Sıvıların Arayüzey ve Yüzey Gerilimi 

Bir sıvının arayüzey ve yüzey gerilimi, sıvının bir katı üzerinde ne kadar iyi yayıldığı veya başka bir sıvıyla ne kadar iyi karıştığı hakkında sonuçlara varılmasını sağlar. Hem optik hem de kuvvete dayalı yöntemlerle ölçülebilir. Özellikle düşük arayüzey gerilimleri eğirme damlası yöntemi kullanılarak belirlenebilir.

Arayüzey ve Yüzey Gerilimi Nedir?

Sıvılar için arayüzey gerilimi arayüzey enerjisi ile eşitlenebilir. Bu katılar için mümkün değildir. Arayüzey gerilimi terimi iki sıvı arasındaki arayüzeyleri ifade ederken, yüzey gerilimi terimi bir sıvı ve bir gaz fazı arasındaki etkileşimleri ifade eder. Buna örnek olarak suyun havaya karşı yüzey gerilimi verilebilir. Yüzey gerilimi σ sembolüne sahiptir ve N/m cinsinden verilir.

Sıvılar her zaman arayüzeylerini azaltmaya çalışırlar. Havadaki bir su damlası buna bir örnektir: bir küre oluşturmayı tercih eder, çünkü bir küre çevreleyen hava ile mümkün olan en küçük temas alanına sahiptir. Yerçekimi bu küre üzerinde bir dış kuvvet olarak etki eder ve onu uzatır, bu nedenle sıvıların tipik damla şekli ortaya çıkar.

Yüzey Geriliminin Etkileri Nelerdir?

Pratik uygulamalarda, yüzey geriliminin belirlenmesi sıvıların bir katıyı nasıl ıslattığını, başka bir sıvıyla nasıl karıştığını ve bir gaza karşı nasıl davrandığını görmemizi sağlar. Genel olarak, yüzey gerilimi ne kadar yüksekse, faz içindeki etkileşimler de o kadar yüksektir. Bu, daha yüksek yüzey gerilimine sahip sıvıların başka bir faz ile karışma olasılığının daha düşük olduğu anlamına gelir.

Bir örnek: suyun yüzey gerilimi (havaya karşı) 20 °C’de 72,8 mN/m’dir ve bu nedenle nispeten yüksektir. Yüzey gerilimi, su yüzeyinde bir kabuk oluşmasının nedenidir. Bu nedenle örneğin bir ataş su yüzeyinde yüzer ve bir su cambazı su üzerinde yürüyebilir. Öte yandan yağın yüzey gerilimi sadece yaklaşık 35 mN/m’dir – bu nedenle yağ bir yüzeye kolayca yayılır veya yüzeyi daha kolay ıslatır. Bu özellikten, örneğin nüfuz edici yağlar olarak adlandırılan yağlarda yararlanılır.

Sıvıların Yüzey Geriliminin Belirlenmesi için Pratik Uygulamalar

Kimya ve malzeme biliminde yüzey geriliminin ölçümü, sıvıların yüzeyler üzerindeki davranışları hakkında önemli bilgiler verir. Bu, örneğin kaplama ve boyaların geliştirilmesiyle ilgilidir. Düşük yüzey gerilimi sıvıların yüzeylere kolayca yayılmasına ve eşit bir kaplama oluşturmasına neden olabilirken, yüksek yüzey gerilimi düzensiz ıslanmaya yol açabilir.

Gıda endüstrisinde, yüzey geriliminin ölçülmesi gıda kalitesini sağlamak için önemlidir. Yüzey gerilimi çok yüksekse, sıvılar gıda yapılarına iyi nüfuz edemez, bu da daha az lezzet ve aroma emilimine neden olur. Doğru yüzey gerilimi emülsiyonların ve köpüklerin oluşumu için de önemlidir.

Çevre biliminde, yüzey geriliminin ölçülmesi sıvıların çevredeki davranışlarının anlaşılması için önemlidir. Bu, örneğin su kütlelerindeki petrol sızıntılarının incelenmesinde veya çevre dostu temizlik maddelerinin geliştirilmesinde önemli olabilir.

Yüzey geriliminin ölçümü eczacılıkta da büyük önem taşımaktadır. Yüzey gerilimi ilaçların adsorpsiyonunu ve salınımını etkileyebilir.

Yüzey Gerilimini Belirlemek için Ölçüm Yöntemleri

Arayüzey ve yüzey gerilimleri kuvvete dayalı bir tansiyometre kullanılarak ölçülebilir. Yüzey ve arayüzey gerilimlerini ölçmek için yaygın yöntemler Wilhelmy plaka yöntemi ve Du-Noüy halka yöntemidir.

Sıvıların yüzey ve arayüzey gerilimi optik temas açısı ölçer kullanılarak da belirlenebilir. Burada, dağıtım iğnesinin ucunda asılı duran bir damla ölçülür. Bu yönteme sarkıt damla yöntemi denir.

İki sıvı arasındaki çok düşük arayüzey gerilimleri ölçülecekse, dönen damla tansiyometresi tercih edilen ölçüm cihazıdır. Dönen damla yöntemi, dönen bir damlanın optik kontur değerlendirmesine dayanır.