Inovatif Kimya Dergisi Sayi 62

YÜZEY ENERJİSİ VE
SCHULTZ METODU
Suyun teflon tavayı ıslatmaması, cıvanın
bulunduğu kabı ıslatmaması ya da cam yüzeyini
ıslatan su damlacıkları hayatın içerisinde sıkça
karşılaşabileceğimiz durumlardır. Tüm bu örnekleri
bilimsel olarak yüzey gerilimi ve yüzey enerjisi
ifadeleriyle tanımlamak mümkündür. Bu bağlamda,
günümüzde yüzey enerjisi üzerine olan çalışmalar
gerek akademik gerekse de özel sektörde önemli
ölçüde artmıştır. Yüzey enerjisi, malzemelerin
yüzeye yapışmaya olan yatkınlığını ve ne kadar
elverişli olduğunu gösteren bir özelliktir. Yüksek ve
düşük yüzey enerjisi olarak ikiye ayırabileceğimiz
bu ifadede; yüksek yüzey enerjili malzemelerin
yüzeye yapışması düşük yüzey enerjili malzemelerin
yüzeye yapışmasına kıyasla daha kolaydır [1].
Bunun sebebi ise yüzeyin ıslanabilirlik özelliğinden
kaynaklanmaktadır.
Bu çalışmanın amacı, temas açısı kullanılarak yüzey
enerjisini hesaplamaktır. İlk paragrafta da belirtildiği
üzere yüzey enerjisinin yüksek ya da düşük enerjili
olmasına etki eden ıslanabilirliktir ve değme açısı
ise ıslanabilirliğin bir özelliğidir. Islatma, sıvıların
katı yüzeylerle arayüz oluşturmasıdır ve ıslatma,
yüzey çalışmaları için temel ve pratik bir araçtır.
Figür 1’de gösterildiği gibi temas açısı sıvı ve katı
yüzeyler arasında kalan açıdır ve bu açı geometriden
faydalanılarak (Young denkliği- Denklem 1)
hesaplanmış ve Young denkliği olarak bilinmektedir.
Figür 1 : Temas Açısının Ölçülmesi
(Denklem 1: Young Denkliği)
Yüzey enerjisi Fowkes, Zisman gibi birçok farklı
metotlar ile hesaplanabilmektedir [2], ancak bu
çalışmada Schultz metodu kullanılacaktır. Schultz
metodu basitçe, maddeler halinde belirtecek olursak;
Dispers ve polar kısımlardan oluşur
Denklem 1’de Young denkliği katı, sıvı ve gaz
yüzeyleri arasındaki eşitliği göstermektedir,
ancak Schultz metodu için en az iki sıvının gerekli
olduğundan bahsetmiştik. Young denkliğinin, iki sıvı
ve katı yüzeyleri arasındaki uygulaması Denklem
2’deki gibidir.
En az iki sıvı olmalı ve bu sıvılardan en az birisi polar
olmalı
Daha çok yüksek yüzey enerjili sistem
uygulamalarında görülür
Bu metot için ayrıca iki sıvı faz temas açısı ölçümü de
denilebilir
Örnek olarak polimerler, alüminyum vb. verilebilir
27
(Denklem 2: İki sıvılı Young Denkliği)
Figür 2’de iki sıvılı ve katı yüzeyden oluşan sistem
şematik olarak gösterilmiştir. Denklem 3 ve 4’de ise
Fowkes teorisinin katı ve iki sıvı arasında kurulan
tüm etkileşimleri içeren terimlere sahip olduğu
belirtilmiştir. Denklem 4 içerisindeki ISLP terimi
alkanların yüzey enerjisinin sadece London dispers