Laporan Kimia Fisika Penentuan Tegangan Permukaan BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Banyak fenomena-fenomena alam yang kurang kita perhatikan akan tetapi fenomenafenomena tersbut mempunyai hubungan dengan adanya tegangan permukaan. Sering terlihat peristiwa-peristiwa alam yang tidak diperhatikan dengan teliti misalnya tetes-tetes zat cair pada pipa keran yang bukan suatu aliran, laba-laba air yang berada di atas permukaan air, gelembung-gelembung sabun, pisau silet yang diletakkan perlahan-lahan di atas permukaan zat cair yang terapung, dan naiknya air pada pipa kapile. Hal tersebut dapat terjadi karena adanya gaya-gaya yang bekerja pada permukaan zat cair atau pada batas antara zat cair dengan bahan lain. Tegangan permukaan merupakan fenomena menarik yang terjadi pada zat cair (fluida) yang berada pada keadaan diam (statis). Suatu molekul dalam fase cair dapat dianggap secara sempurna dikelilingi oleh molekul lainnya yang secara rata-rata mengalami daya tarik yang sama ke semua arah. Gejala ini yang disebut dengan tegangan permukaan. Oleh karena itu dilakukan percobaan penentuan tegangan permukaan dengan metode berat tetes agar dapat mengetahui nilai tegangan permukaan dari suatu larutan dan dapat menganalisa fenomen-fenomena yang berhubungan dalam kehidupan sehari-hari dengan mempelajari tentang tegangan permukaan. 1.2 Tujuan - Mempelajari tentang tegangan permukaan zat cair - Mengetahui faktor-faktor yang mempengaruhi tegangan permukaan - Mengetahui konsep tegangan permukaan dalam kehidupan sehari-hari TINJAUAN PUSTAKA Tegangan permukaan zat cair merupakan kecenderungan permukaan zat cair untuk menegang, sehingga permukaannya seperti ditutupi oleh suatu lapisan elastic. Selain itu, tegangan permukaan juga diartikan sebagai suatu kemampuan atau kecenderungan zat cair untuk selalu menuju ke keadaan yang luas permukaannya lebih kecil yaitu permukaan datar atau bulat seperti bola atau ringkasnya didefinisikan sebagai usaha yang membentuk luas permukaan baru. Dengan sifat tersebut zat cair mampu untuk menahan benda-benda kecil di permukaannya. Seperti silet, berat silet menyebabkan permukaan zat cair sedikit melengkung
ke bawah tampak silet itu berada. Lengkungan itu memperluas permukaan zat cair namun zat cair dengan tegangan permukaannya berusaha mempertahankan luas permukaan-nya sekecil mungkin. Tegangan permukaan merupakan fenomena menarik yang terjadi pada zat cair (fluida) yang berada dalam keadaan diam (statis). Tegangan permukaan didefinisikan sebagai gaya F persatuan panjang L yang bekerja tegak lurus pada setia garis di permukaan fluida. Permukaan fluida yang berada dalam keadaan tegang meliputi permukaan luar dan dalam (selaput cairan sangat tipis tapi masih jauh lebih besar dari ukuran satu molekul pembentuknya), sehingga untuk cincin dengan keliling L yang diangkat dari permukaan fluida dapat ditentukan dari pertambahan panjang pegas halus penggantung cincin (Dianometer) sehingga tegangan permukaan fluida memiliki nilai sebesar : Dimana : = tegangan permukaan (N/m) F = Gaya (Newton) L = Panjang permukaan selaput fluida (m) Tegangan antar muka adalah gaya persatuan panjang yang terdapat pada antarmuka dua fase cair yang tidak bercampur. Tegangan antar muka selalu lebih kecil dari pad tegangan permukaan karena gaya adhesi antara dua cairan tidak bercampur lebih besar dari pada adhesi antara cairan dan udara. (Hamid.2010) (Hamid.2010) Faktor yang mempengaruhi Tegangan permukaan terjadi karena permukaan zat cair cenderung untuk menegang, sehingga permukaannya tampak seperti selaput tipis. Hal ini dipengaruhi oleh adanya gaya kohesi antara molekul air. Pada zat cair yang adesiv berlaku bahwa besar gaya kohesinya lebih kecil dari pada gaya adesinya dan pada zat yang non-adesiv berlaku sebaliknya. Salah satu model peralatan yang sering digunakan untuk mengukur tegangan permukaan zat cair adalah pipa kapiler. Salah satu besaran yang berlaku pada sebuah pipa kapiler adalah sudut kontak, yaitu sudut yang dibentuk oleh permukaan zat cair yang dekat dengan dinding. Sudut kontak ini timbul akibat gaya tarik-menarik antara zat yang sama (gaya kohesi) dan gaya tarik-menarik antara molekul zat yang berbeda (adesi). Molekul biasanya saling tarik-menarik. Dibagian dalam cairan, setiap molekul cairan dikelilingi oleh molekul-molekul cairan di samping dan di bawah. Di bagian atas tidak ada molekul cairan lainnya karena molekul cairan tarik-menarik satu dengan yang lainnya, maka terdapat gaya total yang besarnya nol pada molekul yang berada di bagian dalam caian.
Sebaliknya molekul cairan yang terletak di permukaan di tarik oleh molekul cairan yang berada di samping dan bawahnya. Akibatnya, pada permukaan cairan terdapat gaya total yang berarah ke bawah karena adanya gaya total yang arahnya ke bawah, maka cairan yang terletak di permukaan cenderung memperkecil luas permukaannya dengan menyusut sekuat mungkin. Hal ini yang menyebabkan lapisan cairan pada permukaan seolah-olah tertutup oleh selaput elastis yang tipis. Ada beberapa metode dalam melakukan tegangan permukaan : - Metode kenaikan kapiler Tegangan permukaan diukur dengan melihat ketinggian air/ cairan yang naik melalui suatu kapiler. Metode kenaikan kapiler hanya dapat digunakan untuk mengukur tegangan permukaan tidak bisa untuk mengukur tegangan permukaan tidak bias untuk mengukur tegangan antar muka. - Metode tersiometer Du-Nouy Metode cincin Du-Nouy bisa digunakan utnuk mengukur tegangan permukaan ataupun tegangan antar muka. Prinsip dari alat ini adalah gaya yang diperlukan untuk melepaskan suatu cincin platina iridium yang diperlukan sebanding dengan tegangan permukaan atau tegangan antar muka dari cairan tersebut. (Atfins. 1994) Pada dasarnya tegangan permukaan suatu zat cair dipengaruhi oleh beberapa factor diantaranya suhu dan zat terlarut. Dimana keberadaan zat terlarut dalam suatu cairan akan mempengaruhi besarnya tegangan permukaan terutama molekul zat yang berada pada permukaan cairan berbentuk lapisan monomolecular yang disebut dngan molekul surfaktan. Faktor-faktor yang menpengaruhi : - Suhu energy kinetik molekul Tegangan permukaan menurun dengan meningkatnya suhu, karena meningkatnya - Zat terlarut (solute) Keberadaan zat terlarut dalam suatu cairan akan mempengaruhi tegangan permukaan. Penambahan zat terlarut akan meningkatkan viskositas larutan, sehingga tegangan permukaan
akan bertambah besar. Tetapi apabila zat yang berada dipermukaan cairan membentuk lapisan monomolecular, maka akan menurunkan tegangan permukaan, zat tersebut biasa disebut dengan surfaktan. - Surfaktan Surfaktan (surface active agents), zat yang dapat mengaktifkan permukaan, karena cnderung untuk terkonsentrasi pada permukaan atau antar muka. Surfaktan mempunyai orientasi yang jelas sehingga cenderung pada rantai lurus. Sabun merupakan salah satu contoh dari surfaktan. Sturktur surfaktan secara 3 dimensi Molekul surfaktan yang bersifat amfifil yaitu suatu molekul yang mempunyai dua ujung yang terpisah, yaitu ujung polar (hidrofilik) dan ujung non polar (hidrifobik). Sifat surfaktan yang amfifil menyebabkan surfaktan diadsorpsi pada antar muka baik itu cair/gas (yang tidak saling bercampur). Surfaktan akan selalu berada pada antar muka suatu cairan (berbeda jenis), bila jumlah gugus hidrofil dan lipofilnya seimbang. Tapi, apabila suatu surfaktan memiliki gugus hidrofil lebih besar lipofil, maka surfaktan akan lebih berada pada fase air dan sedikit berada pada antar muka. Sebaliknya, bila suatu surfaktan memiliki gugus hidrofil lebih kecil dari lipofil maka surfaktan akan lebih berada pada fase minyak dan sedikit berada pada antar muka. Surfaktan dapat digunakan menjadi dua golongan besar yaitu, surfaktan yang larut dalam minyak dan surfaktan yang larut dalam pelarut air. Surfaktan yang larut dalam minyak : Ada tiga yang termasuk dalam golongan ini, yaitu senyawa polar berantai panjang, senyawa fluorocarbon, dan senyawa silicon. Surfaktan yang larut dalam pelarut air : Golongan ini banyak digunakan antara lain sebagai zart pembasah, zat pembusa, zat pengemulsi, zat anti busa, detergen, zat flotasi, oencegah korosi, dan lai-lain. Ada empat yang temasuk dalam golongan ini yaitu surfaktan anion yang bermuatan negative, surfaktan yang bermuatan positif, surfaktan nonion yang tak terionisasi dalam larutan, dan surfaktan amfoter yang bermuatan negative dan positif bergantung pada ph-nya. Surfaktan menurunkan tegangan permukaan air dengan mematahkan ikatan-ikatan hydrogen pada permukaan. Hal ini dilakukan dengan menaruh kepala-kepala hidrofiliknya
terentang menjauhi permukaan air. Sabun dapat membentuk misel (miceves), suatu molekul sabun mengandung suatu rantai hidrokarbon panjang plus ujung ion. Bagian hidrokarbon dari molekul sabun bersifat hidrofobik dan larut dalam zat-zat non polar, sedangkan ujung ion bersifat hidrofilik dan larut dalam air. Karena adanya rantai hidrokarbon, sebuah molekul sabun secara keseluruhan tidaklah benar-benar larut dalam air, tetapi dengan mudah akan tersuspensi di dalam air. Larutan surfaktan dalam air menunjukkan perubahan sifat fisik yang mendadak pada daerah konsentrasi yang tertentu. Perubahan yang mendadak ini disebabkan oleh pembentukan agregat atau penggumpalan dari beberapa molekul surfaktan menjadi satu, yaitu pada konsentrasi kritik misel (KMK). Tegangan permukaan juga merupakan sifat fisik yang berhubungan dengan gaya antarmolekul dalam cairan dan didefinisikan sebagai hambatan peningkatan luas permukaan cairan. Awalnya tegangan permukaan didefinisikan pada antar muka cairan dan gas. Namun, tegangan yang mirip juga ada pada tegangan antar muka cairan-cairan, atau padatan dan gas. Tegangan semacam ini secara umum disebut dengan tegangan antar muka. (Douglas.2001) PEMBAHASAN Tegangan permukaan adalah gaya persatuan panjang yang harus dikerjakan sejajar permukaan untuk mengimbangi gaya tarikan kedalam pada cairan. Hal tersebut terjadi karena pada permukaan, gaya adhesi (antara cairan dan udara) lebih kecil dari pada gaya kohesi antara molekul cairan sehingga menyebabkan terjadinya gaya kedalam pada permukaan cairan. Tegangan permukaan zat cair merupakan kecenderungan permukaan zat cair untuk menegang, sehingga permukaannya seperti ditutupi oleh suatu lapisan elastis. Selain itu, tegangan permukaan juga diartikan sebagai suatu kemampuan atau kecenderungan zat cair untuk selalu menuju ke keadaan yang luas permukaannya lebih kecil yaitu permukaan datar atau bulat seperti bola atau ringkasnya didefinisikan sebagai usaha untuk membentuk luas permukaan baru. Dengan sifat tersebut zat cair mampu untuk menahan benda-benda kecil di permukaannya. Seperti silet, berat silet menyebabkan permukaan zat cair sedikit melengkung ke bawah tempat silet itu berada. Lengkungan itu memperluas permukaan zar cair namun zat cair dengan tegangan permukaannya berusaha mempertahankan luas permukaannya sekecil mungkin. Tegangan permukaan merupakan fenomena menarik yang terjadi pada zat cair (fluida)
yang berada pada keadaan diam (statis). Tegangan permukaan didefinisikan sebagai gaya F persatuan panjang L yang bekerja tegak lurus pada setiap garis di permukaan fluida. Permukaan fluida yang berada dalam keadaan tegang meliputi permukaan luar dan alam (selaput cairan sangat tipis tapi masih jauh lebih besar dari ukuran satu molekul pembentuknya). Sehingga untuk cincin dengan keliling L yang diangkat perlahan dari permukaan fluida, besarnya gaya F yang dibutuhkan untuk mengimbangi gaya-gaya permukaan fluida dapat ditentukan dari pertambahan panjang pegas halus penggantung cincin (dianometer). Sehingga tegangan permukaan fluida memiliki nilai sebesar : Dimana : = tegangan permukaan (N/m) F = Gaya (Newton) L = Panjang permukaan selaput fluida (m) Tegangan antar muka adalah gaya persatuan panjang yang terdapat pada antar muka dua fase cair yang tidak bercampur. Tegangan antar muka selalu lebih kecil dari pada tegangan permukaan karena gaya adhesi dua cairan yang tidak bercampur lebih besar dari pada adhesi antara cairan dan udara. Faktor yang mempengaruhi tegangan permukaan yaitu : - Suhu Tegangan permukaan menurun dengan meningkatnya suhu, karena meningkatnya energi kinetik molekul. - Zat terlarut (solute) Keberadaan zat terlarut dalam suatu cairan akan mempengaruhi tegangan permukaan. Penambahan zat terlarut akan meningkatkan viskositas larutan, sehingga tegangan permukaan akan bertambah besar. Tetapi apabila zat yang berada dipermukaan caiaran membentuk lapisan monomolekular, maka akan menurunkan tegangan permukaan. Zat tersebut biasa disebut dengan surfaktan. - Surfaktan Surfaktan (surface active agents), zat yang dapat mengaktifkan permukaan, karena cenderung untuk terkonsentrasi pada permukaan atau antar muka. Surfaktan mempunyai orientasi yang jelas sehingga cenderung pada rantai lurus. Sabun merupakan salah satu contoh dari surfaktan. Aplikasi konsep tegangan dalam kehidupan sehari-hari antara lain. Mencuci dengan air panas lebih mudah dan menghasilkan cucian yang lebih bersih, gelembung sabun atau air berbentuk bulat, dank lip tidak tenggelam dalam air.
lebih bersih.tegangan permukaan dipengaruhi oleh suhu. Makin tinggi suhu air, makin kecil tegangan permukaan air dan ini berarti makin baik kemampuan air untuk membasahi benda. Dimana : = tegangan permukaan (N/m) F = Gaya (Newton) L = Panjang permukaan selaput fluida (m) Tegangan antar muka adalah gaya persatuan panjang yang terdapat pada antar muka dua fase cair yang tidak bercampur. Tegangan antar muka selalu lebih kecil dari pada tegangan permukaan karena gaya adhesi dua cairan yang tidak bercampur lebih besar dari pada adhesi antara cairan dan udara. Faktor yang mempengaruhi tegangan permukaan yaitu : - Suhu Tegangan permukaan menurun dengan meningkatnya suhu, karena meningkatnya energi kinetik molekul. - Zat terlarut (solute) Keberadaan zat terlarut dalam suatu cairan akan mempengaruhi tegangan permukaan. Penambahan zat terlarut akan meningkatkan viskositas larutan, sehingga tegangan permukaan akan bertambah besar. Tetapi apabila zat yang berada dipermukaan caiaran membentuk lapisan monomolekular, maka akan menurunkan tegangan permukaan. Zat tersebut biasa disebut dengan surfaktan. - Surfaktan Surfaktan (surface active agents), zat yang dapat mengaktifkan permukaan, karena cenderung untuk terkonsentrasi pada permukaan atau antar muka. Surfaktan mempunyai orientasi yang jelas sehingga cenderung pada rantai lurus. Sabun merupakan salah satu contoh dari surfaktan. Aplikasi konsep tegangan dalam kehidupan sehari-hari antara lain. Mencuci dengan air panas lebih mudah dan menghasilkan cucian yang lebih bersih, gelembung sabun atau air berbentuk bulat, dank lip tidak tenggelam dalam air. - lebih Mencuci dengan air panas lebih mudah dan menghasilkan cucian yang bersih.tegangan permukaan dipengaruhi oleh suhu. Makin tinggi suhu air, makin kecil tegangan permukaan air dan ini berarti makin baik kemampuan air untuk membasahi benda. Karena itu, mencuci dengan air panas menyebabkan kotoran pada pakaian lebih mudah larut dan cucian menjadi lebih bersih. Detergen sintetis modern juga didesain untuk meningkatkan kemampuan air membasahi kotoran yang melekat pada pakaian, yaitu dengan menurunkan tegangan permukaan air. Banyak kotoran yang tidak larut dalam air segar, tetapi larut dalam
air yang diberi detergen. - bulat Gelembung sabun atau air berbentuk bulat. Gelembung sabun atau tetes air berbentuk karena dipengaruhi oleh adanya tegangan permukaan. Gelembung sabun memiliki dua selaput tipis pada permukaannya dan diantara kedua selaput tipis tersebut terdapat lapisan air tipis. Adanya tegangan permukaan menyebabkan selaput berkontraksi dan cenderung memperkecil luas permukaannya. Ketika selaput air sabun berkontraksi dan berusaha memperkecil luas permukaannya, timbul perbedaan tekanan udara di bagian luar selaput (tekanan atmosfir) dan tekanan udara di bagian dalam selaput. Tekanan udara yang berada di luar selaput (tekanan atmosfir) turut mendorong selaput air sabun ketika ia melakukan kontraksi, karena tekanan udara di bagian dalam selaput lebih kecil. Setelah selaput berkontraksi, maka udara di dalamnya (udara yang terperangkap di antara dua selaput) ikut tertekan, sehingga menaikkan tekanan udara di dalam selaput sampai tidak terjadi kontraksi lagi. Dengan kata lain, ketika tidak terjadi kontransi lagi, besarnya tekanan udara di antara dua selaput sama dengan jumlah tekanan atmosfir dengan gaya tegangan permukaan yang mengerutkan selaput. Pada tetes air hanya memiliki satu selaput tipis, yakni pada bagian luar tetes air. Bagian dalamnya penuh dengan air. Akibat adanya gaya kohesi, maka timbul tegangan permukaan. Bagian tetes air ditarik ke dalam, akibatnya air berkontraksi dan cenderung memperkecil luas permukaannya. Tekanan atmosfir yang berada di luar turut membantu menekan tetes air. Kontraksi akan terhenti ketika tekanan pada bagian dalam air sama dengan jumlah tekanan atmosfir dengan gaya tegangan permukaan yang mengerutkan selaput air. - permukaan Klip tidak tenggelam dalam air. Ketika klip diletakkan secara hati-hati ke atas air, molekul-molekul air yang terletak di permukaan agak ditekan oleh gaya berat klip tersebut, sehingga molekul-molekul air yang terletak di bawah memberikan gaya pemulih ke atas untuk menopang klip tersebut. Biasanya klip terbuat dari logam, sehingga kerapatannya lebih besar dari kerapatan air. Karena massa jenis klip lebih besar dari massa jenis air, maka seharusnya klip tenggelam. Tapi kenyataannya klip terapung. Fenomena ini merupakan salah satu contoh dari adanya tegangan permukaan. Dalam kenyataannya, bukan hanya klip (penjepit kertas), tetapi juga bisa benda lain seperti jarum. Apabila kita meletakkan jarum
secara hati-hati di atas permukaan air, maka jarum akan terapung. Adanya tegangan permukaan cairan juga menjadi alasan mengapa serangga bisa mengapung di atas air. - denganmetode tegangan permukaan: Metode kenaikan kapiler Tegangan permukaan diukur melihat ketinggian air/cairan yang naik melalui suatu kapiler. Metode kenaikan kapiler hanya dapat digunakan untuk mengukur tegangan permukaan tidak bisa untuk mengukur tegangan antar muka. Sudut kontak air dan pipa kapiler. Dengan metode pipa kapileryaitu dengan mengukur tegangan permukaan zat cair dan sudut kelengkungannya denganmemakai pipa berdiameter. Salah satu ujung pipa tersebut dicelupkan kedalam permukaan zat cair maka zat cair tersebut permukaannya akan naik sampai ketinggian tertentu. - mengukur Metode tersiometer Du-Nouy : Metode cincin Du-Nouy bisa digunakan untuk tegangan permukaan ataupun tegangan antar muka. Prinsip dari alat ini adalah gaya yang diperlukan untuk melepaskan suatu cincin platina iridium yang dicelupkan pada permukaan sebanding dengan tegangan permukaan atau tegangan antar muka dari cairan tersebut. Perhitungan tegangan permukaan dengan metode Du Nouy : Y= (Skala yang terbaca (dyne))/(2 x keliling cincin) x Faktor Koreksi. - permukaan Metode Drop Out (tetes) : bila cairan tepat akan menetes, maka gaya tegangan sama dengan gaya yang disebabkan oleh massa cairan sebagai berat itu sendiri. Gaya berat cairan = m.g. Pada grafiik pengaruh surfaktan dapat dilihat pada konsentrasi surfaktan 10 tegangan permukaannya 31,5264, pada konsentrasi surfaktan 20 % tegangan permukaannya 30,0460, pada konsentrasi surfaktan 30 % tegangan permukaannya 25,8729. Sehingga dapat disimpulkan bahwa semakin besar konsentrasi surfaktan maka tegangan permukaannya akan semakin kecil. Pada grafik pengaruh suhu dapat dilihat pada suhu 66 C tegangan permukaannya 14,7624, pada suhu 71 C tegangan permukaannya 9,9618, pada suhu 74 C tegangan permukaannya 9,4084. Sehingga dapat disimpulkan bahwa semakin tinggi suhu maka tegangan permukaan akan semakin kecil. Pada grafik pengaruh surfaktan tegangan permukaannya semakin kecil apabila konsentrasi surfaktannya besar, dikarenakan keberadaan zat terlarut dalam suatu cairan akan mempengaruhi tegangan permukaan. Penambahan zat terlarut akan meningkatkan viskositas sehingga tegangan permukaan akan bertambah besar. Tapi apabila zat yang ada dipermukaan
cairan membentuk lapisan monomolecular, maka akan menurunkan tegangan permukaan zat tersebut yang disebut dengan surfaktan. suhu Pada grafik pengaruh suhu, tegangan permukaan semakin kecil pada saat semakin tinggi. Karena suhu mempengaruhi tegangan permukaan, karena pada saat suhu meningkat, energy kinetic molekul juga meningkat, dan tegangan permukaan menurun. Prinsip dari percobaan ini yaitu menentukan tegangan permukaan dengan metode berat tetes, yang meliputi faktor-faktor suhu, surfaktan, dan zat terlarut dalam melakukan percobaan ini. Melihat perubahan tegangan permukaan dengan menggunakan suhu yang berbeda-beda, dan dengan surfaktan yang berbeda pula konsentrasinya. BAB 5 PENUTUP 5.1 Kesimpulan - Tegangan permukaan zat cair adalah kecendrungan permukaan zat cair untuk menegang, sehingga permukaannya seperti ditutup oleh suatu lapisan elastis. - Faktor-faktor yang mempengaruhi tegangan permukaan adalah suhu: tegangan suatu permukaan menurun dengan meningkatnya suhu, karena meningkatnya energy kinetic molekul; zat terlarut (solute): keberadaan zat terlarut mempengaruhi tegangan permukaan, penambahan zat terlarut akan meningkatkan viskositas larutan, sehingga tegangan permukaan akan bertambah besar; surfaktan: zat yang dapat mengaktifkan permukaan, karena cenderung untuk terkonsentrasi pada permukaan atau antar muka. - Aplikasi konsep tegangan permukaan dalam kehidupan sehari-hari antara lain, mencuci dengan air panas lebih mudah dan menghasilkan cucian yang lebih bersih, gelembung sabun atau air berbentuk bulat, dank klip tidak tenggelam dalam air. 5.2 Saran Sebaiknya dalam percobaan tegangan permukaan tidak hanya menggunakan metode berat tetes tetapi dengan metode yang lain misalnya metode cincin. DAFTAR PUSTAKA Atkins, P. W. 1994. Kimia Fisik edisi ke-4 jilid 1. Erlangga: Jakarta.
Giancoli, Douglas C. 2001. Fisika jilid 1. Erlangga: Jakarta. Hamid, Rimba. 2010. Penuntun Kimia Fisik. Universitas Hauoleo: Kendari