A. Judul Percobaan: TEGANGAN PERMUKAAN

B. Tanggal Percobaan: 10 Maret 2011

C. Tujuan Percobaan: Mengukur tegangan permukaan larutan dengan metode

kenaikan pipa kapiler

D. Dasar Teori:

Tegangan permukaan adalah besar gaya yang terdapat pada permukaan

zat cair tiap atuan panjang. Tegangan permukaan pada zat cair ini dapat

dirumuskan dengan Selain pada zat cair, tegangan (stress) juga dimiliki oleh

zat padat. Tegangan pada zat padat jauh lebih besar dari ada tegangan pada zat

cair. Sesuai dengan teori partikel, menjelaskan bahwa antar partikel baik zat

air, padat dan gas memiliki gaya tarik- menarik. Pada zat padat jarak antar

partikel sangat dekat dan gaya tarik- menariknya sangat kuat, sehingga

partikel-partikel hanya dapat bergerak ditempatnya. Hal ini akan

mengakibatkan bentuk dan volum zat padat selalu tetap. Pada zat cair, jarak

antar artikelnya renggang dan gaya tarik- menariknya tidak begitu kuat,

sehingga partikel- partikelnya dapat bergerak bebas.Tetapi gerakannya tidak

dapat meninggalkan kelompoknya. Itulah sebabnya bentuk zat cair selalu

berubah- ubah sesuai dengan tempatnya. Pada gas,jarak antar partikelnya

berjauhan dan gaya tarik- menarik antar partikelnya sangat lemah. Akibatnya,

gerakan pertikel-partikelnya sangat bebas dan tidak teratur. Itulah sebabnya

bentuk dan volum gas selalu berubah sesuai dengan bentuk wadahnya.

Molekul memiliki daya tarik menarik antara molekul yang sejenis yang

disebut dengan daya kohesi. Selain itu molekul juga memiliki daya tarik

menarik antara molekul yang tidak sejenis yang disebut dengan daya adhesi.

Daya kohesi suatu zat selalu sama, sehingga pada permukaan suatu zat cair

akan terjadi perbedaan tegangan karena tidak adanya keseimbangan daya

kohesi. Tegangan yang terjadi pada permukaan tersebut dinamakan tegangan

permukaan.

Dengan cara yang sama dapat dijelaskan terjadinya perbedaan tegangan

bidang batas dua cairan yang tidak dapat bercampur. Tegangan yang terjadi

antara dua cairan tersebut dinamakan tegangan bidang batas. Semakin tinggi

perbedaan tegangan yang terjadi pada bidang mengakibatkan antara kedua zat

cair itu semakin susah untuk bercampur. Tegangan yang terjadi pada air akan

bertambah dengan penambahan garam-garam anorganik atau senyawa-senyawa

elektrolit, tetapi akan berkurang dengan penambahan senyawa organik tertentu

antara lain sabun. Didalam teori ini dikatakan bahwa penambahan emulgator

akan menurunkan dan menghilangkan tegangan permukaan yang terjadi pada

bidang batas sehingga antara kedua zat cair tersebut akan mudah bercampur

(Andrea, 2009). Dari penjelasan di atas, dapat dilihat baahwa semakin tinggi

tegangan permukaan pada suatu bidang akan menyebabkan dua zat cair yang

berbeda akan susah untuk bercampur (stabil) yang dikarenakan adanya

pembentukan permukaan baru.

Banyak Fenomena-fenomena alam yang kurang kita perhatikan akan

tetapi fenomena-fenomena tersebut mempunyai hubungan dengan adanya

tegangan permukaan. Sering terlihat peristiwa-peristiwa alam yang tidak

diperhatikan dengan teliti misalnya  tetes-tetes zat cair pada pipa kran yang

bukan sebagai suatu aliran, laba-laba air yang berada di atas permukaan air,

mainan gelembung-gelembung sabun, pisau silet yang diletakkan perlahan-

lahan diatas permukaan zat cair yang terapung, dan naiknya air pada pipa

kapiler. Hal tersebut dapat terjadi karena adanya gaya-gaya yang bekerja pada

permukaan zat cair atau pada batas antara zat cair dengan bahan lain.

Yang dimaksud tegangan permukaan adalah suatu kemampuan atau

kecenderungan zat cair untuk selalu menuju ke keadaan yang luas

pemukaannya lebih kecil yaitu permukaan datar, atau bulat seperti bola atau

ringkasnya didefinisikan sebagai usaha untuk membentuk luas permukaan

baru. Dengan sifat tersebut zat cair mampu untuk menahan benda-benda kecil

di permukaannya. Seperti silet, berat dari silet menyebabkan permukaan zait

cair sedikit melengkung kebawah dimana silet itu berada. Lengkungan itu

memperluas permukaan zat cair namun zat cair dengan tegangan

permukaannya berusaha mempertahankan luas permukaannya sekecil

mungkin.

Ada beberapa model peralatan yang sering digunakan untuk mengukur

tegangan permukaan suatu zat cair. Yang pertama adalah dengan metode pipa

kapiler yaitu mengukur tegangan permukaan zat cair dan sudut

kelengkungannya dengan memakai pipa berdiameter. Salah satu ujung pipa

tersebut dicelupkan kedalam permukaan zat cair maka zat cair tersebut

permukaannya akan naik sampai ketinggian tertentu. Pada percobaan ini salah

satu aspek yang mudah diamati adalah tentang sifat zat cair yaitu apakah zat

cair itu adhesive atau non-adhesive.

Pada zat cair yang adhesive berlaku bahwa besar gaya kohesinya lebih

kecil daripada gaya adhesinya dan pada zat yang non-adhesive berlaku

sebaliknya. Salah satu besaran yang berlaku pada sebuah pipa kapiler adalah

sudut kontak (q) yaitu sudut yang dibentuk oleh permukaan zat cair yang dekat

dengan dinding. Sudut kontak ini timbul akibat gaya tarik-menarik antara zat

yang sama (gaya kohesi) dan gaya tarik-menarik antara molekul zat yang

berbeda (adhesi). Harga dari sudut kontak ini berubah-ubah dari 0 sampai 180

derajat dan dibagi menjadi dua bagian yaitu :  pada zat cair yang adhesive

besarnya sudut kontak ( q ) : 0 < q < 90 (derajat) dan pada zat cair non-

adhesive besarnya (q) : 90 < q < 180 (derajat).

Tegangan permukaan dapat diukur dengan beberapa cara, seperti

dengan tensiometer, cara drop weight, cara bubble pressure, cara kenaikan pipa

kapiler, dan lain-lain.

Cara yang sering digunakan adalah cara kenaikan pipa kapiler. Cara ini

berdasarkan kenyataan bahwa kebanyakan cairan dalam pipa kapiler

mempunyai permukaan lebih tinggi daripada permukaan di luar pipa kapiler,

yang disebabkan oleh gaya akibat adanya tegangan permukaan. Ini terjadi bila

cairan membasahi dinding. Pada umumnya zat cair memiliki permukaan

mendatar tetapi apabila zat cair bersentuhan dengan zat padat atau dinding

bejana, maka permukaan pada bagian tepi yang bersentuhan dengan dinding

akan melengkung. Gejala melengkungnya permukaan zat cair disebut dengan

misniskus. Ada dua jenis miniskus yaitu meniscus cekung dan miniskus

cembung.

Besarnya cekungan dan kecembungan permukaan cairan ketika

bersentuhan dengan zat padat tergantung pada besar kecilnya sudut kontak

yang terbentuk. Sudut kontak θ, adalah sudut yang dibentuk oleh permukaan

cairan yang bersentuhan dengan permukaan bidang padatan.

Dimana γ = tegangan permukaan

r = jari-jari pipa kapiler

ρ = berat jenis zat cair

g = gaya grafitasi

h = selisih tinggi permukaan zat cair dalam pipa kapiler dan

tabung reaksi

θ = sudut kontak

E. Alat dan Bahan

1. Alat

a. Pipa kapiler

b. Neraca Mohr

c. Gelas kimia

d. Piknometer

2. Bahan

a. Aquades

b. Larutan garam

c. Larutan detergen

c. Etanol

F. Alur Kerja

1. Menentukan berat jenis aquades

2. Menentukan tegangan permukaan aquades

Aquades

- menimbang piknometer dengan necara mohr

-memasukkan 50mL aquades kedalam piknometer

-menimbang piknometer yang telah diisi dengan aquades dengan neraca mohr

- menghitung berat jenis aquades

Berat jenis Aquades

Aquades

- dari piknometer dimasukkan kedalam gelas kimia

- dimasukkan pipa kapiler yang telah diberi tanda sebatas tanda yang telah ditentukan

- mengukur tinggi kenaikan dalam pipa kapiler dengan penggaris

- menghitung volume aquades dalam pipa kapiler

- menghitung jari-jari pipa kapiler

- menghitung tegangan permukaan aquades

Tegangan permukaan Aquades

3. Menentukan berat jenis aquades

4. Menentukan tegangan permukaan larutan garam

5. Menentukan berat jenis larutan detergen

Larutan garam

- dari piknometer dimasukkan kedalam gelas kimia

- dimasukkan pipa kapiler yang telah diberi tanda sebatas tanda yang telah ditentukan

- mengukur tinggi kenaikan dalam pipa kapiler dengan penggaris

- menghitung volume larutan garam dalam pipa kapiler

- menghitung jari-jari pipa kapiler

- menghitung tegangan permukaan larutan garam

Tegangan permukaan larutan garam

Larutan Garam

- menimbang piknometer dengan necara mohr

-memasukkan 50mL larutan garam kedalam piknometer

-menimbang piknometer yang telah diisi dengan larutan garam dengan neraca mohr

- menghitung berat jenis larutan garam

Berat jenis Larutan garam

Larutan detergen

- menimbang piknometer dengan necara mohr

-memasukkan 50mL larutan detergen kedalam piknometer

-menimbang piknometer yang telah diisi dengan larutan detergen dengan neraca mohr

- menghitung berat jenis larutan detergen

Berat jenis larutan detergen

6. Menentukan tegangan permukaan larutan detergen

7. Menentukan berat jenis etanol

8. Menentukan tegangan permukaan etanol

etanol

- menimbang piknometer dengan necara mohr

-memasukkan 50mL etanol kedalam piknometer

-menimbang piknometer yang telah diisi dengan aquades dengan neraca mohr

- menghitung berat jenis etanol

Berat jenis etanol

etanol

- dari piknometer dimasukkan kedalam gelas kimia

- dimasukkan pipa kapiler yang telah diberi tanda sebatas tanda yang telah ditentukan

- mengukur tinggi kenaikan dalam pipa kapiler dengan penggaris

- menghitung volume etanol dalam pipa kapiler

- menghitung jari-jari pipa kapiler

- menghitung tegangan permukaan etanol

Tegangan permukaan etanol

Larutan detergen

- dari piknometer dimasukkan kedalam gelas kimia

- dimasukkan pipa kapiler yang telah diberi tanda sebatas tanda yang telah ditentukan

- mengukur tinggi kenaikan dalam pipa kapiler dengan penggaris

- menghitung volume larutan detergen dalam pipa kapiler

- menghitung jari-jari pipa kapiler

- menghitung tegangan permukaan larutan detergen

Tegangan permukaan larutan detergen

F. DATA PENGAMATAN

AirLarutan

Garam

Larutan

DeterjenEtanol

Berat zat cair dalam pipa

kapiler (g)0,025 0,032 0,022 0,0299

Selisih tinggi permukaan

zat cair dalam pipa

kapiler dan gelas kimia

(cm)

1,5 1,9 1,166 1,8

Volume zat cair dalam

pipa kapiler (mL)0,0252 0,0311 0,02215 0,0286

Jari-jari pipa kapiler

(cm)0,0567 0,0567 0,0567 0,0567

ρ (g / mL) 0,9929 1,0287 0,9928 1,0113

ᵞ ( Dyne / cm) 41,3786 54,3027 32,1617 50,5745

G. ANALISIS DAN PEMBAHASAN

Dalam percobaan yang berjudul “Menentukan Tegangan Permukaan Zat

Cair dengan Pipa Kapiler” bertujuan untuk mengukur tegangan permukaan

larutan dengan metode pipa kapiler. Langkah pertama yang dilakukan adalah

menentukan berat jenis air dengan menggunakan piknometer dan neraca Mohr.

Diperoleh data bahwa berat jenis air adalah sebesar 0,9929 g/mL. Langkah

berikutnya adalah mengisi gelas kimia dengan air sebanyak 50 mL (dari

piknometer), kemudian memasukkan pipa kapiler (yang sudah diberi tanda

batas sepanjang 1 cm dari ujung bawah pipa kapiler) kedalam gelas kimia

tersebut. Selanjutnya menentukan tinggi air dalam pipa kapiler dan selisih

Zat Cair

Keterangan

tinggi air dalam pipa kapiler dengan tinggi air dalam gelas kimia. Diperoleh

data bahwa tinggi air dalam pipa kapiler adalah 2,5 cm dan selisih tinggi air

dalam pipa kapiler dengan tinggi air dalam gelas kimia adalah 1,5 cm.

Kemudian menimbang pipa kapiler yang berisi air untuk menghitung berat air

dalam pipa kapiler, dan diperoleh data sebesar 49,642 g. Selanjutnya

menghitung volume air dalam pipa kapiler, diperoleh data sebesar 0,0252 mL.

Lalu menghitung jari-jari pipa kapiler, diperoleh data sebesar 0,0567 cm.

Berdasarkan data yang diperoleh diatas dapat dihitung tegangan permukaan air

dengan menggunakan rumus ᵞAir = , dan diperoleh data bahwa

tegangan permukaan air adalah sebesar 41,3786 Dyne/cm.

Selanjutnya menggunakan larutan deterjen dengan langkah-langkah yang

sama seperti diatas, dan diperoleh data bahwa berat jenis larutan deterjen

adalah 0,9928 g/mL; tinggi larutan deterjen dalam pipa kapiler adalah 2,166

cm dan selisih tinggi larutan deterjen dalam pipa kapiler dengan tinggi larutan

deterjen dalam gelas kimia adalah 1,166 cm. Kemudian menimbang pipa

kapiler yang berisi larutan deterjen untuk menghitung berat larutan deterjen

dalam pipa kapiler, dan diperoleh data sebesar 0,022 g. Selanjutnya

menghitung volume larutan deterjen dalam pipa kapiler, diperoleh data sebesar

0,02215 mL. Berdasarkan data yang diperoleh diatas dapat dihitung tegangan

permukaan larutan deterjen dengan menggunakan rumus ᵞ larutan deterjen = ,

dan diperoleh data bahwa tegangan permukaan larutan deterjen adalah sebesar

32,1617 Dyne/cm.

Berikutnya menggunakan larutan garam dengan langkah-langkah yang

sama seperti diatas, dan diperoleh data bahwa berat jenis larutan garam adalah

1,0287 g/mL; tinggi larutan garam dalam pipa kapiler adalah 2,9 cm dan selisih

tinggi larutan garam dalam pipa kapiler dengan tinggi larutan garam dalam

gelas kimia adalah 1,9 cm. Kemudian menimbang pipa kapiler yang berisi

larutan garam untuk menghitung berat larutan garam dalam pipa kapiler, dan

diperoleh data sebesar 0,032 g. Selanjutnya menghitung volume larutan garam

dalam pipa kapiler, diperoleh data sebesar 0,0311 mL. Berdasarkan data yang

diperoleh diatas dapat dihitung tegangan permukaan larutan garam dengan

menggunakan rumusᵞlarutan garam = , dan diperoleh data bahwa tegangan

permukaan larutan garam adalah sebesar 54,3027 Dyne/cm.

Kemudian menggunakan etanol dengan langkah-langkah yang sama

seperti diatas, dan diperoleh data bahwa berat jenis etanol adalah 1,0113 g/mL;

tinggi etanol dalam pipa kapiler adalah 2,8 cm dan selisih tinggi etanol dalam

pipa kapiler dengan tinggi etanol dalam gelas kimia adalah 1,8 cm. Kemudian

menimbang pipa kapiler yang berisi etanol untuk menghitung berat etanol

dalam pipa kapiler, dan diperoleh data sebesar 0,029 g. Selanjutnya

menghitung volume etanol dalam pipa kapiler, diperoleh data sebesar 0,0286

mL. Berdasarkan data yang diperoleh diatas dapat dihitung tegangan

permukaan etanol dengan menggunakan rumusᵞetanol = , dan diperoleh

data bahwa tegangan permukaan etanol adalah sebesar 50,5745 Dyne/cm.

Berdasarkan hasil percobaan yang telah dilakukan, tegangan permukaan

zat cair yang diamati memiliki hasil yang berbeda-beda. Hal ini terjadi karena

molekul memiliki daya tarik menarik antara molekul yang sejenis yang disebut

dengan daya kohesi. Selain itu molekul juga memiliki daya tarik menarik

antara molekul yang tidak sejenis yang disebut dengan daya adhesi. Daya

kohesi suatu zat selalu sama, sehingga pada permukaan suatu zat cair akan

terjadi perbedaan tegangan karena tidak adanya keseimbangan daya kohesi.

Semakin tinggi perbedaan tegangan yang terjadi pada bidang mengakibatkan

antara kedua zat cair itu semakin susah untuk bercampur. Tegangan yang

terjadi pada air akan bertambah dengan penambahan garam-garam anorganik

atau senyawa-senyawa elektrolit, tetapi akan berkurang dengan penambahan

senyawa organik tertentu antara lain sabun.

Didalam teori dinyatakan bahwa penambahan emulgator akan

menurunkan dan menghilangkan tegangan permukaan yang terjadi pada bidang

batas sehingga antara kedua zat cair tersebut akan mudah bercampur (Andrea,

2009). Dari penjelasan di atas, dapat dilihat bahwa semakin tinggi tegangan

permukaan pada suatu bidang akan menyebabkan dua zat cair yang berbeda

akan susah untuk bercampur (stabil) yang dikarenakan adanya pembentukan

permukaan baru.

Berdasarkan data yang diperoleh tegangan permukaan larutan garam

memiliki nilai yang paling tinggi yaitu sebesar 54,3027 Dyne/cm. Hal ini

sesuai dengan teori bahwa tegangan yang terjadi pada air akan bertambah

dengan penambahan garam-garam anorganik atau senyawa-senyawa elektrolit.

Sedangkan tegangan permukaan yang bernilai paling kecil adalah tegangan

permukaan pada larutan deterjen yaitu sebesar 32,1617 Dyne/cm. Hal ini sesuai

dengan teori yaitu bahwa tegangan yang terjadi pada air akan berkurang

dengan penambahan senyawa organik tertentu antara lain sabun.

Berbeda halnya dengan tegangan permukaan etanol yang bernilai lebih

besar dari tegangan permukaan air yaitu sebesar 50,5745 Dyne/cm. Hal ini

tidak sesuai dengan teori, dimana secara teoritis tegangan permukaan air

seharusnya lebih besar dari tegangan permukaan etanol. Besarnya nilai

tegangan permukaan etanol pada percobaan kali ini dikarenakan kekurang

telitian kami dalam menjalankan praktikum, dalam praktikum tersebut diduga

dalam pipa kapiler yang digunakan untuk menentukan tegangan permukaan

etanol masih terdapat sisa-sisa larutan garam yang digunakan sebelumnya,

sehingga hal tersebut berpengaruh terhadap besarnya tegangan permukaan

etanol yang diperoleh. Selain itu juga terjadi kesalahan urutan dalam

menggunakan zat cair, seharusnya yang pertama kali ditentukan tegangan

permukaan zat cair adalah etanol baru kemudian zat cair yang lainnya. Etanol

ditentukan tegangan permukaannya yang pertama dikarenakan etanol

merupakan larutan volatil yang mudah menguap.

H. SIMPULAN

Berdasarkan hasil percobaan yang telah dilakukan dapat disimpulkan

bahwa:

1. Tegangan permukaan zat cair adalah besar gaya yang terdapat pada

permukaan zat cair tiap satuan panjang.

2. Besarnya tegangan permukaan air, larutan garam, larutan deterjen dan

etanol berturut-turut adalah 41,3786 Dyne/cm; 54,3027 Dyne/cm; 32,1617

Dyne/cm; dan 50,5745 Dyne/cm

Semakin tinggi perbedaan tegangan yang terjadi pada bidang

mengakibatkan antara kedua zat cair itu semakin susah untuk bercampur.

Tegangan yang terjadi pada air akan bertambah dengan penambahan garam-

garam anorganik atau senyawa-senyawa elektrolit, tetapi akan berkurang

dengan penambahan senyawa organik tertentu antara lain sabun.

DAFTAR PUSTAKA

Anonim. 2008. Tegangan Permukaan dan Kapilaritas.

http://aktifisika.wordpress.com/2008/11/25/tegangan-permukaan-dan-

kapilaritas/ . Diakses pada 10 Maret 2011.

Bird, Tony. 1993. Kimia Fisik untuk Universitas. Alih Bahasa: Kwee Ie Tjen.

Jakarta: PT Gramedia Pustaka Utama.

Mawarda, Panji Cahya dan Indira Indraswari. 2010. Bobot Jenis, Tegangan

Permukaan, dan Emulsi. http://panjicm.wordpress.com/2010/10/07/

biofisik-bobot-jenis-teganganpermukaan-emulsi/ . Diakses pada 10 Maret

2011.

Raymond C. Binder, “Fluid Mechanics”, edisi ke-5, penerbit Prentice-Hall of

India Private,ltd. New Delhi, 1975.

Sears and Zemansky, “Univercity Phyisics”, 2nd edition, Addison – Wesley

Publishing Company, Inc., New York, 1982

Tim Dosen Kimia Fisika IV. 2011. Panduan Praktikum Kimia Fisika IV.

Surabaya: Jurusan Kimia FMIPA UNESA.