为什么咖啡渍边缘颜色更深？

不知道大家在日常生活中有没有注意到一个现象，桌上或者只书本上的咖啡渍中心的颜色比较淡，而边缘的颜色却比较深，这是什么原因呢？看似简单的问题里面其实包含着复杂的物理过程。

一杯咖啡可以看做是咖啡豆粉末和热水的混合悬浮液。咖啡悬浮液中的咖啡颗粒分散在咖啡渍中。

当咖啡渍被滴到其他表面上的时候，随着咖啡中的水分蒸发，咖啡会变得越来越干，而咖啡渍中的咖啡颗粒则开始沿着咖啡渍边缘聚集，最终当水分蒸发完了，则形成一个沿着咖啡渍边缘的深色环状结构，这种现象也被称为咖啡环效应。

那么为什么咖啡颗粒会向咖啡渍边缘聚集呢？

像液态水这样的水分子因为内聚力的原因，它们总是试图紧紧的靠在一起，由于这种内聚力的存在，液体表面的分子会被主体中的分子强烈拉向内部。

表面分子受到的这种强烈的拉力也就是我们所属的表面张力。表面张力会促使液体表面收缩并稳定在表面积尽可能小的状态，这其中最完美的形成就是球形，这也是露珠是球形的原因。

所以水分子的内聚力会促使水滴尽可能的保持为球形。但是我们很少能够见到球形的液滴，咖啡渍也很少会是一滴完美的球形。

完美球形液体难以形成的原因是，这些水分子之间不但相互吸引，而且还能够吸引到表面的分子，不同种类分子之间的这种吸引力被称为粘附力。

和内聚力试图让液滴变成球形不同，粘附力则试图让液体变成平面。

正是因为内聚力和粘附力对咖啡渍的“争夺”，才使得咖啡渍表现出了一些有趣的特性。

当咖啡渍滴落到表面上的时候，咖啡渍的边缘会附着在表面的凹槽当中，这种边缘固定对咖啡环效应的发生至关重要。

一旦咖啡渍的位置固定好，则表示咖啡液滴的边缘不会发生移动，液体开始蒸发和少量吸收而变干，但是整个咖啡渍表面的蒸发速度并不均匀。

研究表明，蒸发速率在液体与空气和固体平面接触的边缘处更大。由于中心的液滴较厚，边缘的蒸发较大，因此随着干燥的进行，液滴最终看起来像这样：

然而，如前所述，液体对它们的形状非常挑剔。一旦它们平坦的圆顶形状受到干扰，它们就会尝试恢复到稳定的形态。为了实现这一点，液体从中心冲到边缘并重新填充干燥区域。

这种补充过程在整个干燥过程中持续进行。

因此，在干燥时，水滴的外边界保持固定，但它会变得越来越平坦。

那么……咖啡颗粒呢？

随着液体不断向外流动，咖啡颗粒也会沿着固定边缘被冲上去。然后球形咖啡颗粒沿着边缘紧紧地堆积起来。

因此，随着所有液体的蒸发，剩下的只是一堆堆积在边界上的深棕色咖啡颗粒。这就是我们观察到的咖啡渍的深色边缘。

并不是所有的咖啡渍最终都会变成一个完美的黑环。有些污渍周围有细微的边界，而其他污渍最终会变成一团糟。

正如我们前面所说，根据内聚力和粘附力，液滴的形状会发生变化，进而向外流动也会发生变化。这会影响粒子的沉积，所以有时我们最终会得到斑块而不是环。

除了咖啡，咖啡环效应在许多其他液体中也很明显。在涂料、油漆制造和印刷等领域，消除或避免这种影响是必不可少的，因为在这些领域，颜色的均匀沉积是必不可少的。

研究表明，表面活性剂（如肥皂和椭圆形颗粒）的存在可以减轻这种影响。该领域的研究仍在进行中。

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