TEGANGAN MUKA

Konsentrasi zat terlarut dalam suatu larutan biner akan mempengaruhi sifat-sifat larutan termasuk tegangan muka dan absorbsi pada permukaan larutan. Zat terlarut yang penambahannya ke dalam larutan menaikkan tegangan permukaan mempunyai konsentrasi di permukaan yang lebih besar daripada di dalam larutan.

(Sukardjo, 1997)

Molekul-molekul yang terletak di dalam cairan di kelilingi oleh molekul-molekul lain sehingga mempunyai resultan gaya sama dengan nol. Sedangkan untuk benda yang berada di permukaan cairan, gaya tarik ke bawah tidak diimbangi dengan gaya tarik ke atas. Akibat dari gaya tarik ke bawah ini maka bila keadaan memungkinkan cairan akan cenderung mempunyai luas permukaan yang sekecil-kecilnya. Misalnya tetesan cairan akan membentuk bola, karena untuk suatu volume tertentu bentuk bola akan mempunyai luas permukaan yang sekecil-kecilnya, maka ada tegangan pada permukaan cairan yang disebut tegangan permukaan.

(Badger, W. Z., 1958)

Molekul-molekul cairan yang berada dibagian dalam fase cairan seluruhnya akan dikelilingi oleh molekul-molekul cairan dengan gaya tarik-menarik yang sama ke segala arah. Sehingga gaya resultan sama dengan nol. Lain halnya dengan nmolekkul-molekul cairan, sedang dibagian atas oleh molekul-molekul dalam fasa uap, sehingga gaya tarik ke bawah lebih besar dari gaya tarik ke atas.

Hal ini menimbulkan sifat kecenderungan untuk memperkecil luas permukaan. Besar gaya yang bekerja tegak lurus pada sebuah satuan panjang permukaan disebut tegangan muka (γ) yang dapat dinyatakan dengan satuan dyne per cm dalam sistem cgs. Karena cairan cenderung meminimumkan luas permukaannya, maka pengingkatan luas permukaan membutuhkan kinerja yang melawan tegangan muka.

Tegangan muka terdapat pada batas cairan dengan uap air jenuh di udara, dan juga antar permukaan cairan dengan cairan lain yang tidak bercampur.

(Tim Kimia Fisika, 2010)

Permukaan atau antar muka, dimana tegangan terjadi antara cairan dan gas jenuh dalam udara biasanya terjadi pada tekanan atmosfer. Tegangan muka terjadi antara permukaan cairan dengan cairan yang tidak bercampur dinamakan tegangan antar muka.

(Daniels, 1957)

Tegangan permukaan menurun dengan naiknya temperatur dan pada prakteknya tidak ditentukan oleh luas total, tekanan, dan volume. Tegangan permukaan hilang pada suhu titik

kritis. Koefisien suhu tegangan permukaan, dγ /dT penting untuk treatment permukaan secara termodinamika. Energi total per satuan luas VA mempunyai persamaan :

V A=γ ±dγ

dT

dimana γ = kerja yang dilakukan untuk memperluas permukaan 1 cm2 = energi bebas permukaan

± ¿−dγ

dT

=δA=entropi per luas permukaan

(Tony Bird, 1993)

Konsentrasi zat terlarut (solute) suatu larutan biner mempengaruhi sifat-sifat larutan termasuk tegangan muka dan absorbsi pada permukaan larutan. Telah diamati bahwa solut yang penambahannya ke dalam larutan menurunkan tegangan muka mempunyai konsentraasi di permukaan yang lebih kecil daripada di dalam larutan.

(Atkins, 1994)

Metode penentuan tegangan muka ada 4 macam, yaitu:

a. Metode Kenaikan KapilerBila pipa kapiler dimasukkan ke dalam cairan yang membasahi dinding, maka cairan

akan masuk ke dalam pipa karena adanya tegangan muka. Kenaikan cairan sampai pada suatu tinggi tertentu sehingga terjadi kesetimbangan antara gaya ke atas dan ke bawah. Gay ke bawah adalah π r2hdg, dimana :

h = tinggi permukaang = kecepatan gravitasi

d = berat jenisr = jari-jari kapiler

gaya ke atas adalah 2 πrγcosθ dengan γ adalah tegangan muka dan θ adalah sudut kontak. Pada kesimpulannya, gaya ke atas sama dengan gaya ke bawah.

2 πrγcosθ=π r2hdgSehingga jika diambil pendekatan θ = 0 (karena pada umumnya θ sangat kecil mendekati nol), didapatkan :

γ= rhdg2

Percobaan ini dilakukan dengan membandingkan cairan yang telah diketahui r-nya yaitu air. Jika persamaan terakhir itu diterapkan untuk cairan yang akan ditentukan tegangan mukannya dan diterapkan juga pada air, maka diperoleh persamaan yang siap digunakan dalam menentukan tegangan muka yaitu :

γ air

γ x

=r . hair . dair . g

r . hx . d x . g

¿hair . dair

hx . d x

maka,

γ x=hx. dx

hair. dair

γ air

b. Metode TetesBila cairan tepat akan menetes maka gaya tegangan permukaan = gaya yang

disebabkan oleh massa cairan sebagai gaya berat itu sendiri.

Gaya berat cairan = m . g Gaya tegangan muka = 2 π . r . γ

m . g=2 π . r . γγ= m. g2 π . r

Jika cairan yang diketahui γ-nya digunakan sebagai pembanding, maka diambil volume tertentu yang sama dan dihitung jumlah tetesan yang terjadi. Misal V = Volume; d =

berat jenis; m = massa 1 tetes zat cair; n = jumlah tetesan dalam volume V, maka m=V . dn

,

sehingga persamaannya menjadi :

γ= V . d .g2π . r . n

γ a

γ x

=V .da . g /2π . r .na

V .d x . g /2π . r .nx

γ x=d x . na

d a . nx

γ a

c. Metode Tekanan Maksimum Gelombang

Yaitu penentuan tegangan permukaan dari tekanan maksimum yang diperlakukan untuk mengeluarkan gelembung dari ujung pipa kapiler yang dicelupkan dalam air. Tekanan maksimum gelembung sebelum gas keluar = Tekanan permukaanGaya yang menekan ke luar = 2 πrγGaya yang menekan permukaan = 2 πhrdg

2 πrγ+2πhrdg=ρmax . π r22 πr ( γ+hdg )=ρmax . π r2γ +hdg=12

ρmax . rγ=12

r ρmax−hdg

d. Metode Cincin du Nuoy

Pada sistem ideal, bila cincin berada pada permukaan cairan, maka untuk melepaskan cincin dari permukaan diperlukan suatu gaya permukaan besarnya = 4 πRγ . Sudut kontak θ = 0.Gaya pada permukaan luar = 2 πRγ

Gaya pada permukaan dalam = 2 πrγGaya ke atas = fFGaya ke bawah = 2 πrγ+2πRγ

(Tim Kimia Fisik, 2004)

Metode penentuan tegangan muka:

1. Metode Kenaikan KapilerBila suatu pipa kapiler ke dalam cairan yang membasahi dinding maka cairan akan

naik ke dalam kapiler karena adanya tegangan muka.Kenaikan cairan sampai pada suhu tinggi tertentu sehingga terjadi kesetimbangan

antar gaya ke atas dan ke bawah.Gaya ke bawah :

F=π .r 2 . h . ρ. gdimana h = Tinggi Permukaan

g = Kecepatan Gravitasiρ = Berat jenisr = jejari kapiler

Gaya ke atas : F=2 π . r . γ . cosθ

dimana γ = Tegangan mukaθ = Sudut Kontak

Pada kesetimbangan gaya ke bawah sama dengan gaya ke atas (dari persamaan 1 dan 2)

2 π . r . γ . cosθ=π .r2 . h . ρ . gUntuk air dan kebanyakan cairan oragnik umumnya θ → 0 atau dapat dianggap batas

lapisan paralel dengan dinding kapiler, sehingga sehingga harga cos θ = 1, maka menjadi :

2 π . r . γ=π .r2 . h . ρ . g

γ=12

r . h . ρ. g

Percobaan dilakukan dengan membandingkan tegangan muka suatu cairan dengan tegangan muka cairan yang telah diketahui, misalnya air. Maka persamaan terakhirnya adalah :

γ air

γ x

=r .hair . ρair

g2

r . hx . ρ xg2

=hair . ρair

hx . ρx

γ x=hx. ρx

hair. ρair

γ air

(Tim Kimia Fisika I, 2012)

2. Metode TetesBila cairan tepat akan menetes, maka gaya tegangan muka = gaya yang disebabkan

oleh massa cairan sebagai gaya berat itu sendiri. Metode ini sebenarnya masih harus dimasukkan faktor koreksi, karena tetesan yang jatuh tidak mewakili tegangan muka keseluruhan cairan.

(Shoemaker, et al., 1989)Dalam hal ini, faktor koreksi diabaikan

Gaya berat cairan = mGaya tegangan muka = 2 π . r . y

dimana m = massa tetesan cairan secara ideal, maka

γ=m. g2π . r

Diambil volume tertentu yang sama dan dihitung jumlah tetesan yang terjadi, misal volume = V (jika ρ = berat jenis; m = massa 1 tetes zat cair; n = jumlah tetes untuk volume V ml) maka :

m=Vρn

Dengan demikian persamaan menjadi :

γ= V . ρ .g2 π . r . n

Dalam percobaan ini, tegangan muka suatu cairan juga akan ditentukan dengan membandingkannya dengan cairan yang telah diketahui tegangan mukanya, yaitu air.

γ a

γ x

=V . ρ. g/ (2 π . r .na)V . ρ x . g /(2 π .r . nx)

γ a

γ x

=ρa/na

ρx /nx

(Tim Kimia Fisika I, 2012)

3. Metode CincinDengan metode ini, tegangan permukaan dapat ditentukan dengan cepat dengan

hanya menggunakan sedikit cairan. Alatnya dikenal dengan nama Tensiometer Dultog yang berupa cincin kawat Pt yang dipasang pada salah satu lengan timbangan. Cincin ini dimasukkan ke dalam cairan yang akan diselidiki tegangan mukanya dengan menggunakan kawat. Lengan lain dari timbangan diberi gaya sehingga cincin terangkat di permukaan cairan.

4. Metode TekananMaksimum gelembung dasarnya adalah bahwa teganganmuka sama dengan tegangan maksimum dikurangi gaya yang menekan gas keluar.

(Daniel, F., 1961)

Referensi:Badger, W. Z and Bachero J. F.. 1958. Introduction to Chemical Engineering Internasional

Student Edition. Tokyo : Mc. Graw Hill Book coBird, Tony. 1993. Kimia Fisika untuk Universitas. Jakarta : GramediaDaniels, F.. 1961. Eksperimental Physical Chemistry 6th edition. Tokyo : Mc Graw Hill Book coFarrington, Daniels. 1957. Experimental of Physical Chemistry. Tokyo : KogakushaAtkins, P. W.. 1994. Kimia Fisika jilid 1 edisi IV. Jakarta : ErlanggaSheomaker, D. P., et al.. 1989. Experiment in Physical Chemistry 5th edition. New York : Mc

Graw Hill Book coSeokardjo. 1990. Kimia Fisika. Jakarta : PT. Bineka CiptaTim Kimia Fisika I. 2004. Petunjuk Praktikum Kimia Fisika I. Surakarta : FMIPA UNSTim Kimia Fisika I. 2010. Petunjuk Praktikum Kimia Fisika I. Surakarta : FMIPA UNSTim Kimia Fisika I. 2012. Petunjuk Praktikum Kimia Fisika I. Surakarta : FMIPA UNS