LAPORAN PRAKTIKUM KIMIA FISIKA Tegangan Permukaan Disusun oleh: Wawan Gunawan 12012098 SEKOLAH TINGGI TEKNOLOGI INDUSTRI DAN FARMASI BOGOR 2013
TEGANGAN PERMUKAAN I. Tujuan Percobaan Mengenal dan mengidentifikasi sifat tegangan permukaan dengan air sebagai pembanding. II. Landasan teori Permukaan zat cair mempunyai sifat ingin merenggang, sehingga permukaannya seolah-olah ditutupi oleh suatu lapisan yang elastis. Hal ini disebabkan adanya gaya tarik-menarik antar partikel sejenis didalam zat cair sampai ke permukaan. Di dalam cairan, tiap molekul ditarik oleh molekul lain yang sejenis di dekatnya dengan gaya yang sama ke segala arah. Akibatnya tidak terdapat sisa (resultan) gaya yang bekerja pada masing-masing molekul. Adanya gaya atau tarikan kebawah menyebabkan permukaan cairan berkontraksi dan berada dalam keadaan tegang. tegangan ini disebut dengan tegangan permukaan (Herinaldi, 2004). Tegangan permukaan bervariasi antara berbagai cairan. Air memiliki tegangan permukaan yang tinggi dan merupakan agen pembasah yang buruk karena air membentuk droplet, misalnya tetesan air hujan pada kaca depan mobil. Permukaan air membentuk suatu lapisan yang cukup kuat sehingga beberapa serangga dapat berjalan diatasnya (Suminar, 2001). 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 adesi berlaku bahwa besar gaya kohesinya lebih kecil dari pada gaya adesinya dan pada zat yang non-adesi 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 2
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 cairan. 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 Ada beberapa metode penentuan tegangan muka diantaranya adalah metode kanaikan pipa kapiler, metode tekanan maksimum gelembung, metode tetes dan metode cincin. Metode kenaikan pipa kapiler merupakan metode bila suatu pipa kapiler dimasukkan kedalam cairan yang membasahi dinding maka cairan akan naik kedalam kapiler karena adanya tegangan muka. Kenaikan cairan sampai pada suhu tinggi tertentu sehingga terjadi keseimbangan antara gaya keatas dan kebawah Gaya kebawah : F =.r 2.h..g Dimana, h : tinggi muka. g : percepatan gravitasi. : berat jenis. r : jejari kapiler 3
Gaya keatas : F = 2..r..cos Dimana : adalah tegangan muka dan adalah sudut kontak. Pada kesetimbangan, gaya kebawah sama dengan gaya keatas maka : F = F 2..r..cos =.r 2.h..g untuk air dan kebanyakan cairan organik umumnya = 0 atau dapat dianggap batas lapisan pararel dengan kapiler, sehingga harga cos = 1 maka : = ½.r. h..g - Metode tersiometer Du-Nouy Metode cincin Du-Nouy bisa digunakan untuk 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). Air mempunyai tegangan permukaan dan biasa digunakan untuk pembersihan. Molekul air yang terdapat di dalam badan air akan dikelilingi dan ditarik oleh molekul air lainnya. Akan tetapi, pada permukaan air akan ditarik oleh molekul air yang terdapat di samping dan dibawahnya. Tegangan permukaan diciptakan molekul air pada permukaan yang ditarik ke dalam badan air. Tegangan ini menyebabkan air menjadi tetesan pada permukaan sehingga pembasahannya menjadi lambat dan menghambat proses pembersihan (Kartiningsih, 2006). 4
III. Alat dan Bahan meliputi pipa kapiler, Gelas beaker, erlenmeyer, gelas ukur, neraca digital, piknometer NaCl Etanol 96% Detergen Aquadest Termometer IV. Prosedur Kerja Percobaan ini dilakukan dengan menaruh pipa kapiler bagian ujung gelas piala yang sudah terisi larutan, kemudian amati kenaikan larutan pada pipa kapiler dan ukur menggunakan jangka sorong untukk setiap larutan uji. kemudian pipa kapiler diisi aquades smpai lebih tinggi sedikit dari tanda tertentu. V. Perhitungan Bobot Pikno kosong Bobot Pikno + Aquadest = 28.8 gr = 77,4 gr air = = 0.972 g/ml Bobot Pikno + Nacl = 77.3 g NaCl = = 0.97 g/ml Bobot pikno + Ethanol 96% = 67.8 g Ethanol = = 0.78 g/ml Bobot Piknoo +detergen = 78.0 g Detergen = = 0.984 g/ml Diameter Pipa Kapiler (d) = 0.104 cm Jari jari pipa kapiler( r ) = 0.052 cm H detergen = 1.233 H NaCl = 1.72 cm 5
H ethanol 96% = 1.94 cm H air = 2.33 cm NaCl 0.97 x 980 x 1.72 cm = 85.021664 = 2 = 42.5108 dyne / cm Ethanol.g.h = 0.78 x 980 x 1.94 cm = 77.11267 = 2 = 38.55633 dyne/cm Air.g.h = 0.972 x 980 x 2.33 = 115.412169 = 2 = 57.70608 dyne / cm Detergen.g.h = 0.984 x 980x1.233 = 61.8283 = 2 = 30.91417 dyne / cm VI. Pembahasan Tegangan permukaan adalah gaya atau tarikan kebawah yang menyebabkan permukaan cairan berkontraksi dengan benda dalam keadaan tegang. Hal ini disebabkan oleh gaya-gaya tarik yang tidak seimbang pada antar muka cairan. Gaya ini biasa segera diketahui pada kenaikan cairan biasa dalam pipa kapilerdan bentuk suatu tetesan kecil cairan. tegangan permukaan merupakan fenomena menarik yang terjadi pada zat cair (fluida) yang berada dalam keadaan diam (statis). 6
Besarnya tegangan permukaan dipengaruhi oleh beberapa faktor, seperti jenis cairan, suhu, dan, tekanan, massa jenis, konsentrasi zat terlarut, dan kerapatan. Jika cairan memiliki molekul besar seperti air, maka tegangan permukaannya juga besar. salah satu faktor yang mempengaruhi besarnya tegangan permukaan adalah massa jenis/ densitas (D), semakin besar densitas berarti semakin rapat muatan muatan atau partikel-partikel dari cairan tersebut. Kerapatan partikel ini menyebabkan makin besarnya gaya yang diperlukan untuk memecahkan permukaan cairan tersebut. Hal ini karena partikel yang rapat mempunyai gaya tarik menarik antar partikel yang kuat. Sebaliknya cairan yang mempunyai densitas kecil akan mempunyai tegangan permukaan yang kecil pula. Ada beberapa metoda penentuan tegangan muka, dalam praktikum ini digunakan metoda pipa kapiler, yaitu mengukur tegangan permukaan zat cair dan sudut kelengkungannya dengan memakai pipa berdiameter. Salah satu ujung pipa dicelupkan kedalam permukaan zat cair maka zat cair tersebut permukaannya akan naik sampai ketinggian tertentu. VII. Kesimpulan Berdasarkan hasil percobaan yang telah kami lakukan maka dapat disimpulkan bahwa tegangan permukaan pada air adalah 57.706 dyne/cm dan tegangan pada ethanol adalah 38.55 dyne/cm. Tegangan antarmuka suatu larutan yang tidak campur dipengaruhi dengan penambahan zat aktif. 7
VIII. Daftar Pustaka Arbiyanti, R., et al, 2008, Pengaruh Kondisi Operasi Reaksi Hidrogenasi Metil Laurat dengan Katalis Nikel untuk Pembuatan Surfaktan Oleokimia, Jurnal Teknologi, Edisi No. 3, Tahun XXII. Kartiningsih dan Rahmat D., Formulasi Sediaan Sabun Mandi Cair dari Jus Lidah Buaya (Aloe barbadensis Mill), Jurnal Ilmu Kefarmasian Indonesia, Vol 4 (2). Suminar, 2001, Prinsip-Prinsip Kimia Modern, Erlangga, Jakarta. Wahyuni IT., 2012, Laporan Kimia Fisika Penentuan Tegangan Permukaan, http://itatrie.blogspot.com/2012/10/laporan-kimia-fisika-penentuantegangan.html, diakses 17 Juni 2013. 8
9
10
11
12