TEGANGAN PERMUKAAN CAIRAN

I. Tujuan

Menentukan tegangan permukaan cairan tunggal atau larutan.

Menentukan tegangan antar muka dua cairan yang tak saling campur

II. Teori Dasar

Tegangan permukaan merupakan fenomena menarik yang terjadi pada zat cair

(fluida) yang berada pada keadaan diam (statis). Contoh yang menarik, tetes air

cenderung berbentuk seperti balon (yang merupakan gambaran luas minimum

sebuah volume) dengan zat cair berada di tengahnya. Tegangan permukaan zat

cair merupakan kecenderungan permukaan zat cair untuk menegang, sehingga

permukaannya seperti ditutupi oleh suatu lapisan elastis” (Kanginan, 2009).

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 untuk membentuk luas permukaan baru (Wavega,

2008).

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 tempat silet itu berada. Lengkungan itu memperluas

permukaan zar cair namun zat cair dengan tegangan permukaannya berusaha

mempertahankan luas permukaannya sekecil mungkin.

Tegangan permukaan dinyatakan sebagai gaya per satuan panjang yang

memiliki symbol y dengan satuan dyne/cm. untuk mengukur tegangan permukaan

dapat dilakukan beberapa metode, diantaranya:

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 antar muka.

Dengan metode pipa kapiler yaitu dengan mengukur tegangan

permukaan zat cair dan sudut kelengkungannya denganmemakai pipa

berdiameter. Salah satu ujung pipa tersebut dicelupkan

kedalampermukaan zat cair maka zat cair tersebut permukaannya akan

naik sampai ketinggiantertentu.

2. Metode tersiometer Du-Nouy

Metode cincin Du-Nouy bisa digunakan untuk mengukur tegangan

permukaan ataupun tegangan antar muka. Prinsip dari alat ini adalah gaya

yang diperlukan untuk melepaskan suatu cincin platina iridium yang

dicelupkan pada permukaan sebanding dengan tegangan permukaan atau

tegangan antar muka dari cairan tersebut.

Perhitungan tegangan permukaan dengan metode Du Nouy :

Y= (Skala yang terbaca (dyne))/(2 x keliling cincin) X Faktor Koreksi

Alat : tensiometer Du Nouy

III. Data Pengamatan

Massa jenis udara = 0,001177g/ml

T ruangan = 25,5℃

C cincin platina = 6,015 cm

R/r = 53,8832824

1) Penentuan Massa Jenis Larutan

Wpikno kosong = 19,08 g

Wpikno+air = 45,60 g

No. Larutan Wpikno+larutan

1. Methanol 40,39 g

2. Toluene 41,77 g

3. Kloroform 58,31 g

4. Aseton 39,80 g

5. MgCl2 47,59 g

6. NaCl 46,69 g

7. NaCl : air (1:2) 45,99 g

8. NaCl : air (2:1) 46,37 g

2) Penentuan Faktor Kalibrasi

No. Beban Pbaca

(dyne/cm)

1. 1 1,1

2. 1 + 2 4,5

3. 1 + 2 + 3 10,2

Beban 1 = 0,04 g

Beban 2 = 0,12 g

Beban 3 = 0,16 g

3) Penentuan γ cairan

No. Larutan Pbaca

(dyne/cm)

1. Methanol 13,3

2. Toluene 15,1

3 Kloroform 15,0

4. Aseton 12,4

5. MgCl2 39,1

6. NaCl 32,3

7. NaCl : air (1:2) 30,5

8. NaCl : air (2:1) 34,5

9. Air : toluene (1:1) 18,1

IV. Perhitungan dan Pengolahan Data

1) Perhitungan volume pikno

air saat 25,5℃ = 0,9969186 g/mL

V pikno = mpikno+air – mpikno kosong

air

= 45,60 g−19,08 g0,9969186 g/mL

= 26,20197mL

2) Penentuan larutan

larutan = mpikno+larutan – mpikno kosong

V pikno

No. Larutan larutan (g/mL)

1. Methanol 0,813298

2. Toluene 0,865965

3. Kloroform 1,497216

4. Aseton 0,79078

5. MgCl2 1,088086

6. NaCl 1,053738

7. NaCl : air (1:2) 1,027022

8. NaCl : air (2:1) 1,041525

3) Penentuan Faktor Kalibrasi

ρnyata=mg2C×102

dyne/g

No. Beban (g) Pbaca(dyne/cm) Pnyata(dyne/cm)

1. 0,04 1,1 3,25852037

2. 0,26 4,5 21,1803824

3. 0,32 10,2 26,0681629

Kurva kalibrasi :

0 2 4 6 8 10 120

5

10

15

20

25

30f(x) = 2.33613768544064 x + 4.53203008001261R² = 0.800060980617047

P baca (dyne/cm)

P ny

ata

(dyn

e/cm

)

Dari persamaan garis y = ax+c

Faktor kalibrasi = a = 2,336

4) Penentuan Faktor Koreksi

Fr = 0,725+√0,04534−1,679( rR )+ 0,01452 PbacaD−dC2

¿¿

No. Larutan Fr

1. Methanol 0,869074

2. Toluene 0,870576

3 Kloroform 0,859928

4. Aseton 0,868134

5. MgCl2 0,894189

6. NaCl 0,887796

7. NaCl : air (1:2) 0,886614

8. NaCl : air (2:1) 0,89082

9. Air : toluene (1:1) 0,988913

5) Perhitungan Teganagn Permukaan γ

γ=Pbaca×Faktor kalibrasi×Fr

No. Larutan γ

1. Methanol 27,00109

2. Toluene 30,70835

3 Kloroform 30,13188

4. Aseton 25,14672

5. MgCl2 81,67308

6. NaCl 66,98669

7. NaCl : air (1:2) 63,16947

8. NaCl : air (2:1) 71,79297

9. Air : toluene (1:1) 41,81282

V. PEMBAHASAN

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. Tegangan terjadi karena adanya gaya kohesi yaitu gaya

tarik-menarik antara partikel sejenis. Kita dapat memisalkannya A mewakili partikel

di dalam zat cair sedangkan B mewakili partikel di permukaan zat cair. Partikel A

ditarik oleh gaya yang sama besar ke segala arah oleh partikel-partikel yang ada di

dekatnya. Hasilnya, resultannya adalah sama dengan nol. Sedangkan partikel B

ditarik oleh partikel-partikelyang ada disamping dan dibawahnya dengan gaya yang

sama besar.sehingga resultannya berarah ke bawah. Resultan ini menyebabkan

lapisan atas seakan tertutup selaput elastic. Inilah yang disebut dengan tegangan

permukaan.

Ada beberapa faktor yang dapat mempengaruhi tegangan permukaan, antara lain

adalah suhu. Dengan naiknya suhu, nilai tegangan permukaan akan semakin

menurun. Hal ini disebabkan karena ketika suhu meningkat, ada energi tambahan

yang diberikan ke dalam cairan sehingga meninkatkan energi kinetik molekul-

molekul dalam cairan, menyebabkan pengaruh interaksi antar cairan berkurang.

Kemudian, factor lain yang mempengaruhi adalah tekanan jenis. Penaruh tekanan

jenis berhubungan dengan volume molar. Semakin besar volume, maka tegangan

permukaannya semakin besar. Faktor selanjutnya adalah pengaruh dari komposisi

cairan (konsentrasi). Semakin tinggi konsentrasi suatu zat, maka tegangan

permukaannya semakin tinggi. Kemudian, massa jenis suatu zat juga berpengaruh

pada tegangan permukaan. Massa jenis berhubungan dengan kerapatan suatu zat.

Semakin rapat zat tersebut, maka tegangan permukaannya semakin besar.

Aplikasi tegangan permukaan pada dunia nyata dapat kita jumpai di kehidupan

sehari-hari, yaitu saat mencuci pakaian. Agar pakaian yang kita cuci benar-benar

bersih, maka air harus melewati harus melewati celah yang sangat sempit pada serat

pakaian. Untuk itu diperlukan penambahan luas permukaan air. Namun, hal ini sangat

sukar dilakukan karena adanya tegangan permukaan, sehingga nilai tegangan

permukaan air harus diturunkan terlebih dahulu. Salah satu caranya adalah dengan

menaikkan suhu, yaitu menambahkan air panas. Cara lainnya bisa dengan

menambahkan sabun. Gelembung dari sabun itulah yang dapat berfungsi menurunkan

tegangan permukaan.

Gelembung sabun memiliki dua selaput tipis pada permukaannya dan di antara

kedua selaput tersebut terdapat lapisan air tipis. Adanya tegangan permukaan

menyebabkan selaput berkontraksi dan cenderung memperkecil luas permukaannya.

Ketika selaput air sabun berkontraksi dan berusaha memperkecil luas permukaannya,

timbul perbedaan tekanaan udara di bagian luar selaput (tekanan atmosfir) dan

tekanan udara di bagian dalam selaput. Tekanan udara yang berada di luar selaput

ikut mendorong selaput air sabun ketika ia melakukan kontraksi, karena tekanan

udara di bagian dalam selaput lebih kecil. Setelah selaput berkontraksi, maka udara di

dalamnya (udara yang terperangkap di antara dua selaput) ikut tertekan, sehingga

menaikan tekanan udara di dalam selaput sampai tidak terjadi kontraksi lagi. Dengan

kata lain, ketika tidak terjadi kontraksi lagi, besarnya tekanan udara di antara selaput

sama dengan tekanan atmosfir + gaya tegangan permukaan yang mengerutkan

selaput. Kontraksi selaput inilah yang menimbulkan adanya gelembung sabun.

Aplikasi lainnya yaitu dengan adanya surfaktan yang mampu menurunka

tegangan permukaan, tegangan antarmuka, dan meningkatkan kestabilan system

emulsi. Sifat aktif permukaan surfaktan tersebut membuat surfaktan banyak

digunakan pada berbagai bidang industry sabun, deterjen, produk perawatan diri, dan

kosmetika. Kemudian aplikasi lain yang disebabkan karena adanya tegangan

permukaan adalah tetesan air dari kran dan tetesan embun berbentuk bola karena

dengan itu terbentuk permukaan yang sempit untuk memudahkan tegangan. Selain

itu, serangga dapat berjalan di atas air karena berat serangga dapat diatasi oleh kulit

yaitu saat cairan membentuk kulit penutup.

Dari hasil pengolahan data, didapat kurva yang linear dengan R² = 0.800 dan

persamaan y = 2,336x + 4,532. Dari tabel penentuan tegangan permukaan, diketahui

bahwa MgCl2 memiliki nilai tegangan permukaan yang paling tinggi, yaitu 81,673

dyne/cm. Padahal, yang memiliki massa jenis paling tinggi adalah kloroform dari

perhitungan massa pikno. Hal ini menunjukkan bahwa tegangan permukaan tidak

hanya dipengaruhi oleh massa jenis saja. Konsentrasi dari masing-masing larutan dan

volume yang digunakan juga turut mempengaruhi nilai tegangan permukaan.

Kemudian, tegangan permukaan pada dua larutan yang saling campur menunjukkan

bahwa air + NaCl dengan perbandingan 1:2 memiliki tegangan yang paling besar. Hal

ini karena perbandingan NaCl yang lebih besar komposisinya dalam larutan

dibandingkan dengan air. Massa jenis NaCl juga lebih besar daripada air, sehingga

air+NaCl dengan perbandingan 1:2 menunjukkan nilai tegangan permukaan yang

lebih besar. Sedangkan, nilai tegangan permukaan pada dua larutan yang tidak saling

campur menunjukkan nilai yang medium di antara larutan-larutan lainnya yang

diukur. Hal ini disebabkan gaya kohesif yang ditimbulkan kecil dan gaya adhesinya

besar karena molekul tidak sejenis. Sebenarnya, penentuan nilai tegangan permukaan

tidak hanya ditentukan dengan metode cinci du Nouy saja. Ada beberapa metode

yang dapat digunakan untuk menentuka tegangan permukaan. Metode-metode

tersebut antara lain metode pipa kapiler, metode maximum Bubble Pressure, metode

Drop-Weight, metode Wilhelmy Plate tensiometer, dan metode Du Noüy-Padday Rod

Pull tensiometer.

Pada metoda pipa kapiler, tegangan permukaan zat cair dan sudut

kelengkungannya diukur 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. Kemudian, pada metode maximum Buble Pressure, gelembung akan

bergantung pada tekanan yang diberikan. Saat tekanan ditambahkan maka jari – jari

gelembung akan membesar. Saat gelembung membesar, pertama – tama jari – jari

akan mengecil sampai mencapai minimum saat gelembung membentuk setengah

lingkaran dengan jari – jari yang sama dengan jari – jari tube. Tambahan tekanan

akan menyebabkan gelembung terlepas dari tube. Lalu pada metode Drop-Weight

tegangan permukaan dan berat tetesan cairan sampel dibandingkan dengan tegangan

permukaan dan berat cairan standar yang telah diketahui. Selanjutnya, pada metode

piringan Wilhelmy (Wilhelmy Plate tensiometer), gaya yang dibutuhkan untuk

mengangkat piring diukur dan tegangan permukaan ditentukan. Namun, metode ini

tidak lagi banyak digunakan. Kemudian metode Du Noüy-Padday Rod Pull

tensiometer menggunakan batang yang diturunkan ke dalam cairan uji. Batang

tersebut kemudian ditarik keluar dari cair dan gaya yang dibutuhkan untuk menarik

batang justru diukur. Ini adalah metode yang agak baru yang akurat dan berulang. Du

Noüy-Padday Rod Tarik tensiometer akan melakukan pengukuran cepat dan tidak

seperti metode cincin dan plat, akan bekerja dengan cairan dengan berbagai

viskositas. Metode yang terakhir inilah merupakan metode yang paling efektif untuk

menentukan nilai tegangan permukaan.

VI. Kesimpulan

Dari percobaan diperoleh:

No Senyawa Tegangan permukaan (Dyne/cm)1 Methanol 27,0012 Kloroform 30,3123 MgCl2 81,6734 NaCl:air (1:2) 63,1695 Toluen 30,7386 Aseton 25, 1487 NaCl 66,9878 NaCl:air 71,793

Tegangan antar muka dari larutan tak campur air dan toluene (1:1) yaitu 41,813.

VII. Daftar Pustaka

Daniels et al. 1970. “Experimental Physical Chemistry 7th Ed.” p.357-365

F. Daniels, R. A. Alberty. “Physical Chemistry.” hal 252 - 259

LAMPIRAN 1Jawaban Tes Awal G-3

Tuliskan cara kerja percobaan ini!Mula-mula alat tensiometer dikalibrasi terlebih dahulu agar bisa memperkecil

kemungkinan kesalahan yang terjadi karena alat, yaitu dengan cara berat beban diukur

terlebih dahulu. Sebelum beban digantungkan, pembacaan di-nol-kan terlebih dahulu,

dilihat dari kedudukan jarum yang berhimpit dengan garis yang berada di tengah cermin.

Kemudian, beban tersebut digantungkan pada lengan torsi. Lalu, tegangan permukaan (P

baca) ditentukan dengan tetap mempertahankan jarum penunjuk tetap berhimpit pada

garis di tengah cermin.

Setelah dilakukan factor kalibrasi, cincin Pt-Ir dibersihkan terlebih dahulu dengan

dicelupkan ke dalam alcohol. Setelah itu, cincin digantungkan pada lengan torsi dalam

keadaan teraretir. Cairan yang akan diukur nilai tegangan permukaannya ditempatkan

dalam gelas kimia dan diletakkan di atas penyangga. Penyangga ini diposisikan

sedemikian rupa sehingga bila diturunkan, cincin yang semula tercelup di dalam cairan

dapat mencapai permukaan. Kemudian, penyangga dinaikkan sampai cincin sampai ke

permukaan antara udara dan cairan atau antarmuka antar kedua cairan yang tidak saling

campur. Setelah itu, cincin diangkat sampai film/lamela cairan yang diukur pecah. Skala

pembacaan dibaca saat film tersebut pecah.

Apa yang dimaksud dengan kerja adhesi dan kerja kohesi ?

Definisi adhesi yaitu gaya tarik menarik antara molekul-molekul zat tidak sejenis.

Misalnya, tinta dpat menempel di kertas, kapur dapat menempel di papan tulis dan semen

dapat melekatkan batu dengan pasir.

Pengaruh gaya adhesi terhadap zat cair akan menentukan cembung / cekungnya

permukaan zat cair itu dalam pipa kapiler, juga menentukan tinggi / rendahnya

permukaan zat cair itu dalam bejana berhubungan. Jika adhesi lebih besar dari pada

kohesi, permukaan (meniscus) zat caor dalam pipa kapiler akan cekung. Jika zat cair itu

berada dalam bejana berhubungan, permukaan zat cair dalam pipa kecil akan lebih tinggi

dibandingkan permukannya pada pipa yang lebar.

Definisi kohesi. Kohesi adalah gaya tarik menarik antara molekul zat sejenis.

Misalnya gaya tarik menarik antara molekul-molekul kapur sehingga membentuk kapur

batang dan antara molekul-molekul gula hingga membentuk butiran gula pasir.

Salah satu aspek yg memengaruhi daya kohesi adalah kerapatan dan jarak antar

molekul dalam suatu benda. Kohesi berbanding lurus dengan kerapatan suatu benda, bila

kerapatan semakin besar maka kohesi yg akan didapatkan semakin besar.

Dalam pada ini, benda berbentuk padat memiliki kohesi yang paling besar; dalam

bentuk cair lebih lemah dan dalam bentuk gas yang memiliki kohesi yang paling lemah.

Apa yang mempengaruhi tegangan suatu cairan ?

Temperatur, Viskositas, Densitas dan Konsentari

Urutkan kepolaran antara aseton, alkohol dan kloroform ?

Kloroform < Aseton < Alkohol

Laporan Kimia Fisik

Percobaan G-3

TEGANGAN PERMUKAAN CAIRAN

Nama : Ansori Muchtar

NIM : 10510071

Kelompok :

Tanggal Praktikum : 21 September 2012

Tanggal Laporan : 28 September 2012

Asisten: Hapsari dan Angga

Laboratorium Kimia Analitik

Program Studi Kimia

Fakultas Matematika Dan IPA

Institut Teknologi Bandung

2012

1. Prinsip dasar percobaan. Jelaskan !

Prinsip dari percobaan ini adalah menetukan model adsorpsi yang sesuai untuk adsorpsi

asam asetat oleh karbon aktif dengan cara mengukur konsentrasi larutan zat asam asetat

setelah adsorpsi karbon aktif dengan konsentrasi awal yang bervariasi dan pengadukan

selama 30 menit melalui titrasi asam basa.

2. Jelaskan perbedaan adsorpsi fisik dan adsorpsi kimia !

Adsorpsi fisika terjadi bila gaya intermolekular lebih besar dari gaya tarik antar molekul

atau gaya tarik menarik yang relatif lemah antara adsorbat dengan permukaan adsorben, gaya

ini disebut gaya Van der Waals sehingga adsorbat dapat bergerak dari satu bagian permukaan

ke bagian permukaan lain dari adsorben.

            Adsorpsi kimia terjadi karena adanya reaksi antara molekul-molekul adsorbat dengan

adsorben dimana terbentuk ikatan kovalen dengan ion.

            Perbedaan antara adsorpsi fisika dengan adsorpsi kimia dapat dilihat pada tabel berikut1:

No Parameter Adsorpsi fisika Adsorpsi kimia

1 Adsorben semua jenis Terbatas

2 Adsorbat semua gas kecuali gas mulia

3 Jenis ikatan fisika Kimia

4 Panas adsorpsi 5 – 10 kkal/gr-mol gas 10-100 kkal/gr-mol gas

5 Temperatur operasi di bawah temperatur kritis di atas temperatur kritis

6 Energi aktivasi kurang dari 1 kkal/gr-mol 10-60 kkal/gr-mol

7 Reversibilitas Reversible Tidak selamanya

reversible

8 Tebal lapisan Banyak (multilayer) Satu (monolayer)

9 Kecepatan adsorpsi Besar Kecil

10 Jumlah zat

teradsorp

Sebanding dengan

kenaikan tekanan

Sebanding dengan

banyaknya inti aktif

adsorben yang dapat

bereaksi dengan adsorbat

3. Jelaskan aplikasi isoterm adsorpsi di kehidupan sehari-hari !

Adsorpsi fisika disebabkan oleh gaya Van Der Waals yang ada pada permukaan adsorben

(gaya yang terjadi sama seperti gaya kondensasi gas untuk cairan). Contoh: Adsorpsi oleh

karbon aktif.

Adsorpsi kimia terjadi antara adsorbat dan adsorben, banyaknya zat yang teradsorpsi

bergantung dengan sifat zat padatnya dan merupakan fungsi tekanan dan suhu. Contoh: Ion

exchange.