LAPORAN AKHIR PRAKTIKUM FARMASI FISIKA II

TEGANGAN PERMUKAAN

NAMA : AYU APRILIANI

HARI/TANGGAL PRAKTIKUM : KAMIS, 23 APRIL 2015

ASISTEN :1. NOVIA EKA PUTRI

2. RIMBA T

LABORATORIUM FARMASI FISIKA

FAKULTAS FARMASI

UNIVERSITAS PADJADJARAN

JATINANGOR

2015

Abstrak

Tegangan permukaan adalah gaya yang diakibatkan oleh suatu benda yang

bekerja pada permukaan zat cair sepanjang permukaan yang menyentuh benda itu.

Tegangan permukaan zat cair adalah kecenderungan permukaan zat cair untuk

menegang, sehingga permukaannya seperti ditutupi oleh suatu lapisan elastis.

Tujuan dari praktikum ini mengkalibrasi alat penentu tegangan permukaan,

menentukan tegangan permukaan dan menghitung tegangan permukaan dengan

menggunakan alat tegangan permukaan. Metode yang digunakan dalam

praktikum ini adalah dengan penambahan surfaktan yaitu tween 80 pada zat uji

yaitu oleum olivarum. Tahapan praktikum tegangan permukaan yaitu alat

penentu tegangan permukaan dikalibrasi terlebih dahulu dengan menentukan titik

nolnya. Dituangkan zat cair uji ke dalam wadah yang cocok . Dicelupkan bagian

pelat kaca tepat pada permukaan zat uji yang telah ditambahkan surfaktan.

Diberikan beban sehingga pelat kaca lepas dari permukaan. Kemudian ditentukan

tegangan permukaan menggunakan rumus yang menggunakan pelat kaca. Didapat

hasil semakin banyak surfaktan ditambahkan pada zat uji , tegangan permukaan

cenderung semakin menurun.

Abstract

Surface tension is the force caused by an object that is working on the

surface of the liquid along the surface that touches it. Surface tension of the liquid

is a tendency to tighten the surface of the liquid, so that its surface is covered by

such an elastic layer. The purpose of this practicum is calibrates the instrument

determinant surface tension, determine surface tension and calculate the surface

tension using the tool surface tension. The method used in this practicum is the

addition of a surfactant is tween 80 on the substance test is olivarum oleum.

Stages practicum surface tension which is decisive tool surface tension calibrated

beforehand by determining the null point. Liquid test poured into a suitable

container. Dipped glass plate section right on the surface of substances test which

have been added surfactant. Given that the burden so that glass plate loose from

the surface. Then determined surface tension using a formula that uses a glass

plate. The result growing number addition of surfactant to the substance test,

surface tension tends to decrease.

I. Tujuan Percobaan

1. Mengkalibrasi alat penentu tegangan permukaan

2. Menentukan tegangan permukaan

3. Menghitung tegangan permukaan dengan enggunakan alat tegangan

permukaan.

II. Prinsip Percobaan

1. Tegangan permukaan

Tegangan permukaan adalah jumlah energi yang dibutuhkan untuk menarik atau

memperluas permukaan sebesar satu satuan luas (Chang, 2005)

Rumus Tegangan Permukaan:

γ = F/d

Ket:

γ = tegangan permukaan (N/m atay Dyne/cm)

d = panjag permukaan (m atau cm) (Kamajaya ,2007)

2. Adhesi dan Kohesi

Adhesi didefinisikan sebagai gaya tarik menarik antar partikel yang berbeda jenis.

Kohesi didefinisikan sebagai gaya tarik menarik antar partikel sejenis

(Febriyani,2014).

3. Konsentrasi Misel Kritis

Misel adalah kumpulan molekul berukuran koloid, walaupun tidak ada tetesan

lemak. Misel hanya terbentuk di atas konsentrasi misel kritis (CMC) dan di atas

temperatur Kraft (Atkins,1997)

III. Reaksi

-

IV. Teori Dasar

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 (Hamid, 2010).

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 (Hamid, 2010).

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 :

γ =

Dimana : γ = 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).

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 antarmuka cairan dan gas. Namun, tegangan yang mirip juga ada pada

antarmuka cairan-cairan, atau padatan dan gas. Tegangan semacam ini secara

umum disebut dengan tegangan antarmuka. Tarikan antarmolekul dalam dua fas

dan tegangan permukaan di antarmuka antara dua jenis partikel ini akan menurun

bila tempeartur menurun. Tegangan antarmuka juga bergantung pada struktur zat

yang terlibat. Molekul dalam cairan ditarik oleh molekul di sekitarnya secara

homogen ke segala arah. Namun, molekul di permukaan hanya ditarik ke dalam

oleh molekul yang di dalam dan dengan demikian luas permukaan cenderung

berkurang. Inilah asal mula teori tegangan permukaan. Bentuk tetesan keringat

maupun tetesan merkuri adalah akibat adanya tegangan permukaan. Cairan naik

dalam kapiler, fenomena kapiler, juga merupakan fenomena terkenal akibat

adanya tegangan permukaan. Semakin besar tarikan antar molekul cairan dan

kapilernya, semakin besar daya basah cairan. Bila gaya gravitasi pada cairan yang

naik dan tarikan antara cairan dan dinding kapiler menjadi berimbang, kenaikan

akan terhenti. Tegangan permukaan γ diungkapkan sebagai.

γ = rhdg/2 …. (7.10)

h adalah tinggi kenaikan cairan, r radius kapiler dan g percepatan gravitasi. Jadi,

tegangan permukaan dapat ditentukan dengan percobaan (Takeuchi, 2008).

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 :

1. Suhu

Tegangan permukaan menurun dengan meningkatnya suhu, karena meningkatnya

energy kinetik molekul

2. 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.

3. 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 (Giancoli,2001) .

Ada beberapa metode dalam melakukan tegangan permukaan :

1. 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

2. 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).

Berikut dua fenomena penting karena adanya tegangan permukaan:

1. Bentuk tetesan adalah bulat

Tetes cairan memilki bentuk hampir bulat, karena tegangan permukaan,

permukaan bebas dari cairan cenderung untuk mencapai luas permukaan

minimum. Karena bola memiliki luas permukaan minimum untuk volume

tertentu cairan, cairan mencoba mengadopsi bentuk bola. Contohnya adalah

tetesan merkuri atau tetesan air

2. Kapilaritas

Ketika salah satu ujung pipa kapiler dimasukkan ke dalam cairan yang membasahi

kaca, cairan naik ke dalam pipa kapiler sampai mencapai ketinggian tertentu

kemudian berhenti. Kenaikan cairan pada pipa disebabkan adanya tegangan

permukaan, yang mendorong cairan ke dalam pipa kapiler. Kenaikan cairan dalam

pipa kapiler sangat penting. Contoh peristiwa kapilaritas adalah naiknya minyak

ke dalam sumbu lampu minyak, tinta meningkat di dalam kertas, air di permukaan

bumi naik ke tanaman memlalui akar. ( Winarto, 2012).

V. Alat , Bahan dan Gambar Alat

Alat

1. Alat pengukur tegangan permukaaan

2. Batu Timbangan

3. Cawan Petri

4. Gelas Beaker

Bahan

1. Minyak Jarak ( Oleum Ricini)

2. Minyak Wijen (Ol. Sesami)

3. Natrium lauril sulfat

4. Oleum Olivarum (Olive oil)

5. Parafin Cair

6. Tween 80

Gambar Alat

Alat penentu Batu Timbangan Cawan petri

tegangan permukaan

Gelas Beker

VI. Prosedur

Alat penentuan tegangan permukaan dikalibrasi terlebih dahuu dengan

menentukan titik nolnya. Dituangkan zat cair uji ke dalam wadah yang cocok

(cawan petri/gelas beaker). Dicelupkan bagian kawat/kacapelat tepat pada

permukaan cairan. Diberikan beban sehingga kawat/pelat kaca lepas dari

permukaan. Kemudian ditentukan tegangan permukaannnya , untuk yang

menggunakan kawat menggunakan rumus γ =

, untuk yang menggunakan

pelat kaca γ =

VII. Data Pengamatan

No. Bahan uji

(ml)

Surfaktan

(ml)

Bobot beban

(mg)

Rata-rata

(gr)

ɣ

(dyne/cm)

1.

20

-

410

0,456 50,856 20 410

20 550

2.

20

0,1

400

0,453 50,480 20 550

20 410

3.

20

0,3

400

0,400 44,545 20 400

20 400

4.

20

0,5

400

0,396 44,174 20 390

20 400

5.

20

0,8

310

0,283 31,553 20 270

20 270

6.

20

1

240

0,240 26,727 20 240

20 240

Panjang kaca (p) = 4,1 cm

Tebal kaca (t) = 0,3 cm

Perhitungan

1.

dyne/cm

2.

3.

4.

5.

6.

VIII. Pembahasan

Pada praktikum kali ini bertujuan mengkalibrasi alat penentu tegangan

permukaan, menentukan tegangan permukaan dan menghitung tegangan

permukaan dengan menggunakan alat tegangan permukaan. Tegangan permukaan

adalah gaya yang diakibatkan oleh suatu benda yang bekerja pada permukaan zat

cair sepanjang permukaan yang menyentuh benda itu. Tegangan permukaan zat

cair adalah kecenderungan permukaan zat cair untuk menegang,sehingga

permukaannya seperti ditutupi oleh suatu lapisan elastis. Pada percobaan ini

melihat pengaruh penambahan surfaktan terhadap tegangan permukaan. Bahan

ujinya yaitu oleum olivarum sedangkan surfaktannya adalah Tween 80. Tween

adalah non ionik surfaktan dan emulsifier berasal dari polyethoxylated sorbitan

dan asam oleat, dan sering digunakan dalam makanan. Tween 80 merupakan

cairan,kuning kental larut dalam air.

Percobaan penentuan tegangan permukaan menggunakan pelat kaca.Dari

hasil percobaaan dengan semakin bertambahnya volume surfaktan yang

ditambahkan terhadap zat uji berpengaruh terhadap rata rata bobot beban yang ada

yaitu bobot bebannya semakin kecil. Penentuan tegangan permukaan

menggunakan rumus γ =

untuk yang menggunakan pelat kaca. Didapat

hasil yaitu tegangan permukaan semakin menurun seiring dengan bertambahnya

volume tween 80.

Surfaktan merupakan suatu molekul yang sekaligus memiliki gugus

hidrofilik dan gugus lipofilik sehingga dapat mempersatukan campuran yang

terdiri dari air dan minyak. Surfaktan adalah bahan aktif permukaan. Aktifitas

surfaktan diperoleh karena sifat ganda dari molekulnya. Molekul surfaktan

memiliki bagian polar yang suka akan air (hidrofilik) dan bagian non polar

(lipofilik). Bagian polar molekul surfaktan dapat bermuatan positif, negatif atau

netral. Sifat rangkap ini yang menyebabkan surfaktan dapat diadsorbsi pada antar

muka udara-air, minyak-air dan zat padat-air, membentuk lapisan tunggal dimana

gugus hidrofilik berada pada fase air dan rantai hidrokarbon ke udara, dalam

kontak dengan zat padat ataupun terendam dalam fase minyak. Umumnya bagian

non polar (lipofilik) adalah merupakan rantai alkil yang panjang, sementara

bagian yang polar (hidrofilik) mengandung gugus hidroksil.

Gugus hidrofilik pada surfaktan bersifat polar dan mudah bersenyawa

dengan air, sedangkan gugus lipofilik bersifat non polar dan mudah bersenyawa

dengan minyak. Tween 80 sebagai surfaktan akan memecahkan tegangan

permukaan pada minyak (Ol. Olivarum) zat nonpolar maka yang akan

menurunkan tegangan permukaan adalah gugus lipofiliknya yang bersifat

nonpolar.

Di dalam molekul surfaktan, salah satu gugus harus lebih dominan

jumlahnya. Bila gugus polarnya yang lebih dominan, maka molekul-molekul

surfaktan tersebut akan diabsorpsi lebih kuat oleh air dibandingkan dengan

minyak. Tween 80 gugus non polarnya(lipofilik) lebih dominan, maka molekul

molekul tween 80 diabsorpsi lebih kuat oleh minyak dibandingkan dengan air.

Gugus nonpolar biasanya terdiri dari persenyawaan hidrokarbon aromatik atau

kombinasinya, baik jenuh maupun tidak jenuh. Akibatnya tegangan permukaan

minyak menjadi lebih rendah sehingga mudah menyebar dan menjadi fase

kontinu. Ini berhubungan dengan prinsip like disolve like dimana suatu zat akan

lebih meyukai zat yang mempunyai sifat kimia yang sama. Inilah mengapa tween

80 dapat menurunkan tegangan permukaan pada oleum olivarum. Setelah

mencapai konsentrasi tertentu, tegangan permukaan akan konstan walaupun

konsentrasi surfaktan terus ditingkatkan. Bila Tween 80 ditambahkan melebihi

konsentrasi yang dibutuhkan untuk terjadinya tegangan permukaan ini maka

mengagregasi membentuk misel. Konsentrasi terbentuknya misel ini disebut

Critical Micelle Concentration (CMC). Tegangan permukaan akan menurun

hingga CMC tercapai. Setelah CMC tercapai, tegangan permukaan akan konstan

yang menunjukkan bahwa antar muka menjadi jenuh dan terbentuk misel yang

berada dalam keseimbangan dinamis dengan monomernya.

Surfaktan yaitu tween 80 menurunkan tegangan permukaan air dengan

mematahkan ikatan ikatan hydrogen pada permukaan zat uji yaitu oleum

olivarum. Hal ini dilakukan dengan menaruh kepala-kepala hidrofiliknya dari

tween 80 terentang menjauhi permukaan air. Contohnya pada 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) .

GRAFIK PENGARUH SURFAKTAN TERHADAP TEGANGAN PERMUKAAN

Dari grafik pengaruh surfaktan terhadap tegangan permukaan pada

percobaan ini menjelaskan dan membuktikan bahwa penambahan surfaktan yaitu

tween 80 pada zat uji yaitu oleum olivarum benar menurunkan tegangan

permukaannya . Hal ini sesuai dengan literatur yang menyatakan. Tween 80 dapat

menurunkan tegangan antarmuka antara obat dan mediumsekaligus membentuk

misel sehingga molekul obat akan terbawa oleh misel larut ke dalammedium.

Penggunaan surfaktan pada kadar yang lebih tinggi akan berkumpul membentuk

agregat yang disebut misel. Selain itu pada pemakaiannya dengan kadar tinggi

sampai Critical Micelle Concentration (CMC) surfaktan diasumsikan mampu

berinteraksi kompleks dengan obat tertentu selanjutnya dapat pula mempengaruhi

permeabilitas membran tempat absorbsi obat karena surfaktan dan

membranmengandung komponen penyusun yang sama (Martin, 1993).

Aplikasi Tegangan Permukaan dan Antarmuka dalam Bidang Farmasi

sangat banyak ,diantaranya:

1. Formulasi sediaan serbuk yang hidrofob

2. Menentukan jenis surfaktan untuk membuat emulsi

50,48

44,545 44,174

31,553 26,727

0

10

20

30

40

50

60

0,1 0,3 0,5 0,8 1

𝛄 (

tega

nga

n p

erm

uka

an)

Vol. surfaktan

pengaruh V surfaktan terhadap 𝛄 tegangan permukaan

ɣ (tegangan permukaan)

3. Meningkatkan stabilitas suspensi dan emulsi

4. Mengatasi sediaan obat yang berbusa

5. Adsorbsi obat pada saluran pencernaan

IX. Kesimpulan

1. Alat tegangan permukaan dikalibrasi dengan membuat harganya menjadi

nol.

2. Tegangan Permukaan dapat ditentukan dengan menggunakan alat

tegangan permukaan.

3. Menghitung tegangan permukaan menggunakan pelat kaca menggunakan

rumus kaca γ =

dengan F adalah gaya, p adalah panjang pelat kaca, t

adalah tebal pelat pelat kaca.

Daftar Pustaka

Atkins, P. W. 1994. Kimia Fisik edisi ke-4 jilid 1. Jakarta: Erlangga.

Atkins, P. W. 1997. Kimia Fisika 2. Jakarta: Erlangga.

Chang, Raymond. 2005. Kimia Dasar :Konsep-konsep Inti Jilid I. Jakarta:

Erlangga.

Febriyani, Eka. 2014. Adhesi-Kohesi. Available at http://www.informasi-

pendidikan.com/2014/12/kohesi-dan-adhesi.html?m=1 [Diakses pada

tanggal 18 April 2015].

Giancoli, Douglas C. 2001. Fisika jilid 1. Jakarta: Erlangga.

Hamid, Rimba. 2010. Penuntun Kimia Fisik. Kendari: Universitas Hauoleo.

Kamajaya. 2007. Cerdas Belajar Fisika. Jakarta: Penerbit Grafindo Media

Pratama.

Martin, Alfred. 1993. Farmasi Fisik jilid I Edisi III. Jakarta: UI-Press.

Takeuchi, Y. 2008. Larutan. Available at http://www.chem-is-

try.org/materi_kimia/kimia_dasar/cairan_dan_larutan/larutan/ [Diakses

pada tanggal 18 April 2015].

Winarto, D. 2012. Tegangan Permukaan Zat Cair. Available at

http://www.ilmukimia.org/2012/12/tegangan-permukaan-zat-cair.html

[Diakses pada tanggal 18 April 2015].

Lampiran