Tegangan Permukaan PDF
-
Upload
akbar-saputra-m -
Category
Documents
-
view
1.178 -
download
181
description
Transcript of Tegangan Permukaan PDF
-
LAPORAN RESMI
PRAKTIKUM KIMIA FISIKA
TEGANGAN PERMUKAAN
KELOMPOK A - 4 :
Setiawan Limantoro 6103011071
Felisia Puspitaningsih 6103011086
PROGRAM STUDI TEKNOLOGI PANGAN
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
UNIVERSITAS KATOLIK WIDYA MANDALA SURABAYA
2012
-
I. TUJUAN
Menentukan tegangan permukaan cairan secara relative dengan air sebagai zat pembanding
dan menentukan pengaruh konsentrasi zat terlarut terhadap tegangan permukaan
II. DASAR TEORI
Menurut Glasstone (1961), tegangan permukaan merupakan besarnya gaya yang bekerja tegak
lurus per satuan panjang permukaan. Volume per unit molekul dalam fase uap lebih kecil daripada
fase cair, sehingga zat cair berusaha memperkecil luas permukaan, yaitu dengan menarik molekul-
molekul di permukaan cairan lebih tertarik ke dalam cairan sehingga mengakibatkan tegangan
permukaan.
Berikut ini adalah tabel tegangan permukaan cairan di berbagai suhu dalam dyne/cm
Zat cair yang
bersentuhan dengan
udara
Suhu (oC)
Tegangan Permukaan
(mN/m = dyn/cm)
Air 0 75,60
Air 20 72,80
Air 25 72,20
Air 60 66,20
Air 80 62,60
Air 100 58,90
(http://dani-sains.blogspot.com/2010/03/tegangan-permukaan.html)
Terdapat 4 metode untuk menentukan tegangan permukaan cairan, yaitu:
Metode kenaikan kapiler (capillary-rise method)
Metode ini diadasarkan pada kenyataan bahwa kebanyakan cairan dalam pipa kapiler
mempunyai permukaan lebih tinggi daripada permukaan di luar pipa. Metode ini dilakukan dengan
cara membenamkan kapiler ke dalam larutan. Tinggi dimana mencapai solusi di dalam kapiler
berhubungan dengan tekanan pada permukaan. (Sukardjo, 2002).
Metode cincin (Du-Nouy method)
Metode ini merupakan metode tradisional untuk menghitung tegangan permukaan. Metode
cincin Du-Nouy bisa digunakan untuk mengukur tegangan permukaan ataupun tegangan antar
muka. Prinsip dari metode ini adalah gaya yang diperlukan untuk memisahkan suatu cincin Pt,
yang dimasukkan dalam cairan yang diselidiki, dari permukaan cairan diukur. Gaya yang
-
diperlukan untuk melepaskan cincin sebanding dengan tegangan permukaan atau tegangan antar
muka dari cairan tersebut (Sukardjo, 2002).
Metode tetes (drop-weight method)
Sebuah metode untuk menentukan tegangan permukaan sebagai fungsi antarmuka. Cairan dari
konsentrasi tertentu akan dipompa ke dalam cairan yang lain dan waktu yang berbeda saat tetes
dihasilkan diukur (Daniels, 1956).
Tekanan maksimal gelembung (bubble-pressure method)
Sebuah metode universal terutama cocok untuk memeriksa tekanan pada permukaan atas
interval waktu panjang. Sebuah vertikal sepiring dikenal perimeter terlampir untuk keseimbangan,
dan memaksa karena pembasahan diukur (Daniels, 1956).
Kenaikan Kapiler
Dalam penentuan tegangan permukaan, cara yang paling sering digunakan adalah metode
kenaikan kapilaritas. Kapilaritas adalah gejala naik atau turunnya zat cair dalam tabung kapiler
yang dimasukkan sebagian ke dalam zat cair karena ada pengaruh adhesi dan kohesi. Kohesi adalah
gaya tarik-menarik antar molekul yang sama jenisnya. Gaya kohesi yang kuat pada permukaan
merupakan tegangan permukaan. Ketika gaya tarik-menarik terjadi antar molekul yang berbeda
disebut gaya adhesi. Gaya adhesi terjadi antara molekul air dan dinding pada pipa kaca yang
menyebabkan kenaikan cairan ke atas.
Menurut Sukardjo (2002), bila pipa kapiler dengan jari-jari r dimasukkan dalam cairan yang
membasahi gelas. Dengan membasahi dinding bagian dalam, zat cair ini naik, kenaikan ini
disebabkan oleh gaya akibat adanya tegangan permukaan. Cairan akan naik sampai tinggi tertentu,
sehingga terjadi keseimbangan gaya ke atas dan ke bawah.
Gambar Penetapan dengan cara Kenaikan kapiler (Sukardjo,2002)
-
Apabila cairan sudut kontak antara cairan dan dinding tabung kurang dari 900, cairan dikatakan
membasahi permukaan dan cairan akan membentuk miniskus cekung (concave). Jika sudutnya 900
miniskus datar, jika sudut kontaknya lebih dari 900
maka akan membentuk miniskus cembung
(convex). Jika gaya adhesi antara cairan dan materi dinding kapiler dinding lebih lemah daripada
kohesi cairan maka cairan dalam pipa akan menarik diri dan menyebabkan permukaannya
melengkung dan mempunyai tekanan tinggi dibagian bawah dan menyamakan tekanan pada
kedalaman yang sama diseluruh bagian cairan. Hal ini mengakibatkan penurunan kapiler (Atkins,
1999)
F1 = 2r cos
Keterangan:
F1 = gaya ke atas
= tegangan permukaan
r = jari-jari kapiler
= sudut kontak
Pada keseimbangan, gaya ke atas dan ke bawah setara, sehingga :
2.r.. cos = .r2..h.g = (.h.g.r) / 2 cos
Menurut Daniels (1956), untuk sebagian besar cairan, termasuk air, sudut kontaknya sangat kecil,
mendekati 0, cos = 1 sehingga
= .h.g.r
Dalam percobaan ini dilakukan dengan membandingkan cairan yang diketahui (air) dengan
cairan yang tidak diketahui tegangan permukaannya (sirup).
x = ( hx . x . air) / (hair . air)
Keterangan:
hx = kenaikan zat x (mL)
x = berat jenis zat x (g/mL)
x = tegangan permukaan zat x (dyne/cm)
air = tegangan permukaan zat cair (dyne/cm)
hair = kenaikan air (mL)
air = berat jenis air (g/mL)
Jangka Sorong
-
Gambar 1 : 2.bp.blogspot.com
Cara membaca jangka sorong
Jangka sorong biasanya digunakan untuk mengukur diameter suatu benda. Jika jangka
sorongnya mempunyai ekor, maka ekor tersebut dapat digunakan untuk mengukur kedalaman.
Jangka sorong mempunyai 2 skala yaitu skala utama dan skala nonius. Jangka sorong memiliki
ketelitian hingga 0.1mm=0.01 cm.
Cara membaca diameternya (X):
X= Skala utama + Skala nonius
Ket:
X= diameter benda yang diukur (cm)
Dalam membaca nilai di skala utama lihatlah angka sebelum/sama dengan angka 0 yang
terdapat di skala nonius. Angka 1 di skala utama bernilai 1 cm jadi garis-garis sebelum angka satu
masing-masing bernilai 0.1 cm.
Dalam membaca nilai di skala nonius lihatlah garis di skala nonius yang berhimpit dengan garis
di skala utama maka garis tersebut adalah nilai skala nonius. Setiap garis diskala nonius bernilai
0.01 cm. Jika di skala nonius terdapat angka 1 maka nilainya 0.01 cm dan jika diantara angka 0 dan
1 ada sebuah garis, maka nilai garis itu 0.005 cm.
Contoh 1:
Gambar 2. (sumber gambar: noor-ridhwan.blogspot.com)
-
X = skala utama + skala nonius
Skala utama= 2 cm (lihat angka diskala utama sebelum angka 0 di skala nonius)
Skala nonius= 0.06 cm (lihat garis diskala nonius yang berhimpit dengan skala utama)
X= 2 cm + 0.06 cm
= 2.06 cm
contoh 2:
lihat gambar 3 dibawah ini!
gambar 3 (Sumber gambar: adiwarsito.wordpress.com)
X = skala utama + skala nonius
Skala utama= 5.3 cm (lihat angka diskala utama sebelum angka 0 di skala nonius)
Skala nonius= 0.05 cm (lihat garis diskala nonius yang berhimpit dengan skala utama)
X= 5.3 cm + 0.05 cm
= 5.35 cm
Yang diatas adalah jangka sorong manual, terdapat juga jangka sorong digital dengan display
digital perhitungannya sehingga kita tidak perlu lagi menghitungnya, cukup dengan menggesernya
sesuai dengan diameternya.
Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Tegangan Permukaan
1. Suhu
Kita bisa menurunkan tegangan permukaan dengan cara menggunakan air panas. Makin tinggi
suhu air, maka baik karena semakin tinggi suhu air, semakin kecil tegangan permukaan (agnes-
sahabat.blogspot.com).
2. Konsentrasi zat terlarut
Telah diamati bahwa solut yang ditambahkan kedalam larutan dapat menurunkan tegangan
permukaan, karena mempunyai konsentrasi dipermukaan yang lebih besar daripada didalam larutan.
Sebaliknya solut yang penambahannya kedalam larutan dapat menaikkan tegangan muka
mempunyai konsentrasi dipermukaan yang lebih kecil daripada didalam larutan (Moore, 1962).
3. Massa jenis zat
Semakin besar masa jenis zat maka semakin besar pula konsentrasi zat terlarut dan semakin
kecil tegangan permukaan zat tersebut.
-
III. ALAT DAN BAHAN
Alat :
Pipet ukur 0,1 mL
Beker gelas 100 mL
Stopwatch
Labu takar 50 mL
Corong gelas
Pipet volume 5 mL
Pipet volume 15 mL
Pipet volume 25 mL
Piknometer
Waterbath
Timbangan analitis
Thermometer
Jangka sorong
Bulb
Bahan :
Sirup konsentrasi 10%, 30% dan 50%
Akuades
Es batu
IV. CARA KERJA
Penentuan densitas masing masing jenis cairan yang akan dianalisis menggunakan piknometer
(akuades, sirup 10%, sirup 30%, dan sirup 50%)
(*)Pengisian beker gelas 100 mL dengan 25 mL akuades
Pengisian pipet ukur 0,1 mL dengan akuades (menggunakan bantuan bulb) hingga tepat pada
garis batas
Pemasukkan pipet ukur 0,1 mL yang sudah terisi akuades ke dalam beker gelas yang sudah
berisi 25 mL akuades
Akuades dalam pipet ukur tersebut akan turun sampai pada batas tertentu
-
Pengukuran tinggi permukaan akuades pada pipet ukur dan pada beker gelas (menggunakan
jangka sorong)
Hitung selisih tingginya sebagai h
Pengulangan 3x
Penggantian akuades dengan sirup dengan konsentrasi 10%, 30% dan 50%
(Ulangi percobaan di atas (*) pada masing-masing konsentrasi sebanyak 3x)
Penentuan Densitas Zat
Penimbangan piknometer kosong (bersih dan kering) secara analitis
Pengisisan piknometer menggunakan zat yang hendak di ukur densitasnya sebanyak 10 mL
Diamkan pada suhu 20C ( 2 menit)
Penimbangan kembali piknometer yang berizi zat tersebut
Hitung densitas menggunakan rumus
Pembuatan Sirup Konsentrasi 10%, 30% dan 50%
Pengambilan sirup sebanyak 5 mL untuk konsentrasi 10%, 15 mL untuk konsentrasi 30% dan
25 mL untuk konsentrasi 50%
Pemasukan sirup tersebut dalam labu takar 50 mL
Penambahan akuades hingga tepat 50 mL
Homogenkan
V. HASIL PENGAMATAN DAN PERHITUNGAN
-
DENSITAS
Akuades Sirup 10% Sirup 30% Sirup 50%
Piknometer kosong (g) 12,8720 16,2447 11,5958 11,8492
Piknometer + zat (g) 22,6829 26,3326 22,5650 23,6488
Volume (mL) 10 10 10 10
Berat zat (g) 9,8109 10,0879 10,9692 11,7996
g/cm3 (suhu 20C) 0,9811 1,0088 1,0969 1,1799
g/cm3 (suhu ruang 33C) 0,9948 1,0229 1,1122 1,1964
Contoh Perhitungan Densitas (Suhu 20C)
Akuades
Contoh Perhitungan Densitas (Suhu ruang 33C)
Interpolasi Pada suhu 33C :
Sirup 10%
Sirup 30%
Sirup 50%
-
Tegangan Permukaan
SAMPEL h PIPET
(cm)
h BEKER
(cm)
SELISIH
(cm)
RATA-
RATA h
(cm)
TEGANGAN PERMUKAAN
(dyne/cm)
Densitas Suhu
20C
Densitas Suhu
ruang 33C
Akuades
4,646 1,244 3,402
3,392
71,46
(hasil interpolasi
pada suhu 32C)
71,46
(hasil interpolasi
pada suhu 32C)
4,682 1,258 3,424
4,616 1,266 3,35
Sirup 10%
4,430 1,558 2,872
2,9327 63,53 63,53 4,638 1,608 3,03
4,380 1,484 2,896
Sirup 30%
4,244 1,582 2,662
2,76 65,01 65,01 4,370 1,530 2,84
4,188 1,410 2,778
Sirup 50%
3,850 1,320 1,73
2,596 65,77 65,77 3,800 1,246 2,554
3,970 1,266 2,704
Contoh Perhitungan Tegangan Permukaan
Suhu akuades = 32C
Suhu ruang = 33C
Interpolasi Pada suhu 32C :
Menggunakan Densitas pada suhu 20C
Sirup 10%
Sirup 30%
-
Sirup 50%
Menggunakan Densitas pada suhu ruang 33C
Sirup 10%
Sirup 30%
Sirup 50%
VI. PEMBAHASAN
Dalam percobaan ini larutan yang dipakai adalah larutan sirup dengan konsentrasi tertentu yaitu
10%, 30%, 50%. Terdapat pula sampel 100% air murni (aquades) yang digunakan sebagai
pembanding. Sebelum dilakukan percobaan untuk mengukur tegangan permukaan, harus ditentukan
terlebih dahulu densitas dari sampel yang dipakai dalam percobaan yaitu air dan sirup dengan
konsentrasi 10%, 30% dan 50% dengan menggunakan piknometer. Saat menggunakan piknometer,
larutan yang ditentukan densitasnya harus dijaga agar suhunya tetap 20oC sebelum ditimbang
analitis, hal tersebut karena prinsip kerja dari piknometer yaitu 10 mL larutan 20oC, suhu
mempengaruhi volume larutan. Kemudian setelah didapatkan berat analitis dari larutan, maka akan
diperoleh densitas dengan rumus volume
massa , untuk volume = 10 mL. Dari hasil perhitungan,
densitas air, sirup 10%, 30%, dan 50% berturut-turut adalah 0,9811 g/cm3, 1,0088 g/cm
3, 1,0969
g/cm3, 1,1799 g/cm
3. Hasil tersebut sesuai dengan teori dimana teori menyatakan semakin banyak
konsentrasi zat terlarut maka semakin tinggi pula densitasnya. Karena konsentrasi sirup yang
semakin tinggi maka semakin banyak jumlah molekul dalam larutan sehingga larutan akan semakin
rapat (densitasnya meningkat).
Setelah densitas telah ditentukan, selanjutnya adalah membuat larutan sirup konsentrasi 10%,
30% dan 50%. Untuk menghitung banyaknya sirup yang ditambahkan pada masing-masing
konsentrasi digunakan rumus totalv
sirupv% , dengan volume total adalah 50 mL karena larutan
sirup yang akan dibuat untuk masing-masing konsentrasi adalah 5 mL untuk sirup konsentrasi 10%,
15 mL untuk sirup konsentrasi 30% dan 25 mL untuk sirup konsentrasi 50%. Kemudian di
homogenkan dengan akuades pada labu takar 50 mL. Larutan yang telah dibuat dan juga akuades
masing-masing dituang ke gelas beker yang terpisah sebanyak 25 mL. Setelah itu dilakukan
pengukuran tegangan permukaan untuk masing-masing larutan maupun akuades.
-
Pada percobaan, tegangan permukaan zat diukur dengan menggunakan metode kenaikan
kapiler. Kapilaritas merupakan gejala naik atau turunnya zat cair () dalam tabung kapiler yang
dimasukkan ke dalam cairan yang membasahi dinding maka cairan akan naik ke dalam kapiler
karena adanya tegangan permukaan. Tegangan permukaan ini terjadi karena molekul berkohesi
sangat kuat dengan molekul lain pada permukaan.
Kohesi adalah gaya tarik-menarik antar molekul yang sama jenisnya. Gaya kohesi yang kuat
pada permukaan merupakan tegangan permukaan. Ketika gaya tarik-menarik terjadi antar molekul
yang berbeda disebut gaya adhesi. Gaya adhesi terjadi antara molekul air dan dinding pada pipa
kaca yang menyebabkan kenaikan cairan ke atas.
Pengukuran tegangan permukaan dilakukan dengan meletakkan pipa kapiler (pipet ukur 0,1
mL) pada beker yang telah berisi akuades atau sirup dengan berbagai konsentrasi. Pipa kapiler
kemudian diberi tekanan dengan menggunakan bulb sehingga cairan naik sampai batas (skala 0).
Tekanan kemudian dilepaskan (bulb dilepas) sehingga permukaan cairan pada pipa kapiler akan
turun sampai ketinggian tertentu. Kemudian ketinggian cairan pada pipa kapiler serta ketinggian
cairan pada beker gelas diukur menggunakan jangka sorong. Selisih antara ketinggian cairan pada
pipa kapiler dan pada beker gelas adalah h.
Pengukuran tinggi cairan dalam pipa kapiler maupun tinggi cairan dalam beker glass diukur
dengan menggunakan jangka sorong. Tinggi permukaan cairan dalam kapiler dan beker glass,
diukur dengan bagian depth bar (mendorong bagian slider sehingga tinggi dept bar sama dengan
tinggi cairan. Setelah tinggi telah sama maka clamp screw diputar agar slider tidak dapat bergerak
lagi. Kemudian skala dibaca.
Pada data percobaan, tinggi cairan dalam kapiler selalu lebih besar dari tinggi cairan dalam
beker glass. Hal tersebut dipengaruhi oleh diameter wadah. Meskipun pada kapiler volumenya lebih
kecil dari beker glass, namun karena diameter wadah dari kapiler lebih kecil dari beker maka tinggi
cairan didalamnya juga lebih besar.
Faktor-faktor yang dapat mempengaruhi tegangan permukaan,antara lain:
Suhu
Suhu merupakan salah satu faktor yang mempengaruhi tegangan permukaan. Pada saat
percobaan, suhu akuades adalah 32oC. Menurut teori hanya didapat tegangan permukaan akuades
pada suhu 40oC dan 30C yang besarnya adalah 70,1 dyne/cm dan 71,8 dyne/cm. Semakin tinggi
suhu maka semakin rendah tegangan permukaan (agnes-sahabat.blogspot.com). Untuk memperoleh
tegangan permukaan akuades pada suhu 32oC maka digunakan teknik interpolasi. Sedangkan untuk
perhitungan tegangan permukaan sirup digunakan rumus airair
airxx
xh
h
, x adalah tegangan
permukaan sirup yang dicari, xh adalah selisih tinggi cairan (sirup) dalam kapiler dan cairan dalam
-
beker glass, x adalah masa jenis sirup, air adalah tegangan permukaan air 32oC yang didapat dari
interpolasi, airh adalah selisih tinggi cairan (akuades) dalam kapiler dan cairan dalam beker glass,
air adalah masa jenis air yang didapat dari pengukuran dengan piknometer.
Massa jenis zat
Masa jenis zat juga dapat mempengaruhi tegangan permukaan ( x ). Semakin besar masa jenis
zat maka semakin besar pula konsentrasi zat terlarut dan semakin kecil tegangan permukaan zat
tersebut.
Berdasarkan hasil percobaan dapat dilihat bahwa semakin tinggi konsentrasi zat terlarut maka
akan semakin rendah rata-rata h nya. Hal tersebut sebanding dengan tinggi cairan dalam kapiler.
Semakin tinggi konsentrasi zat terlarut akan meningkatkan viskositas larutan dan menyebabkan
meningkatnya gaya kohesi antar molekul sirup sehingga gaya adhesi antara larutan dan dinding pipa
kapiler berkurang. Gaya adhesi yang berkurang menyebabkan cairan lebih mudah turun dalam pipa
kapiler. Nilai rata-rata h juga sebanding dengan tegangan permukaan zat serta berbanding terbalik
dengan konsentrasi zat terlarut. Semakin tinggi konsentrasi sirup maka semakin banyak pula zat
terlarut (gula) yang terkandung di dalamnya. Hal ini menyebabkan gugus hidrofilik (pada gula)
menjadi banyak dan terjadi ikatan hidrogen antara gugus -H pada air dan gugus -OH pada senyawa
gula. Ikatan ini mengakibatkan berkurangnya gaya tarik-menarik antar molekul air (polar) sehingga
tegangan permukaan dari larutan berkurang (Moore, 1962). Pada hasil percobaan,didapatkan bahwa
tegangan permukaan air ke sirup konsentrasi 30% dan 50% mengalami peningkatan. Hal ini tidak
sesuai dengan teori yang menyebutkan bahwa semakin tinggi konsentrasi maka tegangan
permukaan semakin rendah. Ketidaksesuaian ini mungkin disebabkan karena ketidaktelitian
praktikan dalam membaca skala pada jangka sorong dan kurang tepatnya konsentrasi larutan yang
dibuat dapat menyebabkan ketidaksesuaian hasil perhitungan tegangan permukaan.
VII. KESIMPULAN
Semakin tinggi konsentrasi sirup semakin tinggi pula densitasnya.
Faktor-faktor yang mempengaruhi tegangan permukaan adalah suhu, konsentrasi dan massa
jenis.
Semakin tinggi suhu maka tegangan maka semakin rendah tegangan permukaan.
Semakin besar masa jenis zat semakin kecil tegangan permukaan zat tersebut.
Tegangan permukaan air adalah 71,46 dyne/cm, tegangan permukaan sirup 10% adalah 63,53
dyne/cm, tegangan permukaan sirup 30% adalah 65,01 dyne/cm, dan tegangan permukaan sirup
50% adalah 65,77 dyne/cm
-
VIII. DAFTAR PUSTAKA
Atkins, P. W. 1999. Kimia Fisika jilid 1. Jakarta : Erlangga.
Daniels, F. & Robert A.A. 1955. Physical Chemistry. Japan : John Wiley & Son, Inc.
Glasstone, S. 1961. Textbook of Physical Chemistry 2ed. New York: D.Van Nostrand Company,
Inc.
Moore, W. 1962. Physical Chemistry 3rd. Englwood Clift : Prentice Hall. Inc.
Sukardjo. 2002. Kimia Fisika: Jakarta: PT Rineka Cipta.
http://agnes-sahabat.blogspot.com/2011/03/tegangan-permukaan.html
(http://dani-sains.blogspot.com/2010/03/tegangan-permukaan.html)