Van Der Waals Kuvveti ve Gecko Kertenkelesinin Duvara Tutunabilmesi

 
Van Der Waals Kuvveti`ni kim buldu?

Johannes Diderik van der Waals, (d. 23 Kasım 1837 - ö. 8 Mart 1923). Hollandalı fizikçi. En önemli başarısı ona Nobel'i kazandıran "gazlar ve sıvıların durum denklemi"dir. Van der Waals, gaz ve sıvıların hacimleri, sıcaklıkları ve basınç arasındaki ilişkinin, bugün van der Waals bağları adı verilen moleküllerarası kuvvetleri ve moleküllerin hacimlerini hesaba katmadan anlaşılamayacağını fark etti.[kaynak1]  

Van der Waals kuvveti nedir?
Van der Waals kuvveti veya Van der Waals etkileşimi, fiziksel kimyada kovalent bağlar, hidrojen bağları ve iyonların birbiriyle, nötr moleküllerle veya elektrik yüklü moleküllerle elektrostatik etkileşimi hariç olmak üzere, moleküller arasındaki (veya aynı molekül parçalarının arasındaki) çekici veya itici güçlerin toplamıdır. Hollandalı bilim adamı Johannes Diderik van der Waals'ın adını taşımaktadır. Bu terim aşağıdakileri kapsamaktadır:

• İki daimi dipoller arasındaki kuvvet (Keesom kuvveti)
• Bir daimi dipol ve buna karşılık gelen bir indüklenmiş dipol (Debye kuvveti)
• Aynı anda indüklenmiş iki dipol arasındaki kuvvet (London dağılım kuvveti).

 
Ayrıca moleküller arasındaki kuvvetlerin bütünü için de bazen eşanlamlı olarak kullanılmaktadır. Van der Waals kuvvetleri, kovalent bağlar ile karşılaştırıldığında nispeten daha zayıf olmalarına rağmen supramoleküler kimya, yapısal biyoloji, polimer bilimi, nanoteknoloji, yüzey bilimi ve yoğun madde fiziği gibi çok farklı alanda temel rol oynarlar. Van der Waals kuvvetleri, organik bileşiklerin kutupsal ve kutupsal olmayan ortamlarda çözünürlükleri dahil olmak üzere birçok özelliğini tanımlarlar.
Kutupsal hidroksil grubunun hidrojen bağlama özellikleri, düşük moleküler ağırlıklı alkollerin içinde zayıf van der Waals etkileşimlerine hakim olurlar. Daha yüksek moleküler ağırlıklı alkollerde, kutupsal olmayan hidrokarbon zincir(ler)inin özellikleri hakim olur ve çözünürlüğü tanımlar. Van der Waals kuvvetleri, etkileşen moleküller arasında daha uzun mesafelerde hızla kaybolurlar.
Van der Walls bağları moleküller arasında olup fiziksel bir etkileşimdir. Bu nedenle moleküller arası olduğu için zayıf etkileşim olarak adlandırılmaktadır. Dipol - dipol , iyon - dipol ve indüklenmiş dipol (geçici) olmak üzere üçe ayrılır. Aynı zamanda indüklenmiş dipol (geçici) de kendi arasında; iyon - indüklenmiş dipol , dipol - indüklenmiş dipol ve indüklenmiş dipol - indüklenmiş dipol (LONDON) olmak üzere üçe ayrılır.[kaynak2]
2012 yılında, atomik kuvvet mikroskobu ile metal yüzeye bağlı tek bir organik molekülde, Van der Waals kuvvetlerinin doğrudan ilk ölçümleri gerçekleştirildi ve yoğunluk fonksiyonel hesaplamaları ile doğrulandı.[kaynak3]
Van Der Waals Kuvveti ve Gecko Kertenkelesinin Duvara Tutunabilmesi
Geckonun parmak uçları, tıpkı bir kitaptaki sayfalar gibi ince doku yaprakları ile kaplıdır. Her bir yaprak da, “setae” adı verilen özel bir doku ile kaplıdır. Bu dokuda tüy benzeri uzantılar yer alır ve bu uzantıların uçları da yüzlerce mikroskobik uca ayrılmaktadır.
İğne başı kadar bir alanda ortalama 5000 mikro tüy vardır. Bu da hayvanın her ayağında yaklaşık yarım milyon tüyün bulunması anlamına gelmektedir. Araştırma derinleştirildikçe karşılaşılan mükemmellikler de artmaktadır.
Her bir tüy kendi içinde sayıları 400 ile 1000 arasında değişen tüyümsü uzantılardan oluşmaktadır. Bundan başka dikkat çeken bir unsur da tüylerin hayvanın topuklarına bakacak biçimde yerleştirilmiş olmasıdır. Her bir ucun kalınlığı milimetrenin beş binde biri kadardır. Geckonun ayağındaki milyonlarca mikroskobik uç, değdikleri yüzeydeki atomların çekim kuvvetini kullanarak o yüzeye bir tutkal gibi yapışır.
Gecko adım atarken ayak tabanını yüzeye bastırır ve hafifçe geriye çeker. Böylece tüylerin zemine maksimum düzeyde temas etmesini sağlar. Diğer bir ifadeyle, tüyler yüzeydeki çıplak gözle görünmeyen mikroskobik girinti ve çıkıntılara sıkıca tutunurlar. Böylece, ayak ile yüzey arasında moleküler düzeyde zayıf bir çekim kuvveti oluşur. Bu çekim kuvveti kuantum fiziğinde “Van Der Waals kuvveti” olarak adlandırılmaktadır.[kaynak4]
Van der Waals kuvveti sizin eliniz ve duvar arasında da vardır ama çok zayıftır. Atomik seviyede bakacak olursak elinizin yüzeyi dağlarla kaplı gibidir ve sadece en tepedeki atomlar duvarla temas ederler. Ancak Geckonun ayağındaki binlerce spatula ucu tıpkı bir tutkal gibi duvara yapışır.
 
Telif:wikipedia
Eğer Geckonun parmakları gerçek yapışkanla kaplı olsaydı (veya bir zamanlar bilim adamlarının sandığı gibi vantuzlarla) Geckonun her ayağını kaldırdığında bu yapışkanlığı kırmak için çok fazla enerji harcaması gerekirdi. Ancak araştırmaları yürüten ekibin bulgularına göre, Geckonun duvara değdiği açıyı değiştirmesi ayağını çekmesi için yeterli olmaktadır.
Ayaktaki tüycüklerin konumu ve sıklıkları Van der Waals kuvvetini ortaya çıkarır. İşte bu kuvvet, yerçekiminin Gecko üstündeki gücüne baskın çıkar. Hayvan, ayağını kaldırmak istediğinde de ayak tabanını ileri doğru büker ve moleküler çekim kuvvetinin üstünde bir güç harcayarak tabanını kaldırır.[kaynak5] 
Hayvanın ayak tabanlarındaki tüylerin sayısının ve açısının ne kadar hassas mühendislik hesaplarına dayandığı ortadadır. Tüylerin yoğunluğu daha fazla olsaydı hayvan duvara yapışıp kalacak, daha az olsaydı duvara tutunamayarak düşecekti. Aynı durum tüylerin farklı açılarda yerleşmiş olması durumunda da geçerli olacaktı.
Ancak böyle bir şey olmaz. Van der Vaals çekim kuvvetinin doğmasına neden olan tüycüklerin sıklık miktarı tam gerektiği kadardır.
Milimetrekareye 2 milyon değil de 2 bin tüy düşen bir Gecko düşünün. Bu hayvanın ayağında yeterli oranda Van der Waals çekim kuvveti oluşmayacak ve hayvan tavanda yürümeye çalışırken baş aşağı düşecektir. Bu durumda tüycüklü yapının varlığı hiçbir işe yaramayacaktır.
Bu ornekten etkilenilerek Geckskin isimli yapıştırıcı ABD'de bulunan Massachussetts Üniversitesi tarafından icat edilmiştir.[kaynak6] 
Habertürk`deki Türkiye`nin nabzı programında Caner Taslaman mikro evrenler veya atomlarda genişliyormu konusunda galaksilerin içininde santimlerlede olsa genişlediğini söylemişti.Buna itiraz eden Cern fizikçimiz Kerem Cankoçak galaksilerin içinin genişlemediğini elindeki bardaktan örnek gösterek ve galaksi içinde başka kuvvetlerin söz konusu olduğunu söyleyerek konuyu Van der Waals kuvveti ile açıklamıştı.bkz.[Kaynak8-YT-dk.1.46.55]

Kaynaklar,
1.https://en.wikipedia.org/wiki/Johannes_Diderik_van_der_Waals
2.https://en.wikipedia.org/wiki/Van_der_Waals_force
3.http://www.columbia.edu/~sva2107/media/Aradhya_NMat_2012.pdf
4.https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC129431/ 
5.(Science, 9 Haziran 2000, sayı:288, ss.1717-1718)
6.https://geckskin.umass.edu/ 
7.Video-https://ed.ted.com/lessons/how-do-geckos-defy-gravity-eleanor-nelsen
8.https://www.youtube.com/watch?v=Towzcig81Uk