Yüzey Gerilimi

Yüzey gerilimi

Suyun yüzey geriliminden yararlanarak su yüzeyinde hareket edebilen bir böcek

Yüzey gerilimi, fizikokimyada bir sıvının yüzey katmanının esnek bir tabakaya benzer özellikler göstermesinden kaynaklanan etkiye verilen addır Bu etki böceklerin su üzerinde yürümesine olanak verir Bir gazla bir sıvının ya da birbirleriyle karışmayan iki sıvının temas yüzeyleri gerilmiş esnek bir zara benzer Bu gerilim likidin serbest yüzüne ait ise buna yüzey gerilimi; iki sıvının sınır yüzeyine ait ise arayüzey gerilimi (yüzeylerarası gerilim) adını alır

Bu olay kinetik teori yardımıyla açıklanır Sıvı içerisindeki bir molekül kendini çevreleyen öteki moleküllerin etkisine uğramış olduğundan simetri nedeniyle bu kuvvetlerin bileşkesi sıfırdır Bunun sonucu olarak molekül hiçbir kuvvetin etkisinde değildir Ama sıvının yüzündeki bir molekül ele alınırsa, buhar fazdaki birim hacme düşen molekül sayısı, sıvı fazdakinden çok daha az olduğundan sıvı yüzeyinde denkleşmemiş kuvvet alanları bulunur ve molekül sıvının içerisine doğru çekilir ve sıvının yüzü gergin bir zar biçimini alır Yüzey geriliminin etkisi altındaki sıvı yüzeyi, sıvının öteki kısımlarından farklı özellikler taşır

Bilimsel tanımla; sıvı yüzeyinde birim uzunluğu gergin tutan kuvvete yüzey gerilimi denir Birimi dyne/cm'dir Dar tüplerde gözlenen sıvı yükselme ve alçalması olan kapilarite olayının nedeni de yüzey gerilimidir

Suyun yüzey gerilimi



Suyun yüzey gerilimi “maddenin tanecikli yapısı”nın bir sonucudur Su molekülleri belli bir kuvvetle karşılıklı olarak birbirlerini çekerler su bir maddeye değdiğinde iki olasılık söz konusudur Maddenin taneciği ile bir su molekülü arasındaki kuvvetten ya daha büyük ya da daha küçük olabilir


Bu kuvvet eğer daha büyükse su bu maddeye yayılmaya çalışır Ama bu kuvvet daha küçükse su o maddeye olabildiğince az değmeye çalışır Bu durumda maddenin suyu dışladığı ya da “su tutmaz” olduğu söylenir Su tutmayan maddeler ve su birbirlerini belirli bir kuvvetle iterler Su yüzeyine bir madde koyarsak bu maddenin ağırlık kuvveti, itme kuvvetinden daha küçük olduğunda madde su üzerinde durur gibi batmaz



Peki biz böyle dış yüzeyi su tutmayan bir kıyafet giyerek su üzerinde batmadan durabilir miyiz? Hayır! Ağırlığımız fazla olduğu için batarız Fakat su sinekleri çok küçük ve hafif olduklarından su üzerinde batmadan ve ıslanmadan durabilirler

Sıvılarda yüzey gerilimi denen olguya, parçacıklar arasında etkiyen kuvvetler yol açar Sıvının biçimini ve davranışını korumasını sağlayan da bu olgudur Suya bir çelik parçası atarsanız, çelik dibe çöker; ama bir bardak temiz suyun üstüne bir iğne ya da jilet bırakırsanız, bunların batma-yıp yüzdüğünü görürsünüz İğne ya da jilet, hemen altındaki su yüzeyini, sanki ince ve esnek bir deriymişcesine biraz aşağı iter Yüzey geriliminin etkisine ilişkin olarak gösterilebilecek bir başka örnek de, göl sularının üstüne rahatça konarak yürüyebilen su örümceğidir

Burada da su, esnek bir deri davranışı gösterir Sabun köpükleri de sanki çok ince, saydam kauçuk zarlardan yapılmış gibidir Bütün bu etkilerin nedeni yüzey gerilimidir Bu terimin kullanılmasının nedeni, her sıvı yüzeyinin gerilebilir ve en küçük yüzey alanına büzülebilir gibi görünmesidir Yüzey gerilimine ilişkin basit bir deney yapılabilir: Bir tel halka sabun çözeltisine daldırılarak yüzeyi ince bir zar gibi köpükle kaplanır Daha sonra halkanın üstüne yavaşça ince bir iğne konur Ardından köpük zar bir başka iğneyle halkanın bir yanından delinir Bunun sonucunda iğnenin zann patlamış tarafından patlamamış tarafına doğru çekildiği görülecektir Bunun nedeni, zann yüzey geriliminin etkisiyle büzülmesidir Yüzey gerilimine yol açan neden, sıvıdaki moleküllerin, yani çok küçük parçacıkların içe doğru (dışa doğru olduğundan) daha kuvvetli çekilmesidir Moleküller birbirine yapışır ve yüzeydeki moleküller içe doğru çekilir, çünkü yüzeyin altında (üstünde olduğundan) daha çok molekül vardır Suyun üstünde yüzen bir yağ damlası küre biçimi alır

Bu durumda, damlanın dış yüzeyindeki yağ molekülleri, içerideki yağ moleküllerince (dışarıdaki su moleküllerine oranla) daha kuvvetli bir biçimde çekilir Musluktan sızan bir su damlası önce sanki esnek bir torba suyla doluyormuşcasma aşağı doğru uzar Sonunda su damlasının ağırlığı, yüzey geriliminin taşıyamayacağı bir düzeye ulaşır Bunun üzerine damla musluğun ucundan koparak aşağı düşer Musluktan koptuktan sonra ise yüzey geriliminin etkisiyle hemen küre biçimi kazanır; çünkü küre, belirli bir hacmin alabileceği en küçük yüzey alanlı biçimdir Sabun köpüğünün küre biçimli olmasının nedeni de budur Cıvanın yüzey gerilimi suyunkinin altı katından daha fazladır Bu yüzden cıva damlacıktan yerde küreler halinde kalır Eğer damlacıklar parçalanırsa, birçok küçük gümüşsü bilyeciğe aynhrlar Bu bilyeciklerden birini hafifçe bastırarak yassıltırsanız, parmağınızı kaldırdığınızda bilyecik tekrar eski biçimine döner

Ama küçük bilyecikler birleştirilip irice bir damla haline getirilirse, bu damlanın biraz daha yassı olduğu görülür Suyun içinde başka maddeler çözündürü-lürse yüzey gerilimi de değişir Ağaçtan yapılmış küçük bir oyuncak sandalın kuyruğuna bir parça kâfur takılacak olursa, sandalın suyun yüzeyinde sanki motoru ve pervanesi varmışcasına yol aldığı görülür Bunun nedeni, suyun etkisiyle eriyip çözünen kâfurun sandalın arkasındaki suyun yüzey gerilimini azaltması ve böylece sandalın ön tarafındaki daha büyük yüzey geriliminin etkisiyle öne çekilmesidir

Pek çok geminin denize atık yağlar boşalttığını biliyoruz Bu yağlar denizin yüzeyinde derhal ince bir katman oluşturur Bu katmanın yüzey gerilimi suyunkinden daha düşüktür ve bu nedenle dalgaların daha düşük bir yükseklikte kırılmasına neden olur Sıvıların yüzey gerilimi sıcaklığa bağlı olarak değişir Bu olgu, suyun üstüne birkaç santimetrelik bir aralıkla bırakılmış iki kibrit çöpüyle gözlemlenebilir Eğer ısıtılmış bir iğnenin ucu çöplerin arasındaki suya daldın-lırsa, çöpler birbirinden ayrılmaya başlar Bu durum, sıvıların sıcaklığı arttıkça yüzey geriliminin düştüğünü kanıtlar