Yüzey Gerilimi, Kapiller Etkiler, ve Vizkosite

Bir madeni paranın suya dikkatlice yerleştirildiğinde neden yüzdüğünü hiç merak ettiniz mi? Sıvıların çoğu özelliği, moleküller arası kuvvetler tarafından belirlenir. Bir maddedeki benzer moleküller arasındaki çekici kuvvetlere kohezif kuvvetler de denir.

Suda, kohezif kuvvetler iç molekülleri her yöne eşit olarak çekerek ortalama sıfır net kuvvetle sonuçlanırken, yüzey molekülleri sadece aşağı doğru bir çekime uğrar ve bu da moleküllerin birbirine yakın bir şekilde sıkışmasına neden olur. İç moleküller enerji açısından yüzey moleküllerinden daha kararlıdır çünkü daha fazla kohezyon oluşur ve bu da potansiyel enerjilerini düşürür. Bu nedenle sıvılar, yüzey alanını en aza indirerek potansiyel enerjilerini azaltmaya çalışırlar ve elastik bir zar gibi davranan gerilim altında bir yüzey oluştururlar.

Bir sıvının yüzey alanını birim miktarda artırmak için gereken enerjiye yüzey gerilimi denir ve bu genellikle metre kare başına jul olarak ölçülür. Aksine su ve cam gibi farklı moleküller arasında yapışma gücü mevcuttur. Suya dar bir kılcal boru yerleştirildiğinde su molekülleri yapışma yoluyla borunun yüzeyleri boyunca yayılır, sıvının yüzey alanını arttırır ve kohezyon yoluyla sıvının geri kalanını çeker.

Kapilerdeki sıvı, yerçekimi adhezif ve kohezif kuvvetlere baskın gelene kadar yükselir. Bu olguya kılcal etki denir. Su için, su ve cam arasındaki adhezif kuvvetler, kohezif kuvvetlerden daha güçlüdür ve, içbükey veya içe doğru kıvrımlı bir menisküs oluşturur.

Cıva için, kohezif kuvvetler adhezif kuvvetlere ağır basar ve bu da dışbükey bir menisküs oluşturur. Viskozite, bir sıvının akışa karşı direncini ifade eder ve genellikle poise veya gram/santimetre-saniye cinsinden ölçülür Metanol ve gliserolü düşünün. Her ikisi de hidrojen bağları oluştursa da, gliserolün bir yerine üç OH grubu vardır ve molekül başına daha fazla hidrojen bağı oluşturur.

Bu, gliserol molekülleri arasında daha kuvvetli çekime yol açarak gliserolü metanolden daha viskoz hale getirir. Viskozite, moleküler şekillerden etkilenir. Artan molar kütlelere ve uzunluklara sahip hidrokarbonlar, daha büyük alanlarda etkileşime girer ve daha sık dolaşır, bu da daha güçlü dispersiyon kuvvetleri ve daha yüksek viskozitelere neden olur.

Son olarak, viskozite sıcaklığa bağlıdır. Artan termal enerji, moleküller arası kuvvetleri zayıflatır, bu da moleküllerin daha serbest hareket etmesi ve sıvıların daha yüksek sıcaklıklarda daha hızlı akmasın neden olur.