FİZİK: Lise Fizik Sıvıların Özelliklerinden Adezyon-Kohezyon-Kılcallık-Yüzeygerilimi

ADHEZYON VE KOHEZYON KUVVETLERİ

Herhangi bir maddeyi oluşturan küçük parçacıklara molekül denir. Moleküller arasında oluşan çekim kuvveti sıvılarda bazı özelliklerin görülmesini sağlar. Bu kuvvetleri aynı tür ve farklı tür moleküllerin birbirine yaptığı kuvvet olarak verebiliriz.

Kohezyon:

(Latince cohaerere) bir arada bulunma anlamındadır. Molekül çekim kuvveti demektir. Aynı cins moleküllerin arasındaki çekim kuvvetine denir. Kohezyon sıvı ve katı (gazlarda ihmal edilebilecek kadar küçüktür) maddelerde görülür. Bu maddelerin moleküllerindeki pozitif ve negatif yükler arasında oluşur. Bağların ömrü saniyenin trilyonda biri kadardır; ancak komşu moleküller arasında sürekli yeni bağ kurulur ve bu da bileşiği bir arada tutar. Bu olgu sonucunda sıvılardaki yüzey gerilimi adı verilen olgu meydana gelir.

Bu kuvvet suyun veya yoğun bir sıvının moleküllerini bir arada tutan kuvvettir. Bir musluktan su damlarken önce küçük bir damla oluştuğunu, sonra damlanın büyüyüp aşağı doğru uzadığını ve nihayet musluktan kopup bağımsız halde, fakat yine de bir bütün olarak yere doğru düştüğünü gözlemişizdir. Aşağıdaki resimde bu durum görülmektedir. Resimde damlanın nasıl da musluktan ayrılmamak için direndiğini, nasıl da yerçekimi kuvvetine karşı koymaya çalıştığını görüyoruz.

Adhezyon (Yapışma) Kuvveti :

Farklı iki madde arasında var olan ve bu iki maddenin birbirine yapışmasını sağlayan çekim kuvvetidir. Günlük hayatta adhezyonun örneklerini sıkça görmekteyiz. Yağmur damlalarının cama yapışması, denizden çıkan bir insanın vücudunun ıslak kalması, durgun bir su üzerinde hareket eden yaprağın suyu sürüklemesi ve benzeri durumlar adhezyona örnektir. Adhezyon, bir sıvının (örneğin suyun veya yoğun bir sıvının) cama yapışması durumunda etkin olan kuvvettir. Çay içerken bardağı kaldırdığınızda küçük çay tabağının da birlikte kalktığına çok kere şahit olmuşuzdur. İşte iki cam tabakayı birbirlerine yapıştıran, suyun özelliği olan Adezyon kuvvetidir.

Bir sıvının molekülleri ile içinde bulunduğu kabın yüzeyi arasındaki kuvvetler adhezyon kuvvetlerdir. Tüm bilinen yapıştırıcı maddeler bu kuvvetlerin işleyişi prensibine dayanılarak üretilir.

Bitkilere Etkisi:
Hidrojen bağlarının sonucunda gerçekleşen kohezyon, bitkilerde suyun zıt yönde taşınmasını mümkün kılar. Su bitkilerdeki odun borularından yukarı çıkarılırken kohezyon ve adhezyon sonucu oluşan hidrojen bağları rol oynar.

KILCALLIK

Kılcallık ya da Kapiler Olay bir maddenin başka bir maddeyi kendine çekmesi olayıdır. Bir bitkinin iletim sisteminde veya pürüzlü kâğıtla kolayca gözlenebilir. Bir sıvı ile başka bir maddenin moleküler seviyedeki çekiminin , sıvının kendi molekülleri arasındaki çekim kuvvetinden daha kuvvetli olması sonucunda meydana gelir. Bu etki sıvının dik bir yüzeye dokunduğu kısımda sıvı yüzeyinin menisküs denilen içbükey bir hal almasına sebep olur. Aynı etki sünger gibi maddelerin suyu emmesinde de görülür. Kılcallığı gözlemlemek için en çok kullanılan deney düzeneği kılcal borulardır. Cam bir borunun, dikey vaziyette, su gibi bir sıvının içine batırılması sonucunda konkav bir menisküs oluşur. Yüzey gerilimi, sıvı kolununu, yer çekimi ile moleküller arası kuvvetler dengeye gelene kadar yukarı çeker. Sıvı kolonunun ağırlığı borunun yarıçapının karesiyle, sıvı ve boru arasındaki temas uzaklığı borunun yarıçapıyla orantılı olduğundan dar bir boru sıvıyı geniş bir borudan daha yukarı taşır. Örnek olarak, 0.5 mm yarıçaplı cam bir boru suyu ortalama 2.8 mm yüksekliğe ulaştırır. Bazı madde çiftlerinde, mesela cam ve cıva ikilisinde, atomlar arasındaki kuvvetler, sıvı ile katı arasındaki çekim kuvvetinden güçlüdür. Bu yüzden konveks bir menisküs oluşur ve kılcallık tersine işler.

Örnekler:

Hidroloji 'de kılcallık, su moleküllerinin toprak parçalarına çekimini tanımlar. Kapiler olay suyun nemli bölgelerden kuru bölgelere taşınmasında görev alır. Toprağın matriks potansiyelindeki (\Psi_m) farklılıklar kılcallığa sebep olur. Kılcallık aynı zamanda gözde sürekli olarak salgılanan gözyaşının, gözyaşı kanalları adı verilen kanalcıklar yardımıyla uzaklaştırılmasını sağlar. Kağıt havlular, sıvıları emerken kapiler olay gözlenir. Yüzeydeki delikler birer kılcal boru görevini görüp sıvıyı çekerler. Spor malzemeleri yapımında kullanılan bazı kumaşlar, teri deriden çekmek için kılcallıktan yararlanırlar. Kimyagerler, kılcallığı, çözücünün dikey olarak hareket ettiği ince tabaka kromatografisinde kullanırlar. Çözünmüş maddeler, çözücüde, polarlıkları ile orantılı hızlarla yol alır.

YÜZEY GERİLİMİ

Yüzey gerilimi sıvıların serbest yüzlerinde fark edilen fiziksel bir özelliktir. Serbest yüz, sıvının atmosfere veya bir gaz ortamına açık olan ve onunla temas halinde olan ara yüzüdür. Serbest yüzün altındaki katmanlarda bulunan sıvı molekülleri arasındaki çekim kuvvetleri her yönden etki yarattıkları için denge halindedirler. Ancak, bir serbest yüzeyin oluşması halinde, yüzeydeki molekülleri etkileyen ve alt katmanlardaki moleküllerden gelen kuvvetleri dengeleyecek üst katman molekülleri yoktur. Serbest yüzün, yerinde ve dengede durabilmesi, yukarıdaki gazın basıncı ve yüzeydeki moleküller arasındaki ek bir etkileşim ile olanaklıdır. Bu ek etkileşim yüzey gerilimidir.

Moleküller, birbirleri arasında etkiyen ve bağlanma kuvveti denen bir çekim kuvvetinin etkisiyle bir arada dururlar. Üstü açık bir kaptaki bir sıvının yüzeyinde yer alan moleküller, bağlanma kuvvetinin etkisiyle sıvının içine doğru çekilirler. Bu da sıvının yüzeyinin bir deri gibi davranmasına neden olur. Kuru bir iğnenin batmadan suyun yüzeyinde yüzebilmesinin ya da bazı böceklerin su yüzeyinde yürüyebilmesinin nedeni budur. Sıvının kabın iç duvarlarıyla temas ettiği yerlerde bir başka kuvvet etkir. Bu, sıvıdaki moleküller ile kabın yapıldığı maddenin (örneğin cam) molekülleri arasında etkiyen ve yapışma kuvveti denen çekim kuvvetidir.

Sıvıların genellikle küre şeklindeki damlacıklar halinde görülmelerinin sebebi de yüzey geriliminden kaynaklanmaktadır. Çünkü geometrik şekiller arasında hacmine göre yüzey alanı minimum olan şekil kürelerdir. Sıvının yüzey alanını genişleterek yani içteki moleküllerin bir kısmını yüzeye çıkararak moleküller arasındaki kuvveti dengelenmek istenir. Bir sıvının yüzey alanını artırmak için gereken enerji ya da işe yüzey gerilimi denir. Sıvı damlacıklarının tam olarak küre olmamasının sebebi yerçekimi kuvvetinin etkisinde kalmalarıdır.

Yüzeysel gerilim ancak serbest yüzeyin eğrisel yüzey olmaması halinde etkisini gösterir. Eğer serbest yüzey bir düzlem ise, bu halde serbest yüzeyi yerinde ve dengede tutan yalnızca üsteki gaz basıncıdır.

Yüzey gerilimi ile ilgili bazı özellikler;

v Sıcaklığı artan bir maddenin yüzey gerilimi azalır.

v İyonik tuzların suda çözülmesi yüzey gerilimini arttırır.

v Yüzey gerilimi sayesinde böcekler su yüzeyinde yürüyebilir.

v Her sıvının kendine ait bir yüzey gerilimi katsayısı vardır, ayırt edici özelliktir.

Neden hep küre şeklinde köpükler oluşuyor ?

Oluşan baloncuk, yüzey enerjisini en aza indirme eğilimindedir ve bu ancak balonun mümkün olan en küçük yüzey alanına sahip şekli almasıyla sağlanır. Küre, balonun içindeki hava hacmi için olabilecek en küçük yüzey alanını sağladığı için de tüm baloncuklar küre şeklini alır.

Sıvının havayla temas ettiği bölge deri gibi gerilmiş bir yüzeyden oluşur. Yüzey gerilimi denen bu gerginlik dengelenmemiş kohezyon kuvvetinden kaynaklanmaktadır. Bir maddenin atomları arasındaki çekme kuvveti olarak tanımlanan kohezyon kuvveti, katılardaki kadar kuvvetli olmasa da sıvı atomları arasında da vardır. Örneğin bir kap sıvının iç kısmında yer alan bir atom, etrafındaki diğer sıvı atomları tarafından her yöne çekilse de yüzeydeki atomlar sadece aşağısında bulunan sıvı atomları tarafından çekilir. Havayla temas ettiği üst kısımda hava moleküllerinin uyguladığı çekme kuvveti ihmal edilecek kadar az olduğu için yüzeyde kuvvet dengesizliği söz konusudur. Bu nedenle yüzey gerilerek bu dengesizliği örtbas etmeye çalışır.

Yer çekimi alanındaki bir topun değişik yüksekliklerde değişik potansiyel enerjiye sahip olması gibi yüzey atomlarının sayısı ve konumları da potansiyel enerji değerini belirler. Termodinamiğin ikinci kanunu gereği tüm cisimler denge konumuna potansiyel enerjinin minimum olduğu durumda gelir. Bu bir kap sıvı, bir su damlacığı, köpükten bir balon için de geçerli. Daha az atomun yüzeyde konumlanmasına olanak vererek yüzey alanını en aza indirgeyen şekil küre şekli olduğu için boşlukta asılı küçük bir sıvı taneciği küre şeklindedir. Aynı sebepten ötürü üflediğiniz köpük de küre şeklini alır. Şimdi su damlacığı damla şeklinde, küre şeklinde değil ki diyebilirsiniz. Aslında yerçekimi kuvveti ve hava direncinin olmadığı bir ortamda küre şeklini alacaktır. Ancak, yer çekimi etkisi altında aşağı doğru çekilip uzadığı ve hava direnci sebebiyle de alt kısmı yassılaştığı için üstte ince alta basık bir damlacık şeklindedir. Köpükten baloncuklar ise içi havayla dolu oldukları için yer çekimi ve hava direnci etkisi birbirini yok eder ve mükemmel bir küre görünümünü korur.

KAYNAKÇA

Ø http://www.evrimteorisi.info/gercekler/suyun-yuzey-gerilimi-yasamin-var-olmasi-icin-ozel-ayarlanmistir

Ø http://www.turkcebilgi.com/k%C4%B1lcall%C4%B1k/ansiklopedi

Ø http://forum.bilgenesil.com/bilgenesil-ansiklopedisi/89522-kilcallik-kilcal-etki/

Ø http://fkokmen.blogcu.com/sivilarda-kilcallik-ve-yuzey-gerilimi/4633701

Ø http://www.yorumla.net/egitim-ogretim/937189-viskozite-dinamik-kinematik-nedir-maddelerin-viskozitesi-nasil-olculur.html

Ø http://www.dersarsivi.com/ansiklopedi/ne-demek-kimdir-hakkinda-bilgi-nedir-4/kilcallik-olayi.html

Ø http://w3.balikesir.edu.tr/~sedacan/viskozite.html

Ø http://www.msxlabs.org/forum/soru-cevap/290598-sivinin-ozellikleri-nelerdir.html

Ø http://www.kimmuh.com/evcin/Genel_Kimya/sivilar.pdf

Ø http://www.msxlabs.org/forum/soru-cevap/273260-fizikte-adezyon-nedir.html

Ø http://bilgisev.blogcu.com/adezyon-ve-kohezyon-kuvvetleri/157741