A. Judul Percobaan: Menentukan Kekentalan Relatif Zat Cair dengan Viskometer Ostwald

B. Waktu Percobaan: Senin, 26 maret 2012

C. Tujuan Percobaan:

1. Melatih cara menggunakan viskometer Ostwald dengan benar

2. Menentukan sifat-sifat molekul

3. Menyelidiki angka kental relatif suatu zat cair dengan menggunakan air sebagai

pembanding

D. Dasar Teori

Viskositas (kekentalan) berasal dari perkataan Viscous (Soedojo, 1986). Suatu

bahan apabila dipanaskan sebelum menjadi cair terlebih dulu menjadi viscous yaitu

menjadi lunak dan dapat mengalir pelan-pelan. Viskositas dapat dianggap sebagai gerakan

di bagian dalam (internal) suatu fluida (Sears & Zemansky, 1982).

Viskositas diartikan sebagai resistensi atau ketidakmauan suatu bahan untuk

mengalir yang disebabkan karena adanya gesekan atau perlawanan suatu bahan terhadap

deformasi atau perubahan bentuk apabila bahan tersebut dikenai gaya tertentu (Kramer,

1996). Viskositas secara umum dapat juga diartikan sebagai suatu tendensi untuk

melawan aliran cairan karena internal friction atau resistensi suatu bahan untuk

mengalami deformasi bila bahan tersebut dikenai suatu gaya (Lewis, 1987).

Viskositas biasanya berhubungan dengan konsistensi yang keduanya merupakan

sifat kenampakan (appearance property) yang berhubungan dengan indera perasa.

Konsistensi dapat didefinisikan sebagai ketidakmauan suatu bahan untuk melawan

perubahan bentuk (deformasi) bila suatu bahan mendapat gaya gesekan (sheering fore).

Gesekan yang timbul sebagai hasil perubahan bentuk cairan yang disebabkan karena

adanya resistensi yang berlawanan yang diberikan oleh cairan tersebut dinamakan gaya

irisan (sheering stress). Jika tenaga diberikan pada suatu cairan, tenaga ini akan

menyebabkan suatu bentuk atau deformasi. Perubahan bentuk ini disebut sebagai aliran

(Lewis, 1987).

Viskositas fluida dilambangkan dengan symbol η. Jadi tingkat kekentalan suatu

fluida dinyatakan oleh koefisien viskositas fluida tersebut. Secara matematis, koofisien

viskositas bisa dinyatakan dengan persamaan. Untuk membantu menurunkan persamaan,

kita meninjau gerakan suatu lapisan tipis fluida yang ditempatkan di antara dua pelat

sejajar.

Lapisan fluida tipis ditempatkan di antara 2 pelat. Gaya adhesi bekerja antara pelat

dan lapisan fluida yang nempel dengan pelat (molekul fluida dan molekul pelat saling

tarik menarik). Sedangkan gaya kohesi bekerja di antara selaput fluida (molekul fluida

saling tarik menarik).

Mula-mula pelat dan lapisan fluida diam (gambar 1). Setelah itu pelat yang ada di

sebelah atas ditarik ke kanan (gambar 2). Pelat yang ada di sebelah bawah tidak ditarik

(pelat sebelah bawah diam). Besar gaya tarik diatur sedemikian rupa sehingga pelat yang

ada di sebelah atas bergeser ke kanan dengan laju tetap (v tetap). Karena ada gaya adhesi

yang bekerja antara pinggir pelat dengan bagian fluida yang menempel dengan pelat,

maka fluida yang ada di sebelah bawah pelat juga ikut bergeser ke kanan. Karena ada

gaya kohesi antara molekul fluida, maka fluida yang bergeser ke kanan menarik yang ada

di sebelah bawah. Sedangkan yang ada di sebelah bawah juga ikut bergeser ke kanan,

begitu seterusnya.

Pelat yang ada di sebelah bawah diam, karena itu bagian fluida yang menempel

dengan pelat tersebut juga ikut diam (ada gaya adhesi). Fluida yang menempel dengan

pelat menahan fluida yang ada di sebelah atas. Fluida yang ada di sebelah atas juga

menahan fluida yang ada di sebelah atas, demikian seterusnya.

Karena bagian fluida yang berada di sebelah atas menarik fluida sebelah bawah

menahan fluida yang ada di sebelah atas, maka laju fluida tersebut bervariasi. Bagian

fluida yang berada di sebelah atas bergerak dengan laju (v) yang lebih besar, sedangkan

yang berada di sebelah bawah bergerak dengan v yang lebih kecil, demikian seterusnya.

Jadi makin ke bawah v makin kecil. Dengan kata lain, kecepatan lapisan fluida

mengalami perubahan secara teratur dari atas ke bawah sejauh l (lihat gambar 2).

Sebuah bola padat memiliki rapat massa ρb dan berjari-jari r dijatuhkan tanpa

kecepatan awal ke dalam fluida kental memiliki rapat massa ρf, di mana ρb > ρf Telah

diketahui bahwa bola mula-mula mendapat percepatan gravitasi, namun beberapa saat

setelah bergerak cukup jauh bola akan bergerak dengan kecepatan konstan. Kecepatan

yang tetap ini disebut kecepatan akhir VT atau kecepatan terminal yaitu pada saat gaya

berat bola sama dengan gaya apung ditambah gaya gesekan fluida. Gambar 3

menunjukkan sistem gaya yang bekerja pada bola kelereng yakni FA = gaya Archimedes,

FS = gaya Stokes, dan W= mg = gaya berat kelereng.

Gambar 3. Gaya yang Bekerja Pada Saat Bola

Dengan Kecepatan Tetap.

Jika saat kecepatan terminal telah tercapai, pada Gambar 1 berlaku prinsip

Newton tentang GLB (gerak lurus beraturan), yaitu Persamaan (2).

FA + FS = W (2)

Jika ρb menyatakan rapat massa bola, ρf menyatakan rapat massa fluida, dan Vb

menyatakan volume bola, serta g gravitasi bumi, maka berlaku Persamaan (3) dan (4).

W = ρb.Vb.g (3)

FA = ρf .Vb.g (4)

Rapat massa bola ρb dan rapat massa fluida ρf dapat diukur dengan menggunakan

Persamaan (5) dan (6).

dengan mgu menyatakan massa gelas ukur, mf massa fluida, Vf volume fluida.

Dengan mensubstitusikan Persamaan (3) dan (4) ke dalam Persamaan (2) maka

diperoleh Persamaan (7).

FS = Vbg (ρb - ρf) (7)

Dengan mensubstitusikan Persamaan (1) ke dalam Persamaan (7) diperoleh Persamaan

(8).

Perubahan kecepatan lapisan fluida (v) dibagi jarak terjadinya perubahan (l) =

v / l. v / l dikenal dengan julukan gradien kecepatan. Pelat yang berada di sebelah atas

bisa bergerak karena ada gaya tarik (F). Untuk fluida tertentu, besarnya Gaya tarik yang

dibutuhkan berbanding lurus dengan luas fluida yang menempel dengan pelat (A), laju

fluida (v) dan berbanding terbalik dengan jarak l. Secara matematis, dapat ditulis

sebagai berikut:

Fluida yang lebih cair biasanya lebih mudah mengalir, sebaliknya fluida yang

lebih kental lebih sulit mengalir. Tingkat kekentalan fluida dinyatakan dengan koofisien

viskositas, jika fluida makin kental maka gaya tarik yang dibutuhkan juga makin besar.

Dalam hal ini, gaya tarik berbanding lurus dengan koofisien kekentalan. Secara

matematis bisa ditulis sebagai berikut:

Keterangan :

Satuan Sistem Internasional (SI) untuk koofisien viskositas adalah Ns/m2 = Pa.s

(pascal sekon). Satuan CGS (centimeter gram sekon) untuk si 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,

Jean Louis Marie Poiseuille.

Viskositas suatu bahan dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu (Bambang Kartika,

1990):

1. Suhu

Viskositas berbanding terbalik dengan suhu. Jika suhu naik maka viskositas akan

turun, dan begitu pula sebaliknya. Hal ini disebabkan karena adanya gerakan partikel-

partikel cairan yang semakin cepat apabila suhu ditingkatkan dan menurun

kekentalannya.

2. Konsentrasi larutan

Viskositas berbanding lurus dengan konsentrasi larutan. Suatu larutan dengan

konsentrasi tinggi akan memiliki viskositas yang tinggi pula, karena konsentrasi

larutan menyatakan banyaknya partikel zat yang terlarut tiap satuan volume. Semakin

banyak partikel yang terlarut, gesekan antar partikel semakin tinggi dan viskositasnya

semakin tinggi pula.

3. Berat molekul solute

Viskositas berbanding lurus dengan berat molekul solute, karena dengan

adanya solute yang berat akan menghambat atau memberi beban yang berat pada

cairan sehingga akan menaikkan viskositasnya.

4. Tekanan

Viskositas berbanding lurus dengan tekanan, karena semakin besar

tekanannya, cairan akan semakin sulit mengalir akibat dari beban yang dikenakannya.

Viskositas akan bernilai tetap pada tekanan 0-100 atm.

Pengukuran viskositas absolut secara langsung mendapat banyak kendala yang

sukar diatasi. Viskositas relatif suatu cairan merupakan perbandingan viskositas cairan

Absolut air pada suhu yang bersamaan. Hubungan ini dapat dinyatakan sebagai berikut:

22

11

2

1

.

.

td

td=

ηη

Macam-macam Viskometer Dan Pengukuran Kekentalan

Cara menentukan viskositas suatu zat menggunakan alat yang dinamakan

viskometer. Ada beberapa tipe viskometer yang biasa digunakan antara lain:

a. Viskometer kapiler / Ostwald

Viskositas dari cairan newton bisa ditentukan dengan mengukur waktu yang

dibutuhkan bagi cairan tersebut untuk lewat antara 2 tanda ketika ia 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 ( Moechtar,1990 ).

b. Viskometer Hoppler

Berdasrkan 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 hampir

tikal berisi zat cair yang diselidiki. Kecepatan jatuhnya bola merupakan fungsi dari

harga resiprok sampel ( Moechtar,1990 ).

c. 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 disepanjang keliling bagian tube sehingga menyebabkan penueunan

konsentrasi. Penurunan konsentrasi ini menyebabkab bagian tengah zat yang

ditekan keluar memadat. Hal ini disebt aliran sumbat ( Moechtar,1990 ).

d. Viskometer Cone dan Plate

Cara pemakaiannya adalah sampel ditempatkan ditengah-tengah papan, kemudian

dinaikkan hingga posisi dibawah kerucut. Kerucut digerakkan oleh motor dengan

bermacam kecapatan dan sampelnya digeser didalam ruang semit antara papan

yang diam dan kemudian kerucut yang berputar ( Moechtar,1990 ).

Tabel viskositas berbagai macam fluida:

Fluida Temperatur (o C) Koofisien Viskositas

Air

0 1,8 x 10-3

20 1,0 x 10-3

60 0,65 x 10-3

100 0,3 x 10-3

Darah (keseluruhan) 37 4,0 x 10-3

Plasma darah 37 1,5 x 10-3

Ethyl alkohol 20 1,2 x 10-3

Oli mesin(SAE 10) 30 200 x 10-3

Gliserin

0 10.000 x 10-3

20 1500 x 10-3

60 81 x 10-3

Udara 20 0,018 x 10-3

Hidrogen 0 0,009 x 10-3

Uap air 100 0,013 x 10-3

E. Alat dan Bahan

Alat

Viskometer Ostwald Pipet Volume 5 ml Stopwatch

Beker glass

Bahan

Aseton Aquades Larutan Gliserol 1 M Larutan Gliserol 0,75 M

Larutan Gliserol 0,5 M Larutan Gliserol 0,25 M

F. Langkah Kerja

1. Menghitung densitas air dari tiap-tiap larutan gliserol berbagai konsentrasi dengan

menggunakan piknometer

- dicuci dengan aseton- dialiri dengan zat yang akan dicari viskositasnya

- dimasukkan 5 ml larutan gliserol 0,25 M dengan pipet volume

- meniup larutan sampai berada di atas tanda batas bagian atas viskometer

-- dibiarkan turun- dicatat waktu yang diperlukan untuk melewati dua

tanda

- diulang sebanyak dua kali untuk perhitungan waktu

- diulang lagkah-langkah di atas untuk larutan gliseol 0,5 M ; 0,75 M ; 1 M ; dan air.

Viskometer Ostwald

Viskometer besih

5 ml Gliserol 0,25 M dalam viskometer

Larutan berada pada bagian atas tanda viskometer

Waktu (t)

Data pengamatan untuk t1, t2, t3, t4, dan t5

Viskositas gliserol

Waktu yang didapat digunakan untuk menghitung viskositas gliserol

G. Tabel Pengamatan

No Perlakuan Pengamatan Kesimpulan 1

2

3

4

5

6

7

8

Mencuci viskometer

ostwald dan

mengalirinya dengan

larutan yang akan

dicari viskositasnya

Memasukkan 5 ml

larutan gliserol 0,25 M

dalam viskometer

dengan pipet volume

Meniup larutan sampai

cairan berada di atas

tanda batas viskometer

Membiarkan cairan

turun dan mencatat

waktu yang dibutuhkan

untuk melewati dua

tanda tersebut

Mengulangi langkah 3

dan 4 sebanyak 2 kali

dan selisih waktu

ketiganya tidak boleh

lebih dari 0,5 detik

Mengulangi langkah di

atas untuk larutan

gliserol 0,5 M ; 0,75 M

; 1 M; dan Air

Menghitung viskosits

cairan dari data yang

telah didapat

Massa jenis air

gr/ml 5924,150

622,79 ===V

mρ

Massa jenis gliserol 0,25 M

gr/ml 5979,150

897,79 ===V

mρ

Massa jenis gliserol 0,5 M

gr/ml 6033,150

163,80 ===V

mρ

Massa jenis gliserol 0,75 M

gr/ml 6085,150

433,80 ===V

mρ

Massa Jenis Gliserol 1 M

gr/ml 6143,150

715,80 ===V

mρ

Bahan t1 t2

Air

Gliserol 0,25 M

Gliserol 0,5 M

Gliserol 0,75 M

Gliserol 1 M

7,89

10,35

12,64

13,32

14,17

8,10

09,90

12,96

13,54

14,35

H. Analisa Data dan Pembahasan

Percobaan yang berjudul menentukan kekentalan relatif zat cair dengan

viskometer Ostwald bertujuan untuk melatih menggunakan viskometer Ostwald,

menentukan sifat-sifat molekul, dan menyelidiki angka kekentalan (viskositas) suatu

zat cair dengan menggunakan air sebagai pembanding.

Percobaan ini dilakukan dengan langkah awal yaitu mencuci viskometer

Ostwald dengan larutan aseton dan mengalirinya dengan larutan yang kan diuji

(diukur viskositasnya). Langkah ini bertujuan agar larutan yang berada pada pipa

kapiler viskometer tidak bercampur dengan larutan yang berbeda sehingga

mempengaruhi hasil pengamatan.

Langkah selanjutnya adalah memasukkan larutan yang akan diuji

viskositasnya, dalam hal ini yaitu larutan gliserol 1 M ; 0,75 M ; 0,5 M ; 0,25 M ; dan

air sebagai pembanding, kemudian meniup larutan sampai berada pada bagian atas

tanda batas, lalu larutan dibiarkan turun dan mencatat waktu yang dibutuhkan untuk

melewati dua tanda tersebut.

Waktu yang diperlukan untuk melewati tanda itulah yang akan dicatat sebagai

t. Waktu tersebut digunakan untuk mengukur viskositas dari larutan gliserol masing-

masing konsentrasi. Langkah tersebut diulang sebanyak 2 kali dengan menggunakan

larutan dengan kosentrasi yang sama, selanjutnya digunakan larutan dengan

konsentrasi yang berbeda.

Setelah mengetahui waktu dari masing-masing konsentrasi, kemudian

membandingkan dengan harga viskositas dari air. Dengan mengetahui viskositas air,

maka penentuan viskositas relative larutan gliserol untuk masing-masing konsentrasi

dapat ditentukan dengan persamaan berikut:

22

11

2

1

.

.

td

td=

ηη

Dengan ρ air = 1.002 gr/ml ; tair rata-rata = 7.995 detik, maka dapat diperoleh harga

viskositas relatif larutan gliserol sebagai berikut:

Konsentrasi (M) Viskositas relative (gr s/cm3)0.25 1.26550.5 1.60840.75 1.697

1 1.812

Dari hasil viskositas di atas kemudian dibuat grafik hubungan antara konsentrasi

dengan viskositas larutan gliserol. Seperti ditunjukkan grafik di bawah ini:

dari grafik tersebut diperoleh hubungan bahwa semakin besar konsentrasi suatu

larutan maka semakin besar pula viskositasnya. Hal tersebut dibuktikan pada

percobaan dimana semakin besar konsentrasinya maka cairan semakin sulit mengalir

(waktu yang dibutuhkan besar).

Semakin besar viskositas cairan, maka semakin sulit cairan tersebut mengalir.

Konsentrasi yang besar, maka semakin kuat interaksi antar molekul sejenis (gaya

kohesi), semakin besar gaya kohesi maka semakin kecil kemampuan untuk mengalir

karena untuk dapat mengalir, harus mengatasi gaya Van Der Walls. Jika zat cair

tersebut sudah dapat mengalir, maka proporsi kecepatan molekul sesuai dengan

Distribusi Boltzman.

Viskositas juga dipengaruhi oleh berat molekul solute. Viskositas berbanding

lurus dengan berat molekul solute, karena dengan adanya solute yang berat akan

menghambat atau memberi beban yang berat pada cairan sehingga akan menaikkan

viskositasnya.

I. Simpulan

1. Viskometer Ostwald bekerja berdasarkan metode kenaikan pipa kapiler.

2. Zat-zat yang mempunyai konsentrasi tinggi, semakin kuat interaksi antar molekul

sejenis (gaya kohesi), semakin besar gaya kohesi maka semakin kecil kemampuan

untuk mengalir karena untuk dapat mengalir, harus mengatasi gaya Van Der Walls.

3. Viskositas relatif larutan gliserol 0,25 M, 0,5 M, 0,75 M, dan 1 M berturut-turut

adalah 1.2655 gr s/cm3, 1.6084 gr s/cm3, 1.697 gr s/cm3, dan 1.812 gr s/cm3.

J. Daftar Pustaka

Atkins, P. W. 1996. Kimia Fisik Jilid 2. Jakarta: Erlangga.

Nasruddin, Harun, dkk. 2010. Panduan Praktikum Kimia Fisika IV. Surabaya: FMIPA

Unesa.

Olovan s, Daniel. 2011. Viskositas. Laporan Praktikum.Universitas Padjadjaran.

Pratama, dkk. 2000. Buku Materi Pokok Kimia Fisika II. Jakarta: Universits Terbuka.

Bird, Tony, 1987. Penuntun Praktium Kimia Fisik untuk Universitas. Jakarta. PT

Gramedia.

Farrington, Robert.1978. Kimia Fisika Jilid 2. Jakarta Erlangga