9. Sınıf Yüzey Gerilimi ve Kılcallık — Konu Anlatımı

Taşması Gereken Bardak

Evde deneyebileceğiniz bir deney: bir bardağı ağzına kadar suyla doldurun. Sonra kenardan yavaşça, tek tek bozuk para bırakın. Mantığa göre ilk paradan sonra su taşmalı. Taşmaz. Onlarca paradan sonra bile suyun yüzeyi bardağın ağzından yukarı doğru kabarır, kenarları yuvarlak bir tümsek oluşturur.

İkinci deney: su dolu bir kabın yüzeyine bir ataşı yatay ve dikkatle bırakın. Çelik, sudan yaklaşık 8 kat yoğun olduğu hâlde ataş yüzeyde durur. Şimdi suya bir damla bulaşık deterjanı damlatın: ataş anında batar.

Bu iki gözlemin arkasında aynı kuvvet vardır. Soralım: suyun yüzeyini gergin bir zar gibi davranmaya zorlayan şey nedir, ve deterjan bu zarı nasıl yırtar?

Yüzeydeki Molekülün Farkı

Sıvının içindeki bir su molekülünü düşünün: her yönde komşusu var, her yönden eşit çekiliyor, net kuvvet sıfır. Yüzeydeki molekülün ise üstünde su molekülü yok; yalnız yandan ve aşağıdan çekiliyor. Net kuvvet içeri doğru. Bu yüzden yüzey, olabildiğince küçük alana büzülmeye çalışır ve gerilmiş bir zar gibi davranır. Bu olaya yüzey gerilimi denir.

Aynı tür tanecikler arasındaki çekime kohezyon denir ve yüzey geriliminin kaynağı budur. Kohezyon ne kadar güçlüyse yüzey gerilimi o kadar büyüktür:

Serbest düşen damlaların küre biçimi de buradan gelir: aynı hacim için en küçük yüzey alanı küreye aittir. Su örümceklerinin yüzeyde yürümesi, ataşın batmaması da aynı zarın işidir. Böcek yüzmüyor; zarın üstünde duruyor, onu taşıyan kaldırma kuvveti değil.

Sıcaklık ve Deterjan Zarı Nasıl Zayıflatır?

Su 20 °C'de yaklaşık 73 mN/m olan yüzey gerilimini 100 °C'de yaklaşık 59 mN/m'ye düşürür. Isınan moleküller daha hızlı hareket eder ve birbirini daha zayıf tutar.

Deterjan molekülünün iki ucu vardır: suyu seven polar bir baş ve suyu sevmeyen, uzun apolar bir kuyruk. Moleküller yüzeye dizilir, kuyruklarını havaya çevirir ve su molekülleri arasındaki çekimi keser. Zar zayıflayınca ataş batar. Aynı özellik temizlikte işe yarar: yüzey gerilimi düşen su kumaşın liflerine ve tabağın çizgilerine girebilir. Bulaşık sıcak ve deterjanlı suyla bu yüzden daha kolay temizlenir; iki etki üst üste biner.

Kohezyon mu, Adezyon mu?

Farklı tür tanecikler arasındaki çekime adezyon denir: suyun cama tutunması gibi. Bir sıvının bir yüzeyi ıslatıp ıslatmayacağını bu iki kuvvetin yarışı belirler.

• Adezyon > kohezyon: sıvı yüzeye yayılır, ıslatır. Su temiz camda böyledir; cam polardır, su ona hidrojen bağıyla tutunur.
• Kohezyon > adezyon: sıvı kendi içine büzülür, damla olur. Cıva camda, su mumlu ya da yağlı yüzeyde böyledir.

Dar bir cam borudaki sıvı yüzeyine menisküs denir. Suda kenarlar cama tutunup yukarı tırmanır: içbükey (çukur) menisküs. Cıvada kenarlar aşağı çekilir: dışbükey (tümsek) menisküs. Mezürle hacim okurken göz, suyun menisküsünün alt çizgisi hizasına getirilir.

Kılcal Boruda Kaç Santimetre?

Adezyonun baskın olduğu dar bir boruya giren sıvı kendiliğinden yükselir. Buna kılcallık denir. Yükselme, borunun yarıçapıyla ters orantılıdır: boru daraldıkça sıvı daha yükseğe çıkar. Çünkü çepere tutunan sıvı çevresi yarıçapla, taşınması gereken sıvının ağırlığı ise yarıçapın karesiyle büyür.

Temiz camda su için gerçek değerler:

Yarıçap 10 kat küçülünce yükselme 10 kat artıyor. Cıvada ise tersi olur: kohezyon baskın olduğu için cıva kılcal boruda dışarıdaki düzeyin altına iner.

Kılcallık günlük hayatın her yerindedir. Kâğıt havlu, liflerin arasındaki dar boşluklar ve selülozun suyla hidrojen bağı kurması sayesinde dökülen suyu emer. Mumun fitilinde eriyen mum yukarı tırmanır. Bitkide ise iki kuvvet birlikte çalışır: adezyon suyu iletim borularının çeperine tutundurur, kohezyon su sütununu koparmadan bir arada tutar. Yapraktan buharlaşan su da sütunu yukarı çeker.

Tarlada da aynı olay çalışır. Toprak taneleri arasındaki ince kanallar, derindeki nemi kılcallıkla yüzeye taşır; yüzeye çıkan su da güneşte buharlaşıp kaybolur. Çiftçinin toprağın üst katmanını çapalaması bu kanalları kırar ve nemin yukarı tırmanmasını keser. "Bir çapa yarım sulamadır" sözü bu gözlemin halk dilindeki karşılığıdır.

Mini soru: Çapları 2 mm, 1 mm ve 0,5 mm olan üç cam boru aynı suya daldırılıyor. Su en çok hangisinde yükselir? En ince olanda, 0,5 mm'lik boruda.

Sık Yapılan Hata

1. Yüzey gerilimini adezyona bağlamak. Kaynağı kohezyondur; adezyon ıslatmayı ve kılcallığı açıklar.

2. Deterjanın yüzey gerilimini artırdığını sanmak. Düşürür; temizleme gücü de bundan gelir.

3. Kalın boruda sıvının daha çok yükseldiğini sanmak. Yükselme yarıçapla ters orantılıdır.

4. Menisküsü kenardan okumak. Suda okuma alt çizgiden yapılır.

Sınav ipucu: Soruda "aynı tür" görünce kohezyonu, "farklı tür" ya da "çeper, cam, kâğıt" görünce adezyonu düşünün. Menisküs biçimi sorulduğunda tek soru şudur: hangisi baskın?

Sık sorulanlar