1. PENDAHULUAN

1.1. Tinjauan PustakaIndeks bias sebuah material sedikit bergantung pada panjang gelombang. Indeks bias sebuah material sedikit berkurang seiring bertambahnya panjang gelombang. Dispersi ialah kebergantungan indeks bias pada panjang gelombang dan frekuensi. Cahaya dengan panjang gelombang lebih pendek dibelokkan lebih besar dari cahaya dengan panjang gelombang lebih panjang (Tipler, 2001).

Indeks bias untuk cahaya Natrium (sodium) kuning ( = 589 nm) :ZatIndeks Bias

Es (H2O)1,309

Garam dapur (NaCl)1,544

Air (H2O)1,333

Etil alkohol (C2H5OH)1,360

bensin1,501

Metil alkohol (CH3OH)1,329

(Tipler, 2001)

Laju cahaya dalam ruang hampa adalah c = 3 x 108 m/s. Laju ini berlaku untuk semua gelombang elektromagnetik, termasuk cahaya tampak. Di udara, laju tersebut hanya sedikit lebih kecil. Pada benda transparan, seperti kaca dan air, kelajuan selalu lebih kecil dibanding di ruang hampa. Misal, di air cahaya merambat kira-kira dengan laju c. Perbandingan laju cahaya di udara hampa dengan laju V pada materi tertentu disebut indeks bias n. Sehingga dapat dirumuskan sebagai berikut :

n = (Giancoli, 2001).

Laju rambat cahaya dalam berbagai zat berbeda-beda. Laju rambat cahaya dalam vakum adalah yang terbesar yaitu c = 2,998 x 108 m/s. Laju rambatnya dalam udara ialah c/1,0003, di dalam air c/1,33, dan dalam kaca kira-kira c/1,5 (Bueche, 1996).

Indeks bias tidak pernah lebih kecil dari 1 (n 1) dan nilainya untuk berbagai materi antara lain :Mediumn = c / V

Udara hampa1,0000

Udara pada STP1,0003

Air1,333

Alkohol etil1,36

Kaca kuarsa1,46

Kaca korona1,52

Api cahaya1,58

Garam dapur1,53

(Giancoli, 2001).

Bila suatu cahaya berjalan dengan sudut miring melalui perbatasan antara 2 zat dengan indeks bias yang berbeda, maka sinar akan membelok. Gejala ini disebut pembiasan. Bila n2 n1, sinar akan membias mendekati garis normal ketika masuk zat 2. Bila n2 n1, maka sinar membias menjauhi garis-garis normal. Dalam kedua hal tersebut, sinar datang (incident ray), sinar pembiasan dan garis normal terletak di bidang yang sama. Sudut 1 dan 2 disebut sudut pantul (angel of incidence) dan sudut bias (angel of refraction) dan sering dinyatakan oleh I dan r (Bueche, 1996).

Berkas dibelokkan menuju normal saat memasuki air. Hal ini selalu terjadi saat berkas cahaya memasuki medium dimana lajunya lebih kecil. Jika cahaya merambat dari satu medium ke medium kedua dimana lajunya lebih besar, berkas dibelokkan menjauhi normal (Giancoli, 2001).

Sudut bias bergantung pada laju cahaya kedua media dan pada sudut datang. Hubungan analitis antara 1 dan 2 ditemukan secara eksperimental sekitar tahun 1621 oleh Willebrord Snell (1591-1626). Hubungan ini dikenal sebagai hukum Snell dan ditulis :n1 sin 1 = n2 sin 11 = sudut datang2 = sudut biasn1 dan n2 = indeks bias materi tersebutn2 n1 maka 2 1, artinya jika cahaya memasuki medium dimana n lebih besar dan laju lebih kecil maka berkas cahaya dibelokkan menuju normal, dan sebaliknya. Sudut datang dan sudut bias diukur terhadap garis yang tegak lurus permukaan antara kedua media. Berkas-berkas datang dan bias berada pada bidang yang sama, yang juga termasuk garis tegak lurus terhadap permukaan. Hukum Snell merupakan dasar hukum pembiasan (Giancoli, 2001).

Hukum Snellius menjelaskan cara untuk menghitung cahaya pada permukaan beberapa zat yang mempunyai indeks bias n1 dan n2. Dapat dirumuskan sebagai berikut :n1 sin 1 = n2 sin 1Karena persamaan tersebut diterapkan pada cahaya yang bergerak dalam arah sepanjang sinar, maka suatu sinar akan menempuh lintasan yang sama sekalipun arahnya dibalik (Bueche, 1996).

Indeks bias relatif antara dua medium adalah perbandingan kecepatan gelombang cahaya dalam medium-medium tersebut. Atau dapat dirumuskan :

n21 = Bila kecepatan penjalaran cahaya dalam udara atau hampa (=c) digunakan sebagai acuan, maka dapat didefinisikan indeks bias absolut suatu bahan (medium) adalah :

n = Sehingga dapat ditulis menjadi :

(Soeharto, 1989).

Indeks bias (n) mutlak zat didefinisikan sebagai berikut :n = laju rambat cahaya dalam vakum = c laju rambat cahaya dalam zat VUntuk dua macam zat, indeks bias relatif zat 1 terhadap zat 2 adalah :

Indeks bias relatif = Dimana n1 dan n2 adalah indeks bias mutlak zat 1 dan zat 2 (Bueche, 1996).

Refraktometer merupakan alat yang digunakan untuk mengukur jatuhnya sinar dibiaskan dan menentukan besarnya indeks bias, bila cahaya tersebut bergerak dari udara menuju sebuah sampel cair. Format penulisan indeks bias pada umunya adalah :

Dimana : n = indeks bias 20 = temperatur (oC) D = panjang gelombang cahayaBiasanya pengukuran dilakukan pada tempertur 20-25oC. Gelombang cahaya yang sering digunakan adalah garis sodium (D) pada gelombang cahaya 589,3 nm. Indeks bias tidak mempunyai satuan. Indeks bias mempunyai ketelitian hingga empat angka dibelakang koma, dan biasanya berkisar antara 1,3000-1,7000 (Hanson, 2003).

Indeks bias pada umumnya digunakan untuk :a. mengidentifikasi jenis sampel dengan cara membandingkan indeks biasnya dengan nilai yang diketahuib. mengetahui kemurnian sampel dengan cara membandingkan indeks biasnya dengan indeks bias zat murni (biasanya air suling, karena tidak beracun, biasa ditemukan dalam keadaan murni, dan indeks biasnya sedikit berpengaruh terhadap perubahan temperatur)c. menentukan konsentrasi zat terlarut dalam larutan dengan cara membandingkan indeks bias larutan dengan kurva standar.(Hanson, 2003).

Gambar kurva standar yang menunjukkan hubungan antara indeks bias dan persentase (w/w) dari gula (zat terlarut) dalam air pada suhu 20oC :

(Hanson, 2003).

Pada refraktometer Abbe, sampel diletakkan di antara prisma pencahaya (illuminating prism) dan prisma pembias (refracting prism). Prisma pembias dibuat dari kaca yang memiliki indeks bias tinggi. Sedangkan refraktometer dirancang untuk digunakan oleh sampel yang memiliki indeks bias lebih kecil daripada indeks bias prisma pembias (refracting prism). Jalannya cahaya pada refraktometer Abbe digambarkan sebagai berikut :

(Hanson, 2003).

Temperatur ikut mempengaruhi besarnya indeks bias. Pada umumnya, indeks bias berkurang sementara temperatur meningkat. Banyak cairan organik indeks biasnya berkurang, kurang lebih 0,0005 tiap kenaikan temperatur 1oC. Sedangkan air hanya kira-kira 0,0001/oC. Contoh penurunan indeks bias beberapa cairan dimana temperatur meningkat :Cairan

Isopropanol1.38021.37721.3749

Aseton1.36161.35881.3560

Etil Asetat1.37471.37421.3700

Air1.33341.33301.3325

(Hanson, 2003).

1.2. Tujuan PraktikumPraktikum ini bertujuan untuk mempelajari penggunaan alat ukur berbasis indeks bias (refraktometer Abbe) serta mempelajari indeks bias.

2. MATERI METODA2.1. Materi2.2.1. AlatAlat yang digunakan dalam praktikum ini adalah refraktometer Abbe, termometer, hand refractometer dan gelas piala.

2.2.2. BahanBahan yang digunakan dalam praktikum ini adalah air, larutan gula 10%, larutan gula 20%, larutan gula 30 %.

2.2. Metoda2.2.1 Refraktometer AbbePertama-tama bahan yang akan digunakan disiapkan terlebih dahulu. Sampel yang akan diukur indeks biasnya diteteskan pada prisma refraktometer. Cermin cahaya diatur hingga didapatkan gambar yang jelas. Tombol pengontrol rotasi diatur hingga didapatkan garis fokus antara daerah terang dan gelap yang jelas. Skala yang ada pada mikroskop pembaca dibaca dan dicatat. Skala pada termometer juga dibaca dan dicatat. Bias spesifik dan kadar zat padat terlarut dari sampel dihitung. 2.2.2 Hand RefraktometerPertama-tama bahan yang akan digunakan disiapkan terlebih dahulu. Prisma refraktometer dan penutupnya dibersihkan dengan alkhohol. Sampel yang akan diukur indeks biasnya diteteskan pada prisma refraktometer. Refraktometer diarahkan ke tempat arah datangnya cahaya, hingga didapatkan garis fokus antara daerah terang dan jelas. Skala yang ada pada mikroskop pembaca dibaca dan dicatat. Skala pada termometer juga dibaca dan dicatat. Bias spesifik dan kadar zat padat terlarut dari sampel dihitung.3. Hasil Pengamatan