Yüzey Gerilimi, Kapiller Etkiler, ve Vizkosite

Yüzey Gerilimi

Bir maddenin özdeş molekülleri arasındaki çeşitli IMF’ler, kohezif kuvvetlerin örnekleridir. Bir sıvının içindeki moleküller diğer moleküller tarafından çevrelenir ve sıvı içindeki kohezif kuvvetler tarafından her yönden eşit olarak çekilir. Bununla birlikte, bir sıvının yüzeyindeki moleküller, yalnızca yaklaşık yarısı kadar molekül tarafından çekilir. Yüzey molekülleri üzerindeki dengesiz moleküler çekimler nedeniyle sıvılar, yüzeydeki molekül sayısını en aza indiren bir şekil, yani minimum yüzey alanına sahip şekli oluşturmak için büzülür. Küçük bir damla sıvı, küresel bir şekil alma eğilimindedir. Bunun nedeni, bir kürede yüzey alanının hacme oranının minimum olmasıdır. Daha büyük damlalar yerçekimi, hava direnci, yüzey etkileşimleri vb. tarafından daha fazla etkilenir ve sonuç olarak daha az küreseldir.

Yüzey gerilimi, bir sıvının yüzey alanını artırmak için gereken enerji veya sıvı yüzeyinin uzunluğunu belirli bir miktarda artırmak için gereken kuvvet olarak tanımlanır. Bu özellik, bir sıvının yüzeyindeki moleküller arasındaki kohezif kuvvetlerden kaynaklanır ve bir sıvının yüzeyinin gerilmiş bir kauçuk membran gibi davranmasına neden olur. Yaygın sıvılar arasında su, molekülleri arasındaki güçlü hidrojen bağı nedeniyle belirgin şekilde yüksek bir yüzey gerilimi sergiler. Bu yüksek yüzey geriliminin bir sonucu olarak, su yüzeyi kırılmadan önemli bir güce dayanabilen nispeten “sert bir cildi” temsil eder. Suyun üzerine dikkatlice yerleştirilen çelik bir iğne yüzer. Bazı böcekler sudan daha yoğun olmalarına rağmen yüzey gerilimi tarafından desteklendikleri için yüzeyinde hareket ederler.

Adhezyon and Kohezyon Kuvvetleri

İki farklı molekül arasındaki IMF çekimlerine adhezyon kuvvetleri denir. Su bir yüzeyle temas ettiğinde ne olacağını düşünün. Su molekülleri ile yüzeyin molekülleri arasındaki adhezyon kuvvetleri, su molekülleri arasındaki kohezyon kuvvetleriyle karşılaştırıldığında zayıfsa, su yüzeyi “ıslatmaz”. Örneğin su, mumlu yüzeyleri veya polietilen gibi birçok plastiği ıslatmaz. Bu yüzeylerde su damlacıkları oluşur çünkü damlaların içindeki kohezyon kuvvetleri, su ile plastik arasındaki adhezyon kuvvetinden daha büyüktür. Su cam üzerine yayılır çünkü su ile cam arasındaki adhezyon kuvveti, su içindeki kohezyon kuvvetlerinden daha büyüktür. Su bir cam tüp içine hapsedildiğinde, menisküsü (yüzeyi) içbükey bir şekle sahiptir çünkü su camı ıslatır ve tüpün kenarından yukarı doğru kayar. Öte yandan, cıva atomları arasındaki kohezyon kuvvetleri, cıva ve cam arasındaki adhezyon kuvvetinden çok daha büyüktür. Bu nedenle, cıva camı ıslatmaz ve bir tüpe hapsedildiğinde dışbükey bir menisküs oluşturur çünkü cıva içindeki kohezyon kuvvetleri onu bir damla haline getirme eğilimindedir.

Kılcal Etki

Bir kağıt havlunun bir ucu dökülen şaraba konursa, sıvı kağıt havluyu emer. Duştan sonra kurulamak için kullandığınızda bez havluda da benzer bir işlem gerçekleşir.Bunlar, kılcal etki örnekleridir— sıvı moleküllerin malzemenin yüzeyine ve diğer sıvı moleküllere çekilmesi nedeniyle gözenekli bir malzeme içinde bir sıvı akması. Sıvı ve gözenekli malzeme arasındaki adhezyon kuvvetleri, sıvı içindeki kohezyon kuvvetleriyle birleştiğinde, sıvıyı yer çekimine karşı yukarı doğru hareket ettirecek kadar güçlü olabilir.

Havlular su gibi sıvıları emer çünkü bir havlunun lifleri su moleküllerini çeken moleküllerden yapılır. Bez havluların çoğu pamuktan yapılır ve kağıt havlular genellikle kağıt hamurundan yapılır. Her ikisi de birçok −OH grubu içeren uzun selüloz moleküllerinden oluşur. Su molekülleri bu −OH gruplarına çekilir ve bunlarla hidrojen bağları oluşturur, bu da H2O moleküllerini selüloz moleküllerinden yukarı çeker. Su molekülleri de birbirlerini çeker, bu nedenle selüloz liflerinden büyük miktarlarda su çekilir.

Kılcal etki, küçük çaplı bir tüpün bir ucu bir sıvıya daldırıldığında da meydana gelebilir. Sıvı moleküller, tüp moleküllerine kuvvetli bir şekilde çekilirse, sıvı, sıvının ağırlığı ve adhezyon kuvvetleri dengeye gelene kadar tüpün içine girer. Borunun çapı ne kadar küçükse, sıvı o kadar yükseğe tırmanır.

Viskozite

Bir bardak su doldurduğunuzda veya bir arabayı benzinle doldurduğunuzda, su ve benzin serbestçe akar. Ancak kreplerin üzerine şurup döktüğünüzde veya bir araba motoruna yağ eklediğinizde, şurup ve motor yağı hemen akmaz. Bir sıvının viskozitesi, akışa karşı direncinin bir ölçüsüdür. Su, benzin ve serbestçe akan diğer sıvılar düşük viskoziteye sahiptir. Serbestçe akmayan bal, şurup, motor yağı ve diğer sıvılar daha yüksek viskozitelere sahiptir. Viskoziteyi, bir metal topun bir sıvıdan düşme hızını ölçerek (top, daha viskoz bir sıvıdan daha yavaş düşer) veya bir sıvının dar bir tüpten aktığı hızı ölçerek (daha viskoz sıvılar daha yavaş akar) ölçebiliriz.

Bir sıvının molekülleri arasındaki IMF’ler, moleküllerin boyutu ve şekli ve sıcaklık, sıvının ne kadar kolay akacağını belirler. Molekül yapısal olarak ne kadar karmaşıksa, aralarındaki IMF’ler o kadar güçlüdür ve birbirlerini geçmeleri o kadar zor olur. Bu moleküllere sahip sıvılar daha viskozdur. Sıcaklık arttıkça moleküller daha hızlı hareket eder ve kinetik enerjileri onları bir arada tutan kuvvetlerin üstesinden daha iyi gelir; böylece sıvının viskozitesi düşer.

Bu metin bu kaynaktan uyarlanmıştır Openstax, Chemistry 2e, Section 10.2: Properties of Liquids.