TEODAS TEGANGAN PERMUKAAN

andini

istilah permukaan biasanya dipakai bila membicarakan suatu antarmuka gas/padat atau

antarmuka gas/cair. Setiap permukaan adalah suatu antarmuka. Suatu permukaan meja membentuk

suatu antarmuka gas/padat dengan udara diatasnya, dan permukaan dari suatu tetes hujan membentuk

suatu antarmuka gas/cair (Martin , 2008).

Permukaan zat cair mempunyai sifat ingin meregang, sehingga permukaannya seolah- olah

ditutupi oleh suatu lapisan yang elastis. Hal ini disebabkan adanya gaya tarik menarik antara partikel

sejenis di dalam zat cair sampai ke permukaan.

Di dalam cairan, tiap molekul ditarik oleh molekul lain yang sejenis di dekatnya dengan gaya yang

sama kesegala arah. Pada permukaan cairan, tiap molekul ditarik oleh molekul sejenis didekatnya

dengan arah hanya kesamping dan kebawah, tetapi tidak ditarik oleh molekul diatasnya karena diatas

permukaan cairan berupa fase uap ( udara ) dengan jarak antara molekul sangat renggang. Adanya gaya

atau tarikan ke bawah menyebabkan permukaan cairan berkontraksi dan berada dalam keadaan tegang.

Tegangan ini disebut dengan tegangan permukaan.

Besarnya tegangan permukaan cairan bergantung pada gaya tarik antara molekul- molekulnya.

Ketika gaya tarik besar, seperti dengan H2O, tegangan permukaan besar. Sebaliknya, cairan seperti

bensin yang tersusun atas molekul- molekul non polar mempunyai tegangan permukaan yang kecil

karena tarikan antarmolekul lebih lemah.

Zat yang tegangan permukaannya rendah sangat mudah membasahi permukaan bagaimanapun

keadaan permukaannya. Pelarut hidrokarbon, misalnya nafta atau bensin, menyebar pada kaca maupun

permukaan berminyak dengan mudahnya, sebab tarikan sesama molekul hidrokarbon sangat lemah.

Hampir tidak ada usaha untuk memperluas permukaan cairan, akibatnya mereka mudah menyebar pada

permukaan apapun ( Brady, 1994 ).

Tegangan permukaan merupakan fenomena menarik yang terjadi pada zat cair (fluida) yang

berada dalam keadaan diam (statis). Contoh yang menarik tetes air cenderung berbentuk seperti balon

(yang merupakan gambaran luas minimum sebuah volum) dengan zat cair berada di tengahnya. Hal

yang sama terjadi pada jarum baja yang memiliki rapat massa lebih besar dari air tapi dapat

mengambang di permukaan zat cair. Fenomena ini terjadi karena selaput zat cair dalam kondisi tegang,

tegangan fluida ini bekerja paralel terhadap permukaan dan timbul dari adanya gaya tarik menarik

antara molekulnya (Mohtar,2008).

Dengan kata lain terdapat gaya kohesi pada molekul-molekul air di permukaan.Gaya kohesi ini

selalu berusaha untuk memperkecil luas permukaan zat air. Air yang berada dalam keadaan ini

dikatakan memiliki tegangan permukaan. (Soerya,2011).

Gaya kohesi pada molekul cairan membuat permukaannya tampak seperti selaput tipis. Gaya

total mengarah kebawah, cairan di permukaan memperkecil permukaannya dengan cara menyusut

sekuat mungkin (Lohat, 2009).

Permukaan adalah lapisan batas antar fase, selalu dalam keadaan tegang sehingga membuat

cairan memliki bentuk permukaan terkecil. Tegangan permukaan (Ƴ) yaitu besarnya gaya yang

diperlukan untuk memecah permukaan cairan atau gaya persatuan panjang pada permukaan yang

melawan ekspansi dari luar permukaan. Molekul pada permukaan suatu cairan kedalam rongga cairan

ditarik karena adanya gaya tarik bagian lain permukaan. Tarikan kedalam ini memungkinkan untuk

terbentuknya tetesan bulat, kenaikan air dalam ini kapiler dan gerak cairan melewati zat padat berpori.

Zat padat juga mempunyai tegangan permukaan, tapi lebih sukar untuk ditentukan. Kristal cenderung

akan membentuk bidang-bidang dengan tegangan permukaan rendah (Aberty,2000).

Mengitung tegangan permukaan dapat di hitung menggunakan :

1. Melalui kawat

Ƴ = F / 2L

2. Melalui pelat kaca

Ƴ = F / 2 ( p+t )

Keterangan : Ƴ = tegangan permukaan

F = gaya

p = panjang kaca

t = tebal kaca

L = panjang kawat (Martin , 2008).

Energi bebas permukaan adalah hasil kali antara tegangan permukaan dengan pertambahan

luas permukaan

f = Ƴ x 2L

Untuk memperluas permukaan suatu larutan bergantung pada zat terlarutnya :

1. Bila sifat zat terlarut cenderung mengumpul dipermukaan, maka tegangan permukaan akan

menurun

2. Bila zat terlarut cenderung menyebar didalam cairan, maka tegangan permukaan cenderung

naik (Bird,1993)

Faktor- Faktor Yang Mempengaruhi Tegangan Permukaan:

a. Jenis cairan

Pada umumnya cairan yang memiliki gaya tarik antara molekulnya besar, seperti

air, maka tegangan permukaannya juga besar. Sebaliknya pada cairan seperti bensin karena gaya tarik

antara molekulnya kecil, maka tegangan permukaannya juga kecil.

b. Suhu

Tegangan permukaan cairan turun bila suhu naik, karena dengan bertambahnya suhu molekul- molekul

cairan bergerak lebih cepat dan pengaruh interaksi antara molekul berkurang sehingga tegangan

permukaannya menurun.

c. Adanya zat terlarut

Adanya zat terlarut pada cairan dapat menaikkan atau menurunkan tegangan permukaan.

Untuk air adanya elektrolit anorganik dan non elektrolit tertentu seperti sukrosa dan gliserin menaikkan

tegangan permukaan. Sedangkan adanya zat- zat seperti sabun, detergen, dan alkohol adalah efektif

dalam menurunkan tegangan permukaan

( Yazid, 2005).

d. Surfaktan

(surface active agent) atau zat aktif permukaan adalah senyawa kimia yang jika terdapat pada

konsentrasi rendah dalam sitem, mempunyai sifat teradsorpsi pada permukaan antarmuka pada sistem

tersebut, yang molekul-molekulnya mempunyai dua ujung yang berbeda interaksi dengan air, yaitu

ujung kepala yang suku terhadap air dan ujung ekor yang tidak suka dengan air. Surfaktan mempunyai 2

gugus berlawanan yaitu gugus hidrofolik dan gugus hidrofobik. Surfaktan menurunkan tegangan

permukaan atau antarmuka air dengan mematahkan ikatan-ikatan hydrogen pada permukaan. Misel

adalah molekul-molekul surfaktan yang mulai berasosiasi karena penambahan surfaktan berikutnya,

pada suatu saat akan tercapai keadaan dimana permukaan-antarmuka sudah jenuh/tertutupi oleh

molekul surfaktan dan adsorpsi surfaktan kepermukaan-antarmuka tidak terjadi lagi. Konsentrasi Misel

Kritis (KMK) adalah konsentrasi dimana mulai terbentuk misel. (Muslimah,2012).

Metode Penentuan Tegangan Permukaan

1. Metode Cincin Du Nouy

Metode cincin du nouy merupakan metode yang paling baik digunakan karena lebih akurat dan cepat

dalam pengukuran tegangan permukaan deterjen, serum, suspensi, koloid dan lain- lain.

Gaya yang dibutuhkan untuk mengangkat cincin dari permukaan air dapat dihitung dari persamaan :

γ=βF 4RF

R = jari- jari rata- rata cincin F = gaya yang dibutuhkan untuk mengangkut cincin dari permukaan

(2.2)

(2.3)

β = faktor koreksi yang dihitung dengan persamaan berikut : 2 4b 1 F

(β−a) = π2 R2 4πR(ρ −ρ )+c 12

a = 0, 725 b = 0,09075 m-1det2 c= 0,04534–1,679(r/R) r = Jari- jari kawat yang digunakan untuk

membuat cincin R = jari- jari rata- rata lingkaran P1 = massa jenis cairan yang ada di bawah P2 =

massa jenis cairan yang berada di atas

Ketika mengukur tegangan permuakaan cairan- cairan, harus diperhatikan bahwa cairan yang ada

dibawah benar- benar membasahi cincin

Prinsipnya adalah gaya yang diperlukan untuk menarik cincin kawat platina yang dicelupkan pada

permukaan atau antarmuka adalah berbanding lurus dengan tegangan permukaan atau antarmuka

(Bird , 1987).

2. Metode Tekanan Gelembung Maksimum

Tegangan permukaan menyebabkan adanya perbedaan tekanan pada kedua sisi permukaan cairan yang

lengkung. Tekanan pada sisi yang cembung. Ketika pertama kali tekanan dikenakan, jari- jari gelembung

sangat besar. Sementara gelembung itu mengembang, jari- jarinya akan semakin kecil sampai nilai

minimum. Pada keadaan ini jari- jari gelembung sama dengan jari- jari tabung gelas. Bila tekanan terus

dinaikkan, jari- jari gelembung akan membesar kembali sampai akhirnya gelembung ini lepas dari tabung

gelas dan naik ke permukaan cairan, jelas bahwa tekanan maksimum diperoleh pada saat jari- jari

minimum. Tekanan maksimum ini bukan hanya disebabkan perbedaan tekanan pada kedua sisi

gelembung, tetapi juga disebabkan oleh adanya tekanan hidrostatik ( yang bergantung pada ketinggian

tabung gelas dalam cairan ). Jadi tekanan maksimum yang terbaca pada manometer adalah :

∆ρmaks =2γ+gh(ρ−ρ0) r

r = jari- jari tabung gelas h = jarak ujung tabung gelas dari permukaan cawan

(2.4)

ρ = Massa jenis cairan ρ0 =Massa jenis uap cair ( biasanya diabaikan karena ρ0 << ρ ) ( Bird, 1987)

Metode tekanan gelembung maksimum memiliki keakuratan di bawah 10 %, yang mana tidak

tergantung pada jarak kontak dan hanya merupakan sebuah pengetahuan dasar dari densitas suatu

cairan ( Jika menggunakan pipa ganda ) dan pengukurannya juga relatif cepat. Rata- rata sebuah

gelembung harganya sekitar 1/ sek (Adamson 1990).

3. Metode Kenaikan Kapiler

Metode ini didasarkan pada kenyataan bahwa bila sebatang pipa kapiler dimasukan kedalam cairan

maka permukaan cairan dalam pipa kapiler dapat mengalami kenaikan atau penurunan. Apabila cairan

membasahi bejana ( θ < 90 ) maka permukaan cairan akan naik. Sedangkan bila cairan tidak membasahi

bejana ( θ > 90 ) permukaan cairan akan turun. Peristiwa naik turunnya permukaan cairan dalam kapiler

ini disebut dengan kapilaritas.

Kenaikan atau penurunan cairan dalam kapiler disebabkan oleh adanya tegangan permukaan yang

bekerja pada permukaan cairan yang menyentuh dinding sepanjang keliling pipa. Akibat tegangan

permukaan ini pipa akan memberikan gaya reaksi pada permukaan cairan yang besarnya sama tapi

arahnya berlawanan ( Yazid, 2005 ).

Pada peristiwa terangkatnya cairan pada kolom pipa, besarnya gaya keatas akibat tegangan permukaan

diberikan persamaan :

F1 =2πrγcosθ (2.5)

F1 = Gaya ke atas akibat tegangan permukaan r = Jari- jari kapiler γ = tegangan permukaan θ = sudut

kontak

Kenaikan cairan tidak dapat berlangsung terus, karena pada permukaan cairan juga bekerja gaya akibat

berat cairan ( F2 ) yang arahnya ke bawah sebesar :

F2 = d V g (2.6)

KarenaV=πr2 h,maka: F2 =πr2 hdg (2.7)

d = rapatan cairan g = percepatan grafitasi h = kenaikan atau penurunan cairan dalam kapiler

Pada saat setimbang berlaku F1 dan F2 , sehingga diperoleh :

2πrγcosθ = πr2 hdg (2.8)

γ=dghr 2 cos θ (2.9)

Untuk cairan yang membasahi bejana seperti air θ ≈ 0, sehingga cos θ = 1. Persamaan menjadi :

γ=dghr (2.10)

Sedangkan untuk cairan yang tidak membasahi bejana seperti raksa θ = 140, sehingga cos θ = - 0,766

( berharga negatip). Akibatnya h memiliki harga negatip yang berarti cairan mengalami penurunan atau

ditekan dalam kapiler. Terjadi apabila gaya adhesi antara molekul cairan dan dinding kapiler lebih besar

daripada gaya kohesi antar molekul cairan.

4. Metode Lempengan Wilhelmy

Metode ini didasarkan pada gaya yang diperlukan untuk menarik pelat tipis dari permukaan cairan. Pelat

digantung pada salah satu lengan neraca dan dimasukkan kedalam cairan yang akan diselidiki. Besarnya

gaya tarik pada neraca yang digunakan untuk melepas pelat dari permukaan cairan dicatat. Pada saat

pelat terlepas berlaku hubungan :

F = W + 2 lγ (2.11)

Sehingga tegangan permukaan dapat dihitung sebagai :

γ = F −2lW (2.12) /

Dimana: γ =teganganpermukaan

F = gaya tarik yang dicatat W = berat lempeng ( pelat ) 1 = lebar lempeng 2 = faktor karena ada dua

permukaan pada lempeng

Dalam metode ini diandaikan sudut kontak θ = 00, dan pengaruh dari ujung- ujung lempeng dapat

diabaikan ( Yazid, 2005 ).

Pada metode ini, digunakan lempengan mika tipis atau kaca slide mikrosip yang digantung pada

neraca. Pengukuran dapat dilakukan dengan cara statistik ataupun dengan detasment yang secara

akurat diberikan pada persamaan ideal. Jika pengukurannya dilakukan dengan metode detasmen,

prosedurnya hampir sama dengan metode cincin Du Nouy, tetapi faktor koreksi hanya 0,1 % ( Adamson,

1990).

satu pelat/lempeng yang terbuat dari mika, gelas, atau foil platina yang ditempatkan vertikal

diatas permukaan cairan. Gaya yang dibutuhkan untuk menarik permukaan pelat tergantung pada

tegangan permukaan cairan.

F=2(l+t) Ƴ cos ɵ , ɵ = 0 cos ɵ =1

Maka Ƴ =F/2L , total pelat T diabaikan (T << L)

Keterangan : F = gaya

L = panjang pelat

Ƴ = tegangan permukaan

5.Metode berat tetes

Metode ini digunakan untuk mengukur tegangan permukaan udara-cairan dan antarmuka cair, yaitu

dengan mengukur berat tetesan yang jatuh (Soebagio ,2010).

Gejala kapiler adalah gejala yang disebabkan oleh gaya kohesi dari tegangan permukaan dan

gaya adhesi antara zat cair dan tabung kaca, Kohesi adalah gaya tarik menarik antara partikel partikel

yang sejenis. Kohesi dipengaruhi oleh kerapatan dan jarak antarpartikel dalam zat. Dengan demikian,

gaya kohesi zat padat lebih besar dibandingkan dengan zat cair dan gas. Gaya kohesi mengakibatkan dua

zat bila dicampurkan tidak akan saling melekat. Contoh peristiwa kohesi adalah : Tidak bercampurnya air

dengan minyak, tidak melekatnya air raksa pada dinding pipa kapiler, dan air pada daun talas.

Sedangkan Adhesi adalah gaya tarik menarik antara partikel partikel yang tidak sejenis. Gaya adhesi akan

mengakibatkan dua zat akan saling melekat bila dicampurkan. Contohnya : Bercampurnya air dengan

teh/kopi, melekatnya air pada dinding pipa kapiler, melekatnya tinta pada kertas, dll. (Soerya,2011).

Penerapan tegangan permukaan dalam kehidupan sehari-hari:

-mencuci dengan air panas jauh lebih bersih dibandingkan dengan air yang bersuhu normal

-antiseptik yang dipakai untuk mengobati luka,selain dapat mengobati luka juga dapat

membasahi seluruh luka (Zulfikar ,2008).

Alberty . 2000 . Element of Physical Chemistry. Me Milan.co. London

Bird , Toni . 1993 . Kimia Fisik Untuk Universitas . Jakarta : Gramedia

Lohat , Alexander . 2009 . Tegangan Permukaan. Available online at

http://www.gurumuda.com/tegangan-permukaan.html

Martin, A . 2008 Farmasi Fisik . Jakarta : UI Press . Jakarta

Mohtar , 2008 .Tegangan Permukaan . Available online at

http://mohtar.staff.uns.ac.id/files/2008/08/ tegangan - permukaan .doc

Muslimah, Eva . 2012 . Surfaktan . Available online at

http://www.slideshare.net/EvaMuslimahFarmasi/surfaktan

Soebagio, Boesro . 2010 . Kumpulan Bahan Kuliah Farmasi Fisik . bandung

Soerya . 2011 . Zat dan Wujud . Availble online at http://soerya.surabaya.go.id/AuP/e-

DU.KONTEN/edukasi.net/Fisika/Zat.Wujud/permukaan.html

Zulfikar, Ahmad . 2008 . Tegangan Permukaan Fluida Statis . Available online at

http://www.gudangmateri.com/2008/05/tegangan-permukaan-fluida-statis.html

repository.usu.ac.id/bitstream/

123456789/27672/.../Chapter%20II.pdf -----

untuk yang gak ada dapus tapi ada di teodas

dapetnya dari sini tp semua footnotenya ada di

jurnal kok tp gua gak bawa jurnal