Neden birçok insan suda yürüyebilmeyi ister? Karada yürüyebiliyoruz, deniz, havuz gibi su dolu olan yerlere ise girebiliyoruz o zaman neden suyun kara gibi davranmasını istiyoruz? Yoksa doğamız gereği balıkçı örümcekleri ve gerid böceklerini mi kıskanıyoruz?

thumb

 

Neden mi kıskanalım çünkü su onlar için yumuşak bir yatağın üzerine atılmış top gibi davranıyor.Yaşam kaynağımızın, her gün defalarca karşılaştığımız, dokunduğumuz suyun davranışını anlamak için onun içine waterdalarak bakalım. Bildiğiniz üzere su 2 adet hidrojen ve oksijenden oluşan bir molekül. Bir kap içerisindeki su moleküllerini düşünün, her bir molekül etrafını saran diğer moleküller tarafından eşit derecede bir çekim kuvvetine maruz kalacak (kohezyon) ve kabın içerisindeki her bir molekül için net kuvvet sıfır olacaktır.

Peki yüzeydeki su molekülleri? Yüzeyde bulunan moleküller yanlardan ve iç kısımlardan komşu su molekülleri tarafından çekilir fakat üst kısımları hava ile etkileşim halindedir. Hava-su molekülleri arasındaki çekim su moleküllerinin birbirlerine uyguladıkları çekimden azdır (su molekülleri birbirlerine hidrojen bağı ile bağlıdır). Yani denge bozulur. Dengelenmemiş suuuukuvvetlerden dolayı ortaya çıkan enerji yüzeydeki su moleküllerinin birbirlerine daha kuvvetli çekim uygulamasına neden olur. Böylece yüzeyde zar gibi bir gerilim oluşur.

Su örümceği, gerid böcekleri gibi türlerin suda yürüyebilmesi de yüzey gerilimi sayesinde gerçekleşiyor. Ama su moleküllerinin sadece birbirlerini çekmediğini, yüzeylere de yapışabildiğini (adezyon)  biliyoruz ve her gün defalarca kez gözlemliyoruz. O zaman böceklerin ayaklarına neden su molekülleri yapışmıyor?

Bunun nedeni de ayaklarının hidrofob (Suyu sevmeyen. Tüm hidrokarbonlar hidrofob özellik taşır örn;CH3 , C2H5özelliği taşıyan araları hava dolu kıllardan oluşmasıdır.

Yüzey gerilimi sıcaklıktan etkilenir ve sıcaklık arttıkça azalır. Çünkü sıcaklık artışı ile birlikte moleküllerin kinetik enerjisi artar böylece moleküller arasındaki çekim kuvveti azalır. Çamaşırların ve bulaşıkların sıcak suda daha iyi ve kolay temizlenmesinin nedeni yüzey geriliminin kırılarak, suyun kıyafetlerin arasına daha kolay nüfuz etmesidir.

Bulaşık yıkarken deterjan kullanmamızın nedeni de suyun yüzey gerilimini azaltmakla ilgilidir. Her ne kadar sıcak susurfactant ile yüzey gerilimini azaltabilsek de, deterjan bu konuda çok daha iyi bir performans gösterir. Deterjanlarda surfuktant adı verilen içerik hidrofilik (suyu seven)bir baş ve hidrofobik (suyu sevmeyen) bir kuyruktan oluşur. Hidrofobik kısım suyu sevmediği için suya girdiğinde (deterjanı suya sıktığınızda) yüzeye ulaşarak sudan kaçmak isteyecektir. Bu tıpkı derin sularda boğulmak üzere olan birininin yüzeye çıkma isteği gibi.  Böylece su molekülleri arasındaki bağları, örümcek ağlarını eliyle kopararak geçen bir insan gibi yüzeye ulaşacak sonunda da yüzeydeki molekül birliklerini dağıtacaktır.

fistikli-gundogdu-pansiyon-1Doğal surfuktan maddeler ise kendiliğinden ayaklarınıza kadar gelir, yakından tanıyorsunuz yani. Denizlerde dalgalar kıyıya vurduğunda oluşan beyaz köpükler, alglerin yıkımı ile meydana gelen doğal surfuktanlardır. Görevleri ise büyüktür. Magnezyum, fosfor, çinko, bakır, kobalt gibi elementleri ayırarak köpüklerle taşır, köpüklerin patlamasıyla havaya karışan ve iyi bir su buharı taşıyıcısı olan sodyum klorür bulutlarının oluşmasını sağlarlar. Bu şekilde bir taşıma sistemi ile uzun yıllar alsa da, toprak elementler bakımından zenginleşir ve verim artar.

 

Yüzey gerilimi için sadece su üzerinden örnek verdik fakat diğer sıvılarda da gözlemleyebileceğimiz bir olaydır. Sıvıların cinsine göre yüzey geriliminin etkisi değişir. nedeni her sıvının atomları arasındaki etkileşimin farklı olmasındandır. Aşağıda verilen tabloda sıvılara göre yüzey gerilimleri verilmiştir.

Tablo 1:  Sıvılara göre yüzey gerilimi

SIVI

YÜZEY GERİLİMİ (dyne/cm)

Civa 480
Su 73
Gliserol 63
Etilen Glikol 48
Nitrobenzen 44
Epoksi Reçine 43
Silikon Yağı 21

KILCALLIK

Yüzey gerilimini ayrıca su damlalarında da gözlemleriz. Birbirlerini çok seven insanlar için kullanılan ‘sevgi yumağı’ sözü gibi serbest halde olan su molekülleri de birbirlerine her yönden yakın olabilmek için en mükemmel şekil olan küre şeklini alırlar. Peki suyu (özellikle) ince bir kaba koyulursa?  Suyun yüzeyindeki su moleküllerinin dengelenmemiş kuvvetlerden oluştuğunu söylemiştik. Bu kuvveti dengelemek için su ince kapta belli bir miktar yükselir (ağırlığını dengeleyene kadar) ve kılcallık dediğimiz olay meydana gelir. Her yerde gördüğümüz her doğum günümüzde şahit olduğumuz bir olaydır aslında. Bildiğiniz üzere yaşınız kadar üflediğiniz mumların içerisinde ateşe tuttuğunuzda hemen yanıp kül olacak  pamuktan yapılmış ip vardır. Fakat ipin, mumun içinde olmayan kısmı hiçbir zaman tamamen yanıp kaybolmaz. Sebebi ise kılcallıktır. Mum yandığında eriyip sıvı hale gelen parafin kısmı, ip tarafından emilir ve kılcallık özelliği ile ipin en üst kısmına bile ulaşır. Yavaş yavaş yanan özelliği sayesinde de mumun fitili bir anda yok olmaktan kurtulur. Aynı mantık gaz lambaları içinde geçerlidir.


Öğretmenler için kullanabilecekleri demo önerisi

https://www.youtube.com/watch?v=e0fhh1830Kc  : Deterjan ile elde edilmiş bir filmin yüzey gerilimini göstermek için yapılmış bir demo. Film üzerine koyulan önceden deterjana batırılmış rastgele koyulmuş iki ucu birbirine bağlı ipin kolları arasından herhangi bir yerin delinmesi ipin dairesel bir şekil almasına neden olur çünkü filmin diğer taraflarından yüzey aynı şekilde gerilmeye devam eder. Gerilimin eşit olmasıyla ip dairesel bir şekil alır.

Çalışma kağıdı ve PPT (adezyon – kohezyon – yüzey gerilimi – kılcallık)    

belge-1