son más oscuras en los bordes? » Cienciahoy

Cuando una mancha de café se seca, ocurre más evaporación en los bordes que en el centro. Esto da como resultado una ráfaga de fluido hacia afuera, lo que conduce a la deposición de partículas a lo largo de los bordes.

¿Eres una persona de café? Si es así, probablemente tenga recuerdos de su “amor por la bebida” grabados en su mesa, piso, páginas de libros y ropa… sí, estoy hablando de una cosa que todo amante del café teme: ¡las manchas de café!

Ahora, eche un vistazo más de cerca a uno de ellos. Notarás que las manchas de café en realidad no terminan como una mancha marrón oscura. En cambio, tienden a dejar un suave tinte marrón rodeado por un borde delgado y oscuro.

¿Alguna vez te has preguntado por qué la mancha se distribuye así?

Café: ¿Solución o Suspensión?

Una taza básica de café se prepara mezclando granos de café molidos con agua caliente. Una taza de esta mezcla almizclada es la poción perfecta para afrontar un día estresante. Literalmente, el café es una “solución” a todos los problemas de la vida, pero en el mundo químico, ¿es el café también una “solución”?

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Café (Crédito de la foto: masa44/Shutterstock)

Bueno, el café consiste en aceites disueltos y no disueltos, y una buena cantidad de partículas de gran tamaño que flotan. Por lo tanto, el café es ciertamente una solución, pero también es justo llamarlo suspensión o incluso coloide.

El efecto del anillo de café

Cuando derramas café, inicialmente, todas las partículas en suspensión se distribuyen de manera más o menos uniforme a lo largo de las gotas de café salpicadas.

Sin embargo, a medida que el café se seca, estas diminutas partículas y agentes colorantes comienzan a acumularse a lo largo de los bordes, formando un anillo alrededor de la mancha. Los científicos llaman elegantemente a este fenómeno los Efecto de anillo de café.

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Mancha de café (Crédito de la foto: Phichai/Shutterstock)

Pero, ¿qué fuerza a estas partículas al borde?

La ciencia de una gota de café: cohesión, adhesión y tensión superficial

Las moléculas de fluidos como el café son muy pegajosas. Siempre tratan de acurrucarse cerca de otras moléculas de café. Esta tendencia de moléculas similares a unirse se llama cohesión.

Debido a la cohesión, las moléculas en la superficie del líquido son atraídas fuertemente hacia el interior por las moléculas en masa.

Esta fuerte tensión experimentada por las moléculas de la superficie es lo que llamamos tensión superficial. La tensión superficial hace que la superficie del líquido se contraiga y se asiente en un estado en el que tiene la menor superficie posible. La forma que proporciona el mejor arreglo con el área superficial más baja es una esfera.

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La tensión superficial conduce a gotas esféricas (Crédito de la foto: skyblue16/Shutterstock)

Por lo tanto, ¡las fuerzas cohesivas siempre tienden a mantener una gota esférica!

Sin embargo, nunca hemos visto una gota de café perfectamente esférica descansando casualmente sobre una mesa. ¿Por qué? Porque las moléculas del líquido no solo se atraen entre sí, sino también a las moléculas de la superficie. Este tipo de atracción entre diferentes tipos de moléculas se llama adhesión.

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¡Los derrames de café no son tan esféricos como cabría esperar! (Crédito de la foto: Pixel-Shot/Shutterstock)

Contrariamente a la cohesión, la adhesión tiende a aplanar la gota de líquido.

Dependiendo de la fuerza de las fuerzas cohesivas y adhesivas, y de la naturaleza de la superficie, la mancha puede estar más cerca de una esfera o de un lío plano y delgado. Idealmente, la gota termina en algún punto intermedio… como una cúpula esférica.

Icono científico de la física vectorial de la tensión superficial

Distintos arreglos de gotas (Crédito de la foto: petrroudny43/Shutterstock)

Una vez que alcanza un estado estable, la gota se esfuerza mucho por mantenerlo.

¿Qué sucede cuando se seca la gota?

Cuando una gota de café cae sobre una superficie, sucede algo interesante. El borde de la gota se une o “fijado” a las ranuras de la superficie. Esta ‘fijación de bordes’ es esencial para que se produzca el efecto de anillo de café.

Una vez fijado, los bordes de la gota no se mueven y el líquido comienza a secarse por evaporación y un poco de absorción. Sin embargo, la tasa de evaporación no es uniforme en toda la superficie.

Los estudios muestran que el la tasa de evaporación es mayor en los bordes donde el líquido entra en contacto tanto con el aire como con el plano sólido.

Dado que la gota es más gruesa en el centro y la evaporación es mayor en los bordes, a medida que avanza el secado, la mancha termina luciendo así:

Una forma no tan estable

Una forma no tan estable

Sin embargo, como se mencionó anteriormente, los líquidos son muy exigentes con sus formas. En el momento en que se altera su forma de cúpula plana, intentan volver a su formación estable. Para lograr esto, los fluidos del centro se precipitan hacia los bordes y rellenan las áreas de secado.

Este proceso de reposición continúa durante todo el proceso de secado.

Así, mientras se seca, el borde exterior de la gota permanece fijo, pero se vuelve más y más plano.

Fijación de bordes

Fijación de línea de contacto

Entonces… ¿qué pasa con las partículas de café?

A medida que el líquido sigue fluyendo hacia el exterior, las partículas de café también se lavan a lo largo del borde con alfileres. Las partículas esféricas de café luego se empaquetan apretadas a lo largo de los bordes.

Por lo tanto, a medida que se evapora la cantidad total de líquido, todo lo que queda es una pila de partículas de café de color marrón oscuro que se han acumulado en el borde. Esto es lo que observamos como el borde oscurecido de una mancha de café.

Efecto de anillo de café

Efecto de anillo de café

Algunas manchas son irregulares

No todas las manchas de café terminan como un anillo perfectamente oscuro. Algunas manchas tienen un borde sutil alrededor, mientras que otras terminarán como un desastre irregular.

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Una mancha irregular (Crédito de la foto: mashe/Shutterstock)

Como dijimos anteriormente, dependiendo de la cohesión y la adhesión, la forma de la gota de líquido varía y, a su vez, también varía el flujo hacia afuera. Esto afecta la deposición de partículas, por lo que a veces terminamos con parches en lugar de anillos.

Conclusión

El efecto de anillo de café predomina en muchos otros fluidos además del café. Eliminar o evitar este efecto es necesario en campos como el recubrimiento, la fabricación de pinturas y la impresión, donde la deposición uniforme del color es indispensable.

Los estudios muestran que la presencia de tensioactivos, como el jabón y las partículas en forma de elipsoide, pueden mitigar este efecto. La investigación aún está en curso en este campo.

Ahora que sabes todo sobre la ciencia detrás de las manchas de café, así que la próxima vez que accidentalmente derrames un poco de café en tu tarea de ciencias, ¡intenta desviar la ira del maestro flexionando tu conocimiento sobre el efecto del anillo de café!

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