Adezyon ve Kohezyon Kuvvetleri

Günümüzde insanoğlunun karşı karşıya kaldığı en büyük sorunlardan biri küresel ısınmadır ve ağaçlandırma çalışmaları bu konuda alınan tedbirlerden biridir; çünkü ormanlar küresel ısınmanın engellenmesinde önemli bir rol oynar. İlginç bir soru şudur: ormanlar yağmuru (bulutları) çeker mi? Evet, ancak bu çok uzak mesafedeki bulutları çekme şeklinde değil, bir mıknatısın başka bir mıknatısı çekmesi olayındaki gibi gerçekleşir. Bulutları orman üzerine ya da yakınına çeken şey, ortamda bulunan su damlacıkları ve su buharı parçacıklarının birbirini çekme kuvvetidir. Her damla başka bir damlayı ve buharlaşma sırasında damlanın yüzeyinden ayrılan su buharı moleküllerini çeker; her bir su buharı molekülü diğer su buharı moleküllerini çeker. Ayrıca her bir su molekülü ile molekülün temas ettiği yüzey (ağaç, yaprak, kaya, metal) arasında da bir çekim kuvveti oluşur. Ormanlık alanlar hem tabanlarının nemli olması hem de yapraklarda meydana gelen terleme nedeniyle genellikle nem potansiyeli yüksek olan yerlerdir; birbirlerine tutunan su kütlesi veya damlaların çekim kuvveti, su buharı moleküllerinin birbirini çektiği kuvvete göre daha güçlü olduğundan bulutun hareket yönü orman yüzeyi ve içine doğru olur.

Kohezyon ve Adezyon Kuvvetleri Nedir?

Günlük hayatta gözlemlenen birçok olay moleküller arası çekim kuvvetlerine dayanır. Moleküller arası çekim kuvvetlerinin en önemli göstergesi sıvı ve katı hâlin varlığıdır; gaz hâlindeki maddelerin tanecikleri arasındaki çekim kuvveti ise yok denecek kadar azdır. Sıvıların adezyon ve kohezyon kuvvetleri, yüzey gerilimi, kılcallık ve ıslatmazlık gibi nitelikleri moleküller arası çekim kuvvetlerinin bir sonucudur.

Bir maddeyi oluşturan aynı tür moleküllerin birbirine uyguladığı çekim kuvvetine kohezyon, farklı maddelerin tanecikleri arasındaki çekim kuvvetine ise adezyon kuvvetleri denir. Bir yaprağın üzerinde asılı kalan su damlası her iki kavramı da temsil eder: su damlasının yuvarlak bir şekil oluşturması kohezyon kuvvetlerine, damlanın yaprağa yapışması ise adezyon kuvvetlerine örnektir.

Su yüzeyinde batmadan durabilen bir böcek veya suyun üzerine dikkatlice bırakılan bir ataş bu ilkeyi gösterir: ataşın yoğunluğu suyunkinden fazla olmasına rağmen su yüzeyinde batmadan kalabilir, çünkü su moleküllerinin arasındaki kohezyon kuvveti yeterince güçlüdür. Ancak ataş dik bir şekilde bırakıldığında, kütlesi ya da yoğunluğu değişmediği hâlde suyun içine doğru batar — çünkü bu durumda ataşın yüzeyle temas ettiği alan ve dolayısıyla yüzey gerilimi tarafından karşılanabilecek destek değişmiştir.

Cıva ile Su Örneği: Kohezyon-Adezyon Karşılaştırması

25 °C'ta cıvanın yüzey gerilimi 480 dyn/cm, suyun yüzey gerilimi ise 72 dyn/cm'dir; cıvanın yüzey gerilimi suyunkinden çok daha yüksektir. Bir cam deney tüpüne konulan su ve cıvanın duruş biçimleri farklıdır: su tüp içinde içbükey (iç bükey) bir yüzey oluştururken cıva dışbükey (dış bükey) bir yüzey oluşturur. Bunun nedeni, cıvanın kendi atomları arasındaki çekim kuvvetlerinin (kohezyon), cıvayla cam arasındaki çekim kuvvetlerinden (adezyon) çok daha güçlü olmasıdır; cıva atomları birbirini cam yüzeyinden daha güçlü çektiği için cıva cam yüzeyinden uzaklaşarak dışbükey bir görünüm alır. Su molekülleri ise cam ile daha güçlü adezyon kuvveti kurduğundan cam yüzeyine doğru yükselerek içbükey bir görünüm oluşturur.

Cam bir yüzeye cıva ve su damlatıldığında suyun yüzeyde yayıldığı, cıvanın ise yayılmayıp yüzeyi ıslatmadığı görülür. Sıvı ile yüzey arasındaki adezyon kuvvetleri kohezyon kuvvetlerinden büyükse sıvı yüzeyde yayılır; böyle sıvılara yüzeyi ıslatan sıvılar denir. Eğer sıvının kohezyon kuvvetleri sıvı ile yüzey arasındaki adezyon kuvvetlerinden büyükse sıvı yüzeyde damlacıklar hâlinde kalır ve yüzeyi ıslatmaz. Bir kap içerisindeki sıvının kohezyon kuvvetlerinin adezyon kuvvetlerinden büyük olması sıvı yüzeyinde dışa doğru bir kavis (dışbükey) oluştururken, adezyon kuvvetlerinin büyük olması içe doğru bir kavis (içbükey) meydana getirir; kohezyon ve adezyon kuvvetleri eşitse sıvı yüzeyi düz kalır.

Kılcal Hareket (Kapiler Etki)

Adezyon kuvvetleri, bir su kabına yerleştirilen ince cam tüpler (kılcal tüpler) boyunca suyun yukarı doğru tırmanmasını sağlar. Kılcal hareket (kapiler etki) olarak bilinen ve yer çekimine karşı yapılan bu yukarı doğru hareket, su molekülleri ile tüpün cam duvarları arasındaki çekime (adezyon) ve ayrıca su molekülleri arasındaki etkileşimlere (kohezyon) bağlıdır. Kılcal tüplerde adezyon kuvvetleri yeterince büyükse sıvı sütunu kendiliğinden yükselir; adezyon kuvveti kohezyon kuvvetinden zayıfsa sıvı çok az yükselir, hatta sıvı seviyesinde alçalma bile gözlenebilir.

Sağlık görevlisi kan örneği alırken kılcal hareketten yararlanır: hastanın parmağını bir iğne ile delip kanı toplamak için ince bir tüp kullanır; tüpün ucu kanla temas ettiğinde kanı kılcal hareketle tüpe çeker. Aynı güç, suyun bitkiler tarafından topraktan çekilmesinde de rol oynar. Suyun bitki dokuları boyunca hareketinde kohezyon ve adezyon çok önemlidir: su molekülleri birbirlerine ve bitki hücrelerinin duvarlarına yapışarak güçlü kohezyon ve adezyon kuvvetleri oluşturur. Bu kuvvetler bitkilerin topraktan suyu kökleri aracılığıyla etkili bir şekilde çekmesini, yapraklara ve bitkinin diğer kısımlarına taşımasını sağlar; bu sayede bitki yer çekimine karşı büyüyerek hayatta kalır.

Günlük Hayattan Örnekler

Ağzına kadar suyla dolu bir bardağa damlalıkla yavaş yavaş birkaç damla daha su eklendiğinde suyun taşmadan bir kubbe şekli oluşturması, su moleküllerinin kohezyon kuvvetlerinden kaynaklanır. Kâğıt havlunun masaya dökülen suyu çekmesi, sıvıların kılcallık özelliğine örnektir. Suda yüzen ördeğin tüylerinin ıslanmaması ise suyun kohezyon kuvvetinin, su ve tüyler arasındaki adezyon kuvvetinden büyük olmasından kaynaklanır — ördeğin tüylerindeki doğal yağ tabakası bu adezyon kuvvetini daha da zayıflatır. Islanmayan kıyafet tasarlayan üreticiler, kullanacakları malzeme ile su arasındaki adezyon kuvvetlerinin, su molekülleri arasındaki kohezyon kuvvetlerinden daha küçük olmasına dikkat eder; böylece su kumaş üzerinde yayılmak yerine damlacıklar hâlinde kalıp yüzeyden kolayca akar. Cıvanın cam bir yüzeye döküldüğünde yüzeyi ıslatmadığı, ancak bazı metal yüzeylere döküldüğünde o yüzeyle amalgam oluşturabildiği bilinir; çünkü metal yüzey ile cıvanın tanecikleri arasında metalik etkileşime yakın güçlü bir bağ gözlenebilir.