BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Landasan TeoriViskositas dapat dinyatakan sebagai tahanan aliran fluida yang merupakan

gesekan antara molekul–molekul cairan satu dengan yang lain. Suatu jenis

cairan yang mudah mengalir dapat dikatakan memiliki viskositas yang rendah,

dan sebaliknya bahan–bahan yang sulit mengalir dikatakan memiliki

viskositas yang tinggi. Pada hukum aliran viskos, Newton menyatakan

hubungan antara gaya–gaya mekanika dari suatu aliran viskos

sebagai : Geseran dalam ( viskositas ) fluida adalah konstan sehubungan

dengan gesekannya. Hubungan tersebut berlaku untuk fluida Newtonian,

dimana perbandingan antara tegangan geser (s) dengan kecepatan geser (g)

nya konstan. (Gina, 2010)

Parameter inilah yang disebut dengan viskositas. Aliran viskos dapat

digambarkan dengan dua buah bidang sejajar yang dilapisi fluida tipis diantara

kedua bidang tersebut. Suatu bidang permukaan bawah yang tetap dibatasi

oleh lapisan fluida setebal h, sejajar dengan suatu bidang permukaan atas yang

bergerak seluas A. Jika bidang bagian atas itu ringan, yang berarti tidak

memberikan beban pada lapisan fluida dibawahnya, maka tidak ada gaya

tekan yang bekerja pada lapisan fluida. (Gina, 2010)

Suatu gaya F dikenakan pada bidang bagian atas yang menyebabkan

bergeraknya bidang atas dengan kecepatan konstan v, maka fluida dibawahnya

akan membentuk suatu lapisan–lapisan yang saling bergeseran. Setiap lapisan

tersebut akan memberikan tegangan geser (s) sebesar F/A yang seragam,

dengan kecepatan lapisan fluida yang paling atas sebesar v dan kecepatan

lapisan fluida paling bawah sama dengan nol. Maka kecepatan geser (g) pada

lapisan fluida di suatu tempat pada jarak y dari bidang tetap, dengan tidak

adanya tekanan fluida ialah (Gina, 2010) :

F / A=dv /dx ……………….. (1)

Cairan mempunyai gaya gesek yang lebih besar untuk mengalir

daripada gas. Sehingga cairan mempuyai koefisien viskositas yang lebih besar

daripada gas. Viskositas gas bertambah dengan naiknya temperatur. Koefisien

gas pada tekanan tidak terlalu besar, tidak tergantung tekanan, tetapi untuk

cairan naik dengan naiknya tegangan. (Hedi, 2012)

Viskositas (kekentalan) dapat diartikan sebagai suatu gesekan di dalam

cairan zat cair. Kekentalan itulah maka diperlukan gaya untuk menggerakkan

suatu permukaan untuk melampaui suatu permukaan lainnya, jika diantaranya

ada larutan baik cairan maupun gas mempunyai kekentalan air lebih besar

daripada gas, sehingga zat cair dikatakan lebih kental daripada gas. (Weni,

2010)

Viskositas adalah ukuran yang menyatakan kekentalan suatu caian atau

fluida. Kekentalan merupakan sifat cairan yang berhubungan eat dengan

hambatan untuk mengalir. Beberapa cairan ada yang dapat mengalir cepat,

sedangkan lainnya mengalir secaa lambat. Cairan yang mengalir cepat seperti

contohnya air, alkohol, dan bensin karena memiliki nilai viskositas kecil.

Sedangkan cairan yang mengalir lambat seperti gliserin, minyak asto, dan

madu karena mempunyai viskositas besar. Jadi viskositas tidak lain

menentukan kecepatan mengalirnya suatu cairan. (Weni, 2010)

Viskositas (kekentalan) cairan akan menimbulkan gesekan antar-

bagian atau lapisan cairan yang bergerak satu terhadap yang lain. Hambatan

atau gesekan yang terjadi ditimbulkan oleh gaya kohesi di dalam zat cair.

Viskositas gas ditimbulkan oleh peristiwa tumbukan yang terjadi antara

molekul-molekul gas ( Weni, 2010)

Kekentalan disebabkan karena kohesi antara patikel zat cair. Zat cair

ideal tidak mempunyai kekentalan. Zat cair mempunyai beberapa sifat sebagai

berikut ( Hedi, 2012) :

a. Apabila ruangan lebih besar dari volume zat cair akan terbentuk

permukaan bebas horizontal yang berhubungan dengan atmosfer.

b. Mempunyai rapat masa dan berat jenis.

c. Dapat dianggap tidak termampatkan.

d. Mempunyai viskositas (kekentalan).

e. Mempunyai kohesi, adesi dan tegangan permukaan.

Fluida, baik zat cair maupun zat gas yang jenisnya berbeda memiliki

tingkat kekentalan yang berbeda. Viskositas alias kekentalan sebenarnya

merupakan gaya gesekan antara molekul-molekul yang menyusun suatu

fluida. Jadi molekul-molekul yang membentuk suatu fluida saling gesek-

menggesek ketika fluida tersebut mengalir. Pada zat cair, viskositas

disebabkan karena adanya gaya kohesi (gaya tarik menarik antara molekul

sejenis). Sedangkan dalam zat gas, viskositas disebabkan oleh tumbukan

antara molekul. (Hedi, 2012)           

Fluida adalah gugusan molukel yang jarak pisahnya besar, dan kecil

untuk zat cair. Jarak antar molukelnya itu besar jika dibandingkan dengan

garis tengah molukel itu. Molekul-molekul itu tidak  terikat pada suatu kisi,

melainkan saling bergerak bebas terhadap satu sama lain. Jadi kecepatan

fluida atau massanya kecapatan volume tidak mempunyai makna yang tepat

sebab jumlah molekul yang menempati volume tertentu terus menerus

berubah (Nirka, 2013)

Fluida dapat digolongkan kedalam cairan atau gas. Perbedaan-

perbedaan utama antara cair dan gas adalah (Nirka, 2013) :

a. Cairan praktis tidak kompersible, sedangkan gas kompersible dan

seringkali harus diperlakukan demikian.

b. Cairan mengisi volume tertentu dan mempunyai permukaan-permukaan

bebas, sedangkan agar dengan massa tertentu mengembang sampai

mengisi seluruh bagian wadah tempatnya.

Fluida yang lebih cair biasanya lebih mudah mengalir, contohnya air.

Sebaliknya, fluida yang lebih kental lebih sulit mengalir, contohnya minyak

goreng, oli, dan madu. Hal ini bisa dibuktikan dengan menuangkan air dan

minyak goreng di atas lantai yang permukaannya miring. Pasti air ngalir lebih

cepat daripada minyak goreng atau oli. Tingkat kekentalan suatu fluida juga

bergantung pada suhu. Semakin tinggi suhu zat cair, semakin kurang kental

zat cair tersebut. Misalnya ketika menggunakan minyak goreng, minyak

goreng yang awalnya kental menjadi lebih cair ketika dipanaskan. Sebaliknya,

semakin tinggi suhu suatu zat gas, semakin kental zat gas tersebut.(Novhie,

2012)

Perlu diketahui bahwa viskositas atau kekentalan hanya ada pada

fluida riil (rill = nyata). Fluida riil/nyata ialah fluida yang ditemui dalam

kehidupan sehari-hari, seperti air, sirup, oli, asap knalpot, dan lainnya. Fluida

riil berbeda dengan fluida ideal. Fluida ideal sebenarnya tidak ada dalam

kehidupan sehari-hari. Fluida ideal hanya model yang digunakan untuk

membantu kita dalam menganalisis aliran fluida (fluida ideal ini yang dipakai

dalam pokok bahasan Fluida Dinamis). Mirip seperti menganggap benda

sebagai benda tegar, padahal dalam kehidupan sehari-hari sebenarnya tidak

ada benda yang benar-benar tegar/kaku. (Novhie, 2012)

Satuan Sistem Internasional (SI) untuk kofisien viskositas adalah

Ns/m2 = Pa.s (pascal sekon). Satuan CGS (centimeter gram sekon) untuk

koofisien viskositas adalah dyn.s/cm2 = poise (P). Viskositas juga sering

dinyatakan dalam sentipoise (cP). 1 cP = 1/100 P. Satuan poise digunakan

untuk mengenang seorang Ilmuwan Perancis, almahrum Jean Louis Marie

Poiseuille (baca : pwa-zoo-yuh). (Novhie, 2012)

1 poise = 1 dyn . s/cm2 = 10-1 N.s/m2

Setiap zat cair mempunyai karakteristik yang khas, berbeda satu zat cair

dengan zat cair yang lain. Salah satunya adalah viskositas. Viskositas

merupakan tahanan yang dilakukan oleh suatu lapisan fluida terhadap suatu

lapisan lainnya. Sifat viskositas ini dimiliki oleh setiap fluida, gas, atau

cairan.  Viskositas suatu cairan murni adalah indeks hambatan aliran cairan.

Aliran cairan dapat dikelompokan menjadi dua yaitu aliran laminar dan aliran

turbulen.  Aliran laminar menggambarkan laju aliran kecil melalui sebuah

pipa dengan garis tengah kecil. Sedangkan aliran turbulen menggambarkan

laju aliran yang besar dengan diameter pipa yang besar. Penggolongan ini

berdasarkan bilangan Reynoldnya. (Novhie, 2012)

Tingkat kekentalan fluida dinyatakan dengan koefisien viskositas (h).

Kebalikan dari Koefisien viskositas disebut fluiditas, , yang merupakan

ukuran kemudahan mengalir suatu fluida. Viskositas cairan adalah fungsi dari

ukuran dan permukaan molekul, gaya tarik menarik antar molekul dan struktur

cairan. Tiap molekul dalam cairan dianggap dalam kedudukan setimbang,

maka sebelum sesuatu lapisan melewati lapisan lainnya diperlukan energy

tertentu. (Gina, 2010)

Sesuai hukum distribusi Maxwell-Boltzmann, jumlah molekul yang

memiliki energy yang diperlukan untuk mengalir, dihubungkan oleh factor e -

E/RT dan viskositas sebanding dengan e-E/RT. Secara kuantitatif pengaruh suhu

terhadap viskositas dinyatakan dengan persamaan empiric (Weni, 2010) :

h = A e-E/RT ……………………… (2)

Dimana :

h = koefisien viskositas

A = tetapan yang bergantung pada massa molekul relative dan volume molar

cairan

e = energy ambang permol yang diperlukan untuk proses awal aliran

R = konstanta gas

T = suhu mutlak

Viskositas cairan juga dapat ditentukan berdasarkan jatuhnya benda

melalui medium zat cair, yaitu berdasarkan hukum Stokes. Dimana benda

bulat dengan radius r dan rapat d, yang jatuh karena gaya gravitasi melalui

fluida dengan rapat dm/db, akan dipengaruhi oleh gaya gravitasi sebesar

(Weni, 2010) :

F1 = 4/3 πr3 ( d-dm ) g ………………….. (3)

Perbedaan antara viskositas cairan dengan viskositas gas adalah sebagai

berikut (Nirka, 2013) :

Jenis perbedaan Viskositas Cairan Viskositas Gas

Gaya gesek Lebih besar untuk

mengalir

Lebih kecil dibanding

viskositas cairan

Koefisien viskositas Lebih besar Lebih kecil

Temperatur Temperatur naik,

viskositas turun

Temperatur naik, viskositas

naik

Tekanan Tekanan naik,

viskositas naik

Tidak tergantung tekanan

Table 1.1 Perbedaan viskositas cairan dan viskositas gas

Cara menentukan viskositas suatu zat menggunakan alat yang dinamakan

viskometer. Ada beberapa tipe viskometer yang biasa digunakan antara lain

(Yasha, 2013) :

1. Viskometer kapiler / Ostwald

Viskositas dari cairan yang ditentukan dengan mengukur waktu yang

dibutuhkan bagi cairan tersebut untuk lewat antara 2 tanda ketika mengalir

karena gravitasi melalui viskometer Ostwald. Waktu alir dari cairan yang

diuji dibandingkan dengan waktu yang dibutuhkan bagi suatu zat yang

viskositasnya sudah diketahui (biasanya air) untuk lewat 2 tanda tersebut.

Viskositas cairan yang mengalir melalui pipa kapiler dihitung berdasarkan

hukum Poiseuille, yaitu :

µ = π r 4t ∆ P8 l v

…………………….. (4)

Dimana :

µ = viskositas cairan

r = jari-jari bagian dalam kapiler

t = waktu yang dibutuhkan cairan untuk mengalir melalui kapiler

∆ P = tekanan udara, dalam dyne/cm2

l = panjang kapiler

v = volume cairan yang mengalir

2. Viskometer Hoppler

Berdasarkan hukum Stokes pada kecepatan bola maksimum, terjadi

keseimbangan sehingga gaya gesek = gaya berat – gaya archimides.

Prinsip kerjanya adalah menggelindingkan bola ( yang terbuat dari kaca )

melalui tabung gelas yang berisi zat cair yang diselidiki. Kecepatan

jatuhnya bola merupakan fungsi dari harga resiprok sampel.

3. Viskometer Cup dan Bob

Prinsip kerjanya sample digeser dalam ruangan antara dinding luar dari

bob dan dinding dalam dari cup dimana bob masuk persis ditengah-tengah.

Kelemahan viscometer ini adalah terjadinya aliran sumbat yang

disebabkan geseran yang tinggi di sepanjangkeliling bagian tube sehingga

menyebabkan penurunan konsentrasi. Penurunan konsentras ini

menyebabkab bagian tengah zat yang ditekan keluar memadat. Hal ini

disebut aliran sumbat.

4. Viskometer Cone dan Plate

Cara pemakaiannya adalah sampel ditempatkan ditengah-tengah papan,

kemudian dinaikkan hingga posisi di bawah kerucut. Kerucut digerakkan

oleh motor dengan bermacam kecepatan dan sampelnya digeser di dalam

ruang semitransparan yang diam dan kemudian kerucut yang berputar.

Faktor- fator yang mempengaruhi viskositas adalah sebagai berikut

(Yasha, 2013)

1. Tekanan

Viskositas cairan naik dengan naiknya tekanan, sedangkan viskositas gas

tidak dipengaruhi oleh tekanan.

2. Temperatur

Viskositas akan turun dengan naiknya suhu, sedangkan viskositas gas naik

dengan naiknya suhu. Pemanasan zat cair menyebabkan molekul-

molekulnya memperoleh energi. Molekul-molekul cairan bergerak

sehingga gaya interaksi antar molekul melemah. Dengan demikian

viskositas cairan akan turun dengan kenaikan temperatur.

3. Kehadiran zat lain

Penambahan gula tebu meningkatkan viskositas air. Adanya bahan

tambahan seperti bahan suspensi menaikkan viskositas air. Pada minyak

ataupun gliserin adanya penambahan air akan menyebabkan viskositas

akan turun karena gliserin maupun minyak akan semakin encer, waktu

alirnya semakin cepat.

4. Ukuran dan berat molekul

Viskositas naik dengan naiknya berat molekul. Misalnya laju aliran

alkohol cepat, larutan minyak laju alirannya lambat dan kekentalannya

tinggi seta laju aliran lambat sehingga viskositas juga tinggi.

5. Berat molekul

Viskositas akan naik jika ikatan rangkap semakin banyak.

6. Kekuatan antar molekul

Viskositas air naik denghan adanya ikatan hidrogen, viskositas CPO

dengan gugus OH pada trigliseridanya naik pada keadaan yang sama.

Pengukuran kerapatan dan bobot jenis digunakan apabila mengadakan

perubahan massa dan volume. Kerapatan adalah turunan besaran yang

menyangkut satuan massa dan volume. Batasanya adalah massa per satuan

volume pada temperatur dan tekanan tertentu yang dinyatakan dalam system

cgs dalam gram per sentimeter kubik (g/cm3). (Yasha, 2013)

Kerapatan adalah turunan besaran yang menyangkut satuan massa dan

volume. Batasannya adalah massa per satuan Volume pada temperature dan

tekanan tertentu dinyatakan dalam system cgs (g/cm3) dan dilambangkan

dengan ρ. (Yasha, 2013)

      Bila kerapatan benda lebih besar dari kerapatan air, maka benda

tersebut akan tenggelam dalam air. Bila kerapatannya lebih kecil, maka benda

akan mengapung. Benda yang mengapung, bagian volume sebuah benda yang

tercelup dalam cairan manapun sama dengan rasio kerapatan benda-benda

terhadap kerapatan cairan. Rasio kerapatan air dinamakan berat jenis zat itu.

(Yasha, 2012)

      Bobot jenis (bilangan murni tanpa dimensi ) adalah perbandingan

bobot zat terhadap air volume yang sama ditimbang di udara pada suhu yang

sama. Bobot jenis suatu zat adalah perbandingan antara bobot zat dibanding

dengan volume zat pada suhu tertentu (Biasanya 25oC), Sedangkan rapat jenis

adalah perbandingan antara bobot jenis suatu zat dengan bobot jenis air pada

suhu tertentu (biasanya dinyatakan sebagai 25o/25o, 25o/4o, 4o/4o). Untuk

bidang farmasi, biasanya 25o/25 (Yasha, 2012)

Angka bobot jenis menggambarkan suatu angka hubngan tanpa

dimensi, yang ditarik dari bobot jenis air pada 4oC ( = 1,000 graml-1 ) (4).

(Yasha, 2012)

Penentuan Bobot Jenis dan Rapat jenis

Penentuan bobot jenis berlangsung dengan piknometer, Areometer,

timbangan hidrostatik (timbangan Mohr-Westphal) dan cara manometris. Ada

beberapa alat untuk mengukur bobot jenis dan rapat jenis, yaitu menggunakan

piknometer, neraca hidrostatis (neraca air), neraca Reimann, beraca Mohr

Westphal .(Yasha, 2012)

Bobot jenis zat cair

Metode Piknometer . Pinsip metode ini didasarkan atas penentuan

massa cairan dan penentuan rungan yang ditempati cairan ini. Ruang

piknometer dilakukan dengan menimbang air. Menurut peraturan apotek,

harus digunakan piknometer yang sudah ditera, dengan isi ruang dalam ml dan

suhu tetentu (20oC). Ketelitian metode piknometer akan bertambah sampai

suatu optimum tertentu dengan bertambahnya volume piknometer.

Optimum ini terletak sekitar isi ruang 30 ml. Ada dua tipe piknometer, yaitu

tipe botol dengan tipe pipet .(Yasha, 2012)

Neraca Mohr Westphal dipakai untuk mengukur bobot jenis zat cair.

Terdiri atas tua dengan 10 buah lekuk untuk menggantungkan anting, pada

ujung lekuk yang ke 10 tergantung sebuah benda celup C terbuat dari gelas

(kaca) pejal (tidak berongga), ada yang dalam benda celup dilengkapi dengan

sebuah thermometer kecil untuk mengetahui susu cairan yang diukur massa

jenisnya, neraca seimbang jika ujum jarum D tepat pada jarum T .(Yasha,

2012)

Densimeter merupakan alat untuk mengukur massa jenis (densitas) zat

cair secara langsung. Angka-angka yang tertera pada tangkai berskala secara

langsung menyatakan massa jenis zat cair yang permukaannya tepat pada

angka yang tertera. (Yasha, 2012)

1.2 Tujuan Percobaan

1. Menerangkan arti viskositas suatu cairan

2. Menggunakan alat penentuan viskositas dan berat jenis untuk menetukan

viskositas berbagai cairan

3. Mempelajari pengaruh tempratur terhadap viskositas cairan

Daftar Pustaka

Anggraeni, gina. 2010. Viskositas.

http://Ginaanggraeni10.wordpress.com/about/viskositas.html (diakses

tanggal 8 November 2013)

Ardilla, Nirka. 2013. Viskositas.

http://kimiadisekitarkita.wordpress.com/2013/06/09/viskositas.html

(diakses tanggal 8 November 2013)

Hastriawan, Hedi. 2012. Kimia Fisika Viskositas.

http://hedihastriawan.wordpress.com/kimia-fisika/viskositas.html

(diakses tanggal 8 November 2013)

Mandasari, Weni. 2010. Laporan Termokimia.

http://wenimandasari.blogspot.com/p/laporan-termokimia.html (diakses

tanggal 8 November 2013)

Yasha. 2013. Pendahuluan Latar Belakang.

http://myself-yasha.blogspot.com/2013/01/pendahuluan-latar-

belakang.html (diakses tanggal 8 November 2013)

Yovita, Novhie. 2012. Viskositas sebagai fungsi suhu. http://Iamnovhie-

yovita.blogspot.com/2012/12/viskositas-sebagai-fungsi-suhu.html.

(diakses tanggal 8 November 2013)