Doğadaki su örümceklerinin bacaklarındaki mikroskobik pürüzlü ve balmumu benzeri hidrofobik yapılar, suyun yüksek kohezyon kuvveti sayesinde onların batmadan yürümesini sağlar. Bir nano-teknoloji şirketi, su üstünde yürüyebilen mikro kurtarma robotları tasarlarken bu biyomimikri (doğadan esinlenme) ilkesini uygulamak istemektedir. Tasarımın başarıya ulaşması için robotun ayak yüzeylerinin üretimine ilişkin en rasyonel mühendislik önerisi aşağıdakilerden hangisidir?
- A) Ayak yüzeyleri polar (hidrofilik) özellik taşıyan cam benzeri malzemelerle kaplanarak suyun adhezyon kuvvetinden maksimum düzeyde yararlanılmalıdır.
- B) Robot ayaklarının yüzey alanı olabildiğince küçültülerek su ile olan temas noktaları tamamen ortadan kaldırılmalıdır.
- C) Ayak yüzeyleri asidik karakterli polimerlerle kaplanarak suyun moleküler yapısının bozulması hedeflenmelidir.
- D) Ayak yüzeyleri yüksek sıcaklığa dayanıklı metal alaşımlardan seçilmeli ve suyun viskozitesi artırılmalıdır.
- E) Ayak yüzeyleri hidrofobik (suyu sevmeyen) mikro-pürüzlü malzemelerle tasarlanarak, suyun adhezyon kuvveti minimize edilmeli ve kohezyon (yüzey gerilimi) kuvvetinden en üst düzeyde faydalanılmalıdır.
Sürfaktanlar (yüzey aktif maddeler), su molekülleri arasındaki çekim kuvvetlerini azaltarak yüzey gerilimini belirgin biçimde düşürür. Bu durumun moleküler düzeydeki açıklaması düşünüldüğünde, sürfaktan moleküllerinin suyun yüzey gerilimini düşürme mekanizması aşağıdakilerden hangisinde doğru olarak verilmiştir?
- A) Sürfaktanın hidrofilik baş kısımları su molekülleriyle kovalent bağlar kurarak suyu buharlaştırır.
- B) Sürfaktan moleküllerinin apolar kısımları su moleküllerinin hidrojen bağlarını kopararak tamamen yok eder.
- C) Sürfaktan molekülleri su yüzeyine yerleşerek su moleküllerinin kendi aralarındaki güçlü kohezyon kuvvetlerini (hidrojen bağlarını) kesintiye uğratır.
- D) Sürfaktanlar suyun vizkozitesini artırıp akışkanlığını yok ederek yüzey alanını küçültür.
- E) Sürfaktan molekülleri suyun iyonlaşma yüzdesini artırarak elektrostatik çekimleri güçlendirir.
Bir öğrenci, sıvıların yüzey gerilimini etkileyen faktörleri incelemek amacıyla bir deney tasarlamıştır. Öğrenci, 20 °C'deki saf suya sabun ekleyip yüzey gerilimini ölçerken; karşılaştırma yapmak için ikinci bir kapta 40 °C'deki saf suya tuz ekleyip ölçüm almıştır. Bu deneyi inceleyen bir kimya öğretmeninin, tasarımdaki bilimsel hata ile ilgili yapacağı en doğru eleştiri aşağıdakilerden hangisidir?
- A) Deneyde sadece sabun yerine deterjan kullanılması gerekirdi.
- B) Ölçüm aleti olarak hassas terazi kullanılması sonuçları etkilemiştir.
- C) Sıvı miktarlarının farklı seçilmiş olması araştırmayı geçersiz kılar.
- D) Hem sıcaklığı hem de çözünen madde cinsini aynı anda değiştirerek deneyde birden fazla bağımsız değişken kullanmıştır.
- E) Kontrol grubu olarak saf etil alkol çözeltisi kullanmaması büyük bir yöntem hatasıdır.
Bir araştırma grubu, teflon ve cam yüzeyler üzerine damlatılan özdeş su damlalarının şekillerini incelemektedir. Cam yüzeydeki su damlası hemen yayılarak ince bir tabaka oluştururken, teflon yüzeydeki damla küreye yakın bir şekil alarak kalmaktadır. Bu gözlemi açıklamak üzere yapılan aşağıdaki değerlendirmelerden hangisi bilimsel olarak doğrudur?
- A) Teflon yüzey ile su arasındaki adhezyon kuvveti, su moleküllerinin kendi kohezyon kuvvetinden çok daha büyüktür.
- B) Cam yüzey ile su arasındaki adhezyon kuvveti, suyun kendi molekülleri arasındaki kohezyon kuvvetinden büyüktür.
- C) Cam yüzeyde suyun yüzey gerilimi teflon yüzeydekinden çok daha yüksektir.
- D) Teflon yüzey su molekülleriyle güçlü hidrojen bağları oluşturarak damlayı küreselleştirir.
- E) Her iki yüzeyde de adhezyon kuvvetleri ihmal edilecek kadar küçüktür.
Günlük hayatta kirli ve yağlı bulaşıkları yıkarken sıcak su ve deterjan tercih edilmesi bilimsel olarak yüzey gerilimiyle yakından ilgilidir. Sıcaklığın ve deterjanın bu temizlik sürecindeki temel rolü aşağıdakilerden hangisinde doğru açıklanmıştır?
- A) Sıcaklık ve deterjan, suyun yüzey gerilimini düşürerek suyun kir ve yağ moleküllerine daha kolay ulaşmasını ve onları sarmasını sağlar.
- B) Sıcaklık suyun yüzey gerilimini artırırken, deterjan yağı kimyasal olarak parçalar.
- C) Hem sıcaklık hem de deterjan kohezyon kuvvetlerini aşırı derecede artırarak suyun akışkanlığını azaltır.
- D) Deterjan suyun adhezyon kuvvetini sıfıra indirerek yüzeyden hemen kaymasını sağlar.
- E) Sıcak su yağın erimesini kolaylaştırırken deterjan suyun yüzey alanını küçültür.
Bir deneyde, özdeş üç behere aynı miktarda saf su konularak sırasıyla 10 °C, 25 °C ve 50 °C sıcaklıklara getiriliyor. Daha sonra bu sıvıların yüzeylerine hassas bir şekilde bırakılan özdeş ataşların batmadan kalabildikleri maksimum süreler ölçülüyor. Bu araştırmadaki bağımlı ve bağımsız değişkenler sırasıyla hangi seçenekte doğru verilmiştir?
- A) Sıvının hacmi - Sıvının sıcaklığı
- B) Sıvının sıcaklığı - Suyun saflığı
- C) Ataşların batma süresi (yüzey gerilimi) - Sıvının sıcaklığı
- D) Suyun cinsi - Beherin hacmi
- E) Sıvının sıcaklığı - Ataşların batma süresi (yüzey gerilimi)
Bir grup öğrenci, su içerisinde çözünen yemek tuzu (NaCl) miktarının yüzey gerilimine etkisini ölçmek için bir deney yapmış ve şu sonuçları kaydetmiştir: Deney Sonuçları: Saf suyun yüzey gerilimi 72,8 mN/m iken; %5'lik tuzlu suyunki 74,1 mN/m, %10'luk tuzlu suyunki ise 75,4 mN/m olarak ölçülmüştür. Öğrencilerin bu verileri yorumlayarak ulaştığı aşağıdaki sonuçlardan hangisi doğrudur?
- A) Tuz eklenmesi suyun kohezyon kuvvetlerini zayıflatmıştır.
- B) Çözünen tuz miktarı arttıkça suyun kaynama noktası düşmüştür.
- C) Suda iyonlaşarak çözünen maddeler yüzey gerilimini etkilemez.
- D) Sıvının saflığının bozulması her durumda yüzey gerilimini azaltır.
- E) Çözünen tuz derişimi arttıkça sıvının kohezyon etkileşimleri güçlenmiş ve yüzey gerilimi artmıştır.
Bir öğretmen, sıcaklığın suyun yüzey gerilimine etkisini moleküler düzeyde açıklamak istiyor. Sıcaklık arttıkça su moleküllerinin kinetik enerjisi artar ve moleküller arası çekim kuvvetleri zayıflar. Bu teorik bilgiden hareketle kurulabilecek en tutarlı hipotez aşağıdakilerden hangisidir?
- A) Sıcaklık arttıkça sıvının yüzey gerilimi azalır.
- B) Sıcaklık arttıkça taneciklerin çekim gücü artacağından yüzey gerilimi yükselir.
- C) Sıcaklık değişimi sıvının yüzey alanını etkilemediği için yüzey gerilimini değiştirmez.
- D) Düşük sıcaklıklarda su molekülleri daha hızlı hareket ettiği için yüzey gerilimi azalır.
- E) Kaynama noktasına ulaşan sıvıların yüzey gerilimi maksimum değere ulaşır.
Sıvı molekülleri arasındaki çekim kuvvetleri (kohezyon) arttıkça sıvının yüzey gerilimi de artar. Buna göre, oda sıcaklığında bulunan aşağıdaki sıvılardan hangisinin moleküller arası etkileşim türü düşünüldüğünde yüzey geriliminin en yüksek olması beklenir?
- A) C2H5OH (Etil alkol - molekülleri arasında hidrojen bağları etkindir)
- B) C6H14 (Hekzan - molekülleri arasında sadece zayıf London kuvvetleri etkindir)
- C) CH3OCH3 (Dimetil eter - molekülleri arasında dipol-dipol etkileşimleri etkindir)
- D) Hg (Sıvı cıva - atomları arasında çok güçlü metalik bağlar etkindir)
- E) H2O (Saf su - molekülleri arasında güçlü hidrojen bağları etkindir)
Bir öğrenci, göl yüzeyinde rahatça yürüyebilen su örümceklerinin, göle sabunlu su karıştığında suya battıklarını gözlemliyor. Öğrencinin bu gözlemi doğrultusunda belirleyeceği en uygun araştırma sorusu aşağıdakilerden hangisidir?
- A) Sabunun suyun özkütlesine etkisi nedir?
- B) Yabancı maddelerin çözünmesi sıvıların yüzey gerilimini nasıl etkiler?
- C) Su örümceklerinin bacak yapısı kohezyon kuvvetini artırır mı?
- D) Sıcaklığın artması sabunun suda çözünme hızını değiştirir mi?
- E) Temizlik malzemeleri sulardaki canlı çeşitliliğini doğrudan azaltır mı?
Doğru cevaplar ve adım adım çözümler testi tamamladıktan sonra gösterilir.
