Bitkinin kökleri, topraktan suyu nasıl emiyor diye hiç düşündünüz mü? Herhangi bir yardım söz konusu olmaksızın bitki köklerine temas eden su ve besinler, yer çekimine meydan okuyarak, bitkinin en uç kısımlarına kadar yükselir. Camdan yapılmış ince bir tüpü, su dolu bir kaba batıracak olursanız, suyun tüpe adeta tırmandığını görürsünüz. Olağanüstü gibi görünen bu fiziksel hareket, aslında yaşamımızın her alanında gerçekleşiyor. Bu harekete kılcal hareket ya da kapilarite deniliyor.
Kılcal hareket
Kılcal hareket, insanları derinden etkilemiştir. Hatta Einstein’ın ilk makalesi, kılcal hareket hakkında olmuştur. Şarap meraklısı birkaç Fransız’ın, şarabın kadehe daldırılan ince cam tüpte yükseldiğini fark etmeleri, İrlandalı kimyager Rober Boyle’ı harekete geçirmiştir. Boyle, konu ile ilgili bir dizi deney yapmıştır. Boyle, gözlemlerinde suyun ve şarabın cam tüpte yükselmesine karşın cıvanın aynı hareketi yapmadığını fark etmiştir. Sonunda kimyagerler, sıvının tüp içinde yükselmesinin neye bağlı olarak gerçekleştiğini keşfetmişlerdir. Harekete yol açan iki kuvvet vardır: Bunlardan biri sıvının molekülleri ve tüpün molekülleri arasındaki tutunma (adhezyon) kuvveti, diğeri ise yapışma diye tarif edebileceğimiz kohezyon kuvvetidir.
Adhezyon ve Kohezyon Kuvveti
Cam bir kabın içindeki suya dikkatlice bakacak olursanız, suyun cam kaba değen noktalarının, yüzeyin genelinden daha yüksek olduğunu görürsünüz. Suyun yüzeyinde bir eğrilik oluşmuştur. Buna içbükey sıvı eğriliği denir.
Bazı sıvılarda da bunun tam tersi oluşur. Örneğin cam tüpü, su yerine cıvaya daldıracak olursak bu defa içbükey sıvı yüzey eğriliği oluşur. Yani cıvanın cama değen yerleri daha alçak, ortası daha yüksektir.
İşte bu iki hareketten birincisi (su ve cam tüp-içbükey eğriliği) adhezyon kuvvetinden, ikincisi (civa ve cam tüp-dışbükey eğriliği) kohezyon kuvvetinden kaynaklanır.
- Kohezyon kuvveti, sıvının moleküllerinin birbirine bağlanmasından kaynaklanan kuvvettir. Benzer atomların örneğin suyu oluşturan hidrojen atomlarının arasındaki hareketten kaynaklanır.
- Adhezyon kuvveti ise bir molekülün başka bir molekül ailesine bağlı olan bir moleküle bağlanması ile gerçekleşir. Cam tüpün içinde suyun yükselmesini ele alacak olursak adhezyon kuvveti suyu (hidrojendioksit) oluşturan oksijen ve hidrojen atomları ile camı (silikondioksit) oluşturan silikon ve oksijen atomlarının arasındaki etkileşimden kaynaklanır. Suyun oksijen ve hidrojen atomlarının bağları arasındaki yük farkı, camın silikon ve oksijen atomlarının bağları arasındaki yük farkından az olduğundan, su cama yapışır. Ya da başka bir deyişle su, cam tarafından çekilir. Bu kuvvet, suyun kendi molekülleri arasındaki çekimden daha kuvvetlidir.
Sonuç olarak; bir sıvının içinde bulunduğu tüpe yapışması, adhezyon kuvveti sayesinde olur. Bu kuvvetin güçlü bir şekilde ortaya çıkmasına ise kılcal hareket ya da kapilarite denir. Adhezyon kuvvetini yükselten tüpün inceliğidir. Söz konusu olan tüp, bir bitkinin kökleri olduğunda su ve besinler adhezyon kuvveti sayesinde bitkinin dallarına ve yapraklarına kadar yükselir.
Ancak cam tüpün içindeki sıvı, cıva gibi bir maddeyse, sıvı tüpün içinde yükselmez. Sıvı ile kabın arasındaki hareket, sıvının kendi içindeki hareketten fazla olduğunda adhezyon kuvveti baskın çıkar. Aksi durumda baskın kuvvet kohezyondur.
Cam bir tüpün sıvı dolu bir kaba daldırılmasıyla, adhezyon ve kohezyon kuvvetlerinin mücadelesi başlar. Bu mücadeleyi hangisinin kazanacağı sıvının yapısına bağlıdır. Adhezyon baskın olduğunda sıvının tüpe temas ettiği bölgede sıvı yükselir, kohezyon kuvveti baskın olduğunda ise alçalır. Özetle kılcal hareket, tüple sıvının etkileşimi sonucunda ortaya çıkar.