محاسبه اثر مارانگونی بر اساس فشار مویینگی «محقق و نویسنده:جمال عبدالله زاده»

شیمیدان ها برای درک عمیق اثر مارانگونی از اثر مویینگی capillarity effect کمک می گیرند.اثر مویینگی به زبان ساده بیانگر بالا آمدن ارتفاع آب در لوله های بسیار کوچک و باریک موسوم به لوله های مویین است.جالب است که اثر مویینگی نیز مثل اثر مارانگونی از کشش سطحی سرچشمه می گیرد و با آن رابطه مستقیم دارد.در حالت کلی ارتفاع آب در لوله مویین با کشس سطحی ارتباط مستقیم دارد و همواره معادله زیر برقرار است:   h=2𝛾cos𝝷/𝜌Rg  توجه کنید در این معادله تاثیر ثابت گرانشی g خیلی ضعیف است و نیروی گرانشی در مقیاس میکروسکوپی مولکول ها تاثیر چندانی ندارد.𝝷 در این معادله بیانگر زاویه تماس مایع درون لوله مویین و هوای اطراف است و 𝜌 نیز چگالی مایع داخل لوله مویین می باشد.کمیت𝛾 نیز کشش سطحی را نشان می دهد و R نیز همان شعاع لوله مویین می باشد.اثر مویینگی نوعی فشار در سطح مایع ایجاد می کند که آن را فشار مویینگی می نامند.اگر یک کلویید مایع در مایع یعنی امولسیون طراحی کنیم و آن را با مولکول های فعال سطحی احاطه کنیم و نهایتا به وسیله ذرات کوچک جامد آن را پایدار کنیم سیستم شیمیایی جالبی ایجاد می شود که بر اساس فشار مویینگی کار می کند و حالت کشسان و الاستیک به خود می گیرد.عامل اصلی ایجاد فشار مویینگی کمیت شیمیایی بنیادین تحت عنوان «مولفه مویینگی کشسانی» با نماد Y می باشد.این کمیت تغییرات فشار مویینگی نسبت به مساحت سطح کشسان را بیان می کند.برای محاسبه کمیت«مولفه مویینگی کشسانی» از فشار مویینگی سطح مایع نسبت به لگاریتم طبیعی مساحت سطح کشسان دیفرانسیل می گیریم و همواره به صورت کلی معادله شیمی فیزیکی زیر برقرار است: Y=dP/dlnS  این معادله جذاب و پرمعنا اثر مویینگی و اثر مارانگونی را به هم پیوند می زند و به ما می گوید خاستگاه هر دو پدیده شیمیایی کشش سطحی می باشد.این معادله همچنین روش ساده ای برای توجیه علمی اثر مارانگونی می باشد و معنا و مفهوم معادله فوق این است که اثر مارانگونی از فشار مویینگی و ساختار کشسان ایجاد شده در کلویید پدید آمده است.به طور خلاصه اگر بخواهم مفهوم این معادله را جمع بندی کنم نیروی کشش سطحی و تغییر ارتفاع سیال اثر مویینگی را ایجاد می کند و اثر مویبنگی نیز فشار مویبنگی را به وجود می آورد و فشار مویینگی نیز لایه کلوییدی کشسان پدید می آورد و نهایتا اثر مارانگونی از این زنجیره ارتباطی پیچیده و پلکانی به به وجود می آید.بنابراین کمیت شیمیایی«مولفه مویینگی کشسانی» با نماد Y مثل کلیدی در دست ماست که میزان قدرت اثر مارانگونی در یک سیستم شیمیایی را توصیف می کند؛هرجا Y بیشتر باشد آنجا اثر مارانگونی قوی تر است و اثر مویینگی نیز بیشتر می باشد و در نتیجه لوله های باریک تری داریم.ولی هرچقدر Y کمتر باشد آنجا اثر مارانگونی ضعیف تر است و کشش سطحی دو سیال به هم نزدیک است و بنابراین میزان انتقال جرم در لوله های مویین کمتر می باشد.طبق این معادله مساحت سطح کشسان با نماد S نیز بر اثر مارانگونی به شدت تاثیر می گذارد.به صورت کلی هرچقدر مساحت سطح کشسان S کمتر باشد اثر مارانگونی و به تبع آن اثر مویینگی قوی تر است.بنابراین سطوح نازک و ریز به شدت قابلیت این را دارند که گرادیان کشش سطحی دو سیال را به صورت حرکت سیال بروز دهند.به همین خاطر دانشمندان قطر و ضخامت لوله های مویین را طوری طراحی می کنند که مینمم باشد تا مینمم مساحت را داشته و در نتیجه ماکزیمم اثر مارانگونی و اثر مویینگی در آنها ایجاد شود.نکته تامل برانگیز در مورد این معادله به عقیده من این است که در شیمی گاهی وقت ها برخی پدیده های شیمیایی هم از دیدگاه ریاضی و هم از دیدگاه شیمیایی در هم تنیده هستند و در هم ادغام شده اند و اگر تعریف یکی را بدانیم تعریف دیگری را نیز به راحتی درک می کنیم.دو پدیده اثر مارانگونی و اثر مویینگی نیز دقیقا همین طور هستند و نمی توان آنها را از هم جدا کرد.اگر اثر مویینگی را عمیق درک کنیم اثر مارانگونی را نیز فهمیده ایم و بالعکس.اثر مارانگونی به باور من معیار پویایی و دینامیسم دو سیال در فصل مشترک آنها می باشد و به ما می گوید در شیمی سیستم پویا و فعال سیستمی می باشد که گرادیان کشش سطحی در آن ایجاد شود و تحول و حرکت ماده از جایی به جای دیگر رخ دهد و سیستم منفعل و مرده سیستمی است که گرادیان کشش سطحی نداشته باشیم و خبری از تحول و حرکت و تغییر نباشد.بنابراین کمیت Y و اثر مارانگونی به نظرم مثل نبض و ضربان قلب سیالات می باشد و چرخه حیات شیمی فیزیکی آنها را به زیباترین شیوه ممکن در قالب یک معادله دیفرانسیل ساده توصیف می کند.