LAPORAN RESMI

PRAKTIKUM KIMIA FISIKA

TEGANGAN PERMUKAAN

KELOMPOK A - 4 :

Setiawan Limantoro 6103011071

Felisia Puspitaningsih 6103011086

PROGRAM STUDI TEKNOLOGI PANGAN

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

UNIVERSITAS KATOLIK WIDYA MANDALA SURABAYA

2012

I. TUJUAN

Menentukan tegangan permukaan cairan secara relative dengan air sebagai zat pembanding

dan menentukan pengaruh konsentrasi zat terlarut terhadap tegangan permukaan

II. DASAR TEORI

Menurut Glasstone (1961), tegangan permukaan merupakan besarnya gaya yang bekerja tegak

lurus per satuan panjang permukaan. Volume per unit molekul dalam fase uap lebih kecil daripada

fase cair, sehingga zat cair berusaha memperkecil luas permukaan, yaitu dengan menarik molekul-

molekul di permukaan cairan lebih tertarik ke dalam cairan sehingga mengakibatkan tegangan

permukaan.

Berikut ini adalah tabel tegangan permukaan cairan di berbagai suhu dalam dyne/cm

Zat cair yang

bersentuhan dengan

udara

Suhu (oC)

Tegangan Permukaan

(mN/m = dyn/cm)

Air 0 75,60

Air 20 72,80

Air 25 72,20

Air 60 66,20

Air 80 62,60

Air 100 58,90

(http://dani-sains.blogspot.com/2010/03/tegangan-permukaan.html)

Terdapat 4 metode untuk menentukan tegangan permukaan cairan, yaitu:

Metode kenaikan kapiler (capillary-rise method)

Metode ini diadasarkan pada kenyataan bahwa kebanyakan cairan dalam pipa kapiler

mempunyai permukaan lebih tinggi daripada permukaan di luar pipa. Metode ini dilakukan dengan

cara membenamkan kapiler ke dalam larutan. Tinggi dimana mencapai solusi di dalam kapiler

berhubungan dengan tekanan pada permukaan. (Sukardjo, 2002).

Metode cincin (Du-Nouy method)

Metode ini merupakan metode tradisional untuk menghitung tegangan permukaan. Metode

cincin Du-Nouy bisa digunakan untuk mengukur tegangan permukaan ataupun tegangan antar

muka. Prinsip dari metode ini adalah gaya yang diperlukan untuk memisahkan suatu cincin Pt,

yang dimasukkan dalam cairan yang diselidiki, dari permukaan cairan diukur. Gaya yang

diperlukan untuk melepaskan cincin sebanding dengan tegangan permukaan atau tegangan antar

muka dari cairan tersebut (Sukardjo, 2002).

Metode tetes (drop-weight method)

Sebuah metode untuk menentukan tegangan permukaan sebagai fungsi antarmuka. Cairan dari

konsentrasi tertentu akan dipompa ke dalam cairan yang lain dan waktu yang berbeda saat tetes

dihasilkan diukur (Daniels, 1956).

Tekanan maksimal gelembung (bubble-pressure method)

Sebuah metode universal terutama cocok untuk memeriksa tekanan pada permukaan atas

interval waktu panjang. Sebuah vertikal sepiring dikenal perimeter terlampir untuk keseimbangan,

dan memaksa karena pembasahan diukur (Daniels, 1956).

Kenaikan Kapiler

Dalam penentuan tegangan permukaan, cara yang paling sering digunakan adalah metode

kenaikan kapilaritas. Kapilaritas adalah gejala naik atau turunnya zat cair dalam tabung kapiler

yang dimasukkan sebagian ke dalam zat cair karena ada pengaruh adhesi dan kohesi. Kohesi adalah

gaya tarik-menarik antar molekul yang sama jenisnya. Gaya kohesi yang kuat pada permukaan

merupakan tegangan permukaan. Ketika gaya tarik-menarik terjadi antar molekul yang berbeda

disebut gaya adhesi. Gaya adhesi terjadi antara molekul air dan dinding pada pipa kaca yang

menyebabkan kenaikan cairan ke atas.

Menurut Sukardjo (2002), bila pipa kapiler dengan jari-jari r dimasukkan dalam cairan yang

membasahi gelas. Dengan membasahi dinding bagian dalam, zat cair ini naik, kenaikan ini

disebabkan oleh gaya akibat adanya tegangan permukaan. Cairan akan naik sampai tinggi tertentu,

sehingga terjadi keseimbangan gaya ke atas dan ke bawah.

Gambar Penetapan dengan cara Kenaikan kapiler (Sukardjo,2002)

Apabila cairan sudut kontak antara cairan dan dinding tabung kurang dari 900, cairan dikatakan

membasahi permukaan dan cairan akan membentuk miniskus cekung (concave). Jika sudutnya 900

miniskus datar, jika sudut kontaknya lebih dari 900

maka akan membentuk miniskus cembung

(convex). Jika gaya adhesi antara cairan dan materi dinding kapiler dinding lebih lemah daripada

kohesi cairan maka cairan dalam pipa akan menarik diri dan menyebabkan permukaannya

melengkung dan mempunyai tekanan tinggi dibagian bawah dan menyamakan tekanan pada

kedalaman yang sama diseluruh bagian cairan. Hal ini mengakibatkan penurunan kapiler (Atkins,

1999)

F1 = 2r cos

Keterangan:

F1 = gaya ke atas

= tegangan permukaan

r = jari-jari kapiler

= sudut kontak

Pada keseimbangan, gaya ke atas dan ke bawah setara, sehingga :

2.r.. cos = .r2..h.g = (.h.g.r) / 2 cos

Menurut Daniels (1956), untuk sebagian besar cairan, termasuk air, sudut kontaknya sangat kecil,

mendekati 0, cos = 1 sehingga

= .h.g.r

Dalam percobaan ini dilakukan dengan membandingkan cairan yang diketahui (air) dengan

cairan yang tidak diketahui tegangan permukaannya (sirup).

x = ( hx . x . air) / (hair . air)

Keterangan:

hx = kenaikan zat x (mL)

x = berat jenis zat x (g/mL)

x = tegangan permukaan zat x (dyne/cm)

air = tegangan permukaan zat cair (dyne/cm)

hair = kenaikan air (mL)

air = berat jenis air (g/mL)

Jangka Sorong

Gambar 1 : 2.bp.blogspot.com

Cara membaca jangka sorong

Jangka sorong biasanya digunakan untuk mengukur diameter suatu benda. Jika jangka

sorongnya mempunyai ekor, maka ekor tersebut dapat digunakan untuk mengukur kedalaman.

Jangka sorong mempunyai 2 skala yaitu skala utama dan skala nonius. Jangka sorong memiliki

ketelitian hingga 0.1mm=0.01 cm.

Cara membaca diameternya (X):

X= Skala utama + Skala nonius

Ket:

X= diameter benda yang diukur (cm)

Dalam membaca nilai di skala utama lihatlah angka sebelum/sama dengan angka 0 yang

terdapat di skala nonius. Angka 1 di skala utama bernilai 1 cm jadi garis-garis sebelum angka satu

masing-masing bernilai 0.1 cm.

Dalam membaca nilai di skala nonius lihatlah garis di skala nonius yang berhimpit dengan garis

di skala utama maka garis tersebut adalah nilai skala nonius. Setiap garis diskala nonius bernilai

0.01 cm. Jika di skala nonius terdapat angka 1 maka nilainya 0.01 cm dan jika diantara angka 0 dan

1 ada sebuah garis, maka nilai garis itu 0.005 cm.

Contoh 1:

Gambar 2. (sumber gambar: noor-ridhwan.blogspot.com)

X = skala utama + skala nonius

Skala utama= 2 cm (lihat angka diskala utama sebelum angka 0 di skala nonius)

Skala nonius= 0.06 cm (lihat garis diskala nonius yang berhimpit dengan skala utama)

X= 2 cm + 0.06 cm

= 2.06 cm

contoh 2:

lihat gambar 3 dibawah ini!

gambar 3 (Sumber gambar: adiwarsito.wordpress.com)

X = skala utama + skala nonius

Skala utama= 5.3 cm (lihat angka diskala utama sebelum angka 0 di skala nonius)

Skala nonius= 0.05 cm (lihat garis diskala nonius yang berhimpit dengan skala utama)

X= 5.3 cm + 0.05 cm

= 5.35 cm

Yang diatas adalah jangka sorong manual, terdapat juga jangka sorong digital dengan display

digital perhitungannya sehingga kita tidak perlu lagi menghitungnya, cukup dengan menggesernya

sesuai dengan diameternya.

Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Tegangan Permukaan

1. Suhu

Kita bisa menurunkan tegangan permukaan dengan cara menggunakan air panas. Makin tinggi

suhu air, maka baik karena semakin tinggi suhu air, semakin kecil tegangan permukaan (agnes-

sahabat.blogspot.com).

2. Konsentrasi zat terlarut

Telah diamati bahwa solut yang ditambahkan kedalam larutan dapat menurunkan tegangan

permukaan, karena mempunyai konsentrasi dipermukaan yang lebih besar daripada didalam larutan.

Sebaliknya solut yang penambahannya kedalam larutan dapat menaikkan tegangan muka

mempunyai konsentrasi dipermukaan yang lebih kecil daripada didalam larutan (Moore, 1962).

3. Massa jenis zat

Semakin besar masa jenis zat maka semakin besar pula konsentrasi zat terlarut dan semakin

kecil tegangan permukaan zat tersebut.

III. ALAT DAN BAHAN

Alat :

Pipet ukur 0,1 mL

Beker gelas 100 mL

Stopwatch

Labu takar 50 mL

Corong gelas

Pipet volume 5 mL

Pipet volume 15 mL

Pipet volume 25 mL

Piknometer

Waterbath

Timbangan analitis

Thermometer

Jangka sorong

Bulb

Bahan :

Sirup konsentrasi 10%, 30% dan 50%

Akuades

Es batu

IV. CARA KERJA

Penentuan densitas masing masing jenis cairan yang akan dianalisis menggunakan piknometer

(akuades, sirup 10%, sirup 30%, dan sirup 50%)

(*)Pengisian beker gelas 100 mL dengan 25 mL akuades

Pengisian pipet ukur 0,1 mL dengan akuades (menggunakan bantuan bulb) hingga tepat pada

garis batas

Pemasukkan pipet ukur 0,1 mL yang sudah terisi akuades ke dalam beker gelas yang sudah

berisi 25 mL akuades

Akuades dalam pipet ukur tersebut akan turun sampai pada batas tertentu

Pengukuran tinggi permukaan akuades pada pipet ukur dan pada beker gelas (menggunakan

jangka sorong)

Hitung selisih tingginya sebagai h

Pengulangan 3x

Penggantian akuades dengan sirup dengan konsentrasi 10%, 30% dan 50%

(Ulangi percobaan di atas (*) pada masing-masing konsentrasi sebanyak 3x)

Penentuan Densitas Zat

Penimbangan piknometer kosong (bersih dan kering) secara analitis

Pengisisan piknometer menggunakan zat yang hendak di ukur densitasnya sebanyak 10 mL

Diamkan pada suhu 20C ( 2 menit)

Penimbangan kembali piknometer yang berizi zat tersebut

Hitung densitas menggunakan rumus

Pembuatan Sirup Konsentrasi 10%, 30% dan 50%

Pengambilan sirup sebanyak 5 mL untuk konsentrasi 10%, 15 mL untuk konsentrasi 30% dan

25 mL untuk konsentrasi 50%

Pemasukan sirup tersebut dalam labu takar 50 mL

Penambahan akuades hingga tepat 50 mL

Homogenkan

V. HASIL PENGAMATAN DAN PERHITUNGAN

DENSITAS

Akuades Sirup 10% Sirup 30% Sirup 50%

Piknometer kosong (g) 12,8720 16,2447 11,5958 11,8492

Piknometer + zat (g) 22,6829 26,3326 22,5650 23,6488

Volume (mL) 10 10 10 10

Berat zat (g) 9,8109 10,0879 10,9692 11,7996

g/cm3 (suhu 20C) 0,9811 1,0088 1,0969 1,1799

g/cm3 (suhu ruang 33C) 0,9948 1,0229 1,1122 1,1964

Contoh Perhitungan Densitas (Suhu 20C)

Akuades

Contoh Perhitungan Densitas (Suhu ruang 33C)

Interpolasi Pada suhu 33C :

Sirup 10%

Sirup 30%

Sirup 50%

Tegangan Permukaan

SAMPEL h PIPET

(cm)

h BEKER

(cm)

SELISIH

(cm)

RATA-

RATA h

(cm)

TEGANGAN PERMUKAAN

(dyne/cm)

Densitas Suhu

20C

Densitas Suhu

ruang 33C

Akuades

4,646 1,244 3,402

3,392

71,46

(hasil interpolasi

pada suhu 32C)

71,46

(hasil interpolasi

pada suhu 32C)

4,682 1,258 3,424

4,616 1,266 3,35

Sirup 10%

4,430 1,558 2,872

2,9327 63,53 63,53 4,638 1,608 3,03

4,380 1,484 2,896

Sirup 30%

4,244 1,582 2,662

2,76 65,01 65,01 4,370 1,530 2,84

4,188 1,410 2,778

Sirup 50%

3,850 1,320 1,73

2,596 65,77 65,77 3,800 1,246 2,554

3,970 1,266 2,704

Contoh Perhitungan Tegangan Permukaan

Suhu akuades = 32C

Suhu ruang = 33C

Interpolasi Pada suhu 32C :

Menggunakan Densitas pada suhu 20C

Sirup 10%

Sirup 30%

Sirup 50%

Menggunakan Densitas pada suhu ruang 33C

Sirup 10%

Sirup 30%

Sirup 50%

VI. PEMBAHASAN

Dalam percobaan ini larutan yang dipakai adalah larutan sirup dengan konsentrasi tertentu yaitu

10%, 30%, 50%. Terdapat pula sampel 100% air murni (aquades) yang digunakan sebagai

pembanding. Sebelum dilakukan percobaan untuk mengukur tegangan permukaan, harus ditentukan

terlebih dahulu densitas dari sampel yang dipakai dalam percobaan yaitu air dan sirup dengan

konsentrasi 10%, 30% dan 50% dengan menggunakan piknometer. Saat menggunakan piknometer,

larutan yang ditentukan densitasnya harus dijaga agar suhunya tetap 20oC sebelum ditimbang

analitis, hal tersebut karena prinsip kerja dari piknometer yaitu 10 mL larutan 20oC, suhu

mempengaruhi volume larutan. Kemudian setelah didapatkan berat analitis dari larutan, maka akan

diperoleh densitas dengan rumus volume

massa , untuk volume = 10 mL. Dari hasil perhitungan,

densitas air, sirup 10%, 30%, dan 50% berturut-turut adalah 0,9811 g/cm3, 1,0088 g/cm

3, 1,0969

g/cm3, 1,1799 g/cm

3. Hasil tersebut sesuai dengan teori dimana teori menyatakan semakin banyak

konsentrasi zat terlarut maka semakin tinggi pula densitasnya. Karena konsentrasi sirup yang

semakin tinggi maka semakin banyak jumlah molekul dalam larutan sehingga larutan akan semakin

rapat (densitasnya meningkat).

Setelah densitas telah ditentukan, selanjutnya adalah membuat larutan sirup konsentrasi 10%,

30% dan 50%. Untuk menghitung banyaknya sirup yang ditambahkan pada masing-masing

konsentrasi digunakan rumus totalv

sirupv% , dengan volume total adalah 50 mL karena larutan

sirup yang akan dibuat untuk masing-masing konsentrasi adalah 5 mL untuk sirup konsentrasi 10%,

15 mL untuk sirup konsentrasi 30% dan 25 mL untuk sirup konsentrasi 50%. Kemudian di

homogenkan dengan akuades pada labu takar 50 mL. Larutan yang telah dibuat dan juga akuades

masing-masing dituang ke gelas beker yang terpisah sebanyak 25 mL. Setelah itu dilakukan

pengukuran tegangan permukaan untuk masing-masing larutan maupun akuades.

Pada percobaan, tegangan permukaan zat diukur dengan menggunakan metode kenaikan

kapiler. Kapilaritas merupakan gejala naik atau turunnya zat cair () dalam tabung kapiler yang

dimasukkan ke dalam cairan yang membasahi dinding maka cairan akan naik ke dalam kapiler

karena adanya tegangan permukaan. Tegangan permukaan ini terjadi karena molekul berkohesi

sangat kuat dengan molekul lain pada permukaan.

Kohesi adalah gaya tarik-menarik antar molekul yang sama jenisnya. Gaya kohesi yang kuat

pada permukaan merupakan tegangan permukaan. Ketika gaya tarik-menarik terjadi antar molekul

yang berbeda disebut gaya adhesi. Gaya adhesi terjadi antara molekul air dan dinding pada pipa

kaca yang menyebabkan kenaikan cairan ke atas.

Pengukuran tegangan permukaan dilakukan dengan meletakkan pipa kapiler (pipet ukur 0,1

mL) pada beker yang telah berisi akuades atau sirup dengan berbagai konsentrasi. Pipa kapiler

kemudian diberi tekanan dengan menggunakan bulb sehingga cairan naik sampai batas (skala 0).

Tekanan kemudian dilepaskan (bulb dilepas) sehingga permukaan cairan pada pipa kapiler akan

turun sampai ketinggian tertentu. Kemudian ketinggian cairan pada pipa kapiler serta ketinggian

cairan pada beker gelas diukur menggunakan jangka sorong. Selisih antara ketinggian cairan pada

pipa kapiler dan pada beker gelas adalah h.

Pengukuran tinggi cairan dalam pipa kapiler maupun tinggi cairan dalam beker glass diukur

dengan menggunakan jangka sorong. Tinggi permukaan cairan dalam kapiler dan beker glass,

diukur dengan bagian depth bar (mendorong bagian slider sehingga tinggi dept bar sama dengan

tinggi cairan. Setelah tinggi telah sama maka clamp screw diputar agar slider tidak dapat bergerak

lagi. Kemudian skala dibaca.

Pada data percobaan, tinggi cairan dalam kapiler selalu lebih besar dari tinggi cairan dalam

beker glass. Hal tersebut dipengaruhi oleh diameter wadah. Meskipun pada kapiler volumenya lebih

kecil dari beker glass, namun karena diameter wadah dari kapiler lebih kecil dari beker maka tinggi

cairan didalamnya juga lebih besar.

Faktor-faktor yang dapat mempengaruhi tegangan permukaan,antara lain:

Suhu

Suhu merupakan salah satu faktor yang mempengaruhi tegangan permukaan. Pada saat

percobaan, suhu akuades adalah 32oC. Menurut teori hanya didapat tegangan permukaan akuades

pada suhu 40oC dan 30C yang besarnya adalah 70,1 dyne/cm dan 71,8 dyne/cm. Semakin tinggi

suhu maka semakin rendah tegangan permukaan (agnes-sahabat.blogspot.com). Untuk memperoleh

tegangan permukaan akuades pada suhu 32oC maka digunakan teknik interpolasi. Sedangkan untuk

perhitungan tegangan permukaan sirup digunakan rumus airair

airxx

xh

h

, x adalah tegangan

permukaan sirup yang dicari, xh adalah selisih tinggi cairan (sirup) dalam kapiler dan cairan dalam

beker glass, x adalah masa jenis sirup, air adalah tegangan permukaan air 32oC yang didapat dari

interpolasi, airh adalah selisih tinggi cairan (akuades) dalam kapiler dan cairan dalam beker glass,

air adalah masa jenis air yang didapat dari pengukuran dengan piknometer.

Massa jenis zat

Masa jenis zat juga dapat mempengaruhi tegangan permukaan ( x ). Semakin besar masa jenis

zat maka semakin besar pula konsentrasi zat terlarut dan semakin kecil tegangan permukaan zat

tersebut.

Berdasarkan hasil percobaan dapat dilihat bahwa semakin tinggi konsentrasi zat terlarut maka

akan semakin rendah rata-rata h nya. Hal tersebut sebanding dengan tinggi cairan dalam kapiler.

Semakin tinggi konsentrasi zat terlarut akan meningkatkan viskositas larutan dan menyebabkan

meningkatnya gaya kohesi antar molekul sirup sehingga gaya adhesi antara larutan dan dinding pipa

kapiler berkurang. Gaya adhesi yang berkurang menyebabkan cairan lebih mudah turun dalam pipa

kapiler. Nilai rata-rata h juga sebanding dengan tegangan permukaan zat serta berbanding terbalik

dengan konsentrasi zat terlarut. Semakin tinggi konsentrasi sirup maka semakin banyak pula zat

terlarut (gula) yang terkandung di dalamnya. Hal ini menyebabkan gugus hidrofilik (pada gula)

menjadi banyak dan terjadi ikatan hidrogen antara gugus -H pada air dan gugus -OH pada senyawa

gula. Ikatan ini mengakibatkan berkurangnya gaya tarik-menarik antar molekul air (polar) sehingga

tegangan permukaan dari larutan berkurang (Moore, 1962). Pada hasil percobaan,didapatkan bahwa

tegangan permukaan air ke sirup konsentrasi 30% dan 50% mengalami peningkatan. Hal ini tidak

sesuai dengan teori yang menyebutkan bahwa semakin tinggi konsentrasi maka tegangan

permukaan semakin rendah. Ketidaksesuaian ini mungkin disebabkan karena ketidaktelitian

praktikan dalam membaca skala pada jangka sorong dan kurang tepatnya konsentrasi larutan yang

dibuat dapat menyebabkan ketidaksesuaian hasil perhitungan tegangan permukaan.

VII. KESIMPULAN

Semakin tinggi konsentrasi sirup semakin tinggi pula densitasnya.

Faktor-faktor yang mempengaruhi tegangan permukaan adalah suhu, konsentrasi dan massa

jenis.

Semakin tinggi suhu maka tegangan maka semakin rendah tegangan permukaan.

Semakin besar masa jenis zat semakin kecil tegangan permukaan zat tersebut.

Tegangan permukaan air adalah 71,46 dyne/cm, tegangan permukaan sirup 10% adalah 63,53

dyne/cm, tegangan permukaan sirup 30% adalah 65,01 dyne/cm, dan tegangan permukaan sirup

50% adalah 65,77 dyne/cm

VIII. DAFTAR PUSTAKA

Atkins, P. W. 1999. Kimia Fisika jilid 1. Jakarta : Erlangga.

Daniels, F. & Robert A.A. 1955. Physical Chemistry. Japan : John Wiley & Son, Inc.

Glasstone, S. 1961. Textbook of Physical Chemistry 2ed. New York: D.Van Nostrand Company,

Inc.

Moore, W. 1962. Physical Chemistry 3rd. Englwood Clift : Prentice Hall. Inc.

Sukardjo. 2002. Kimia Fisika: Jakarta: PT Rineka Cipta.

http://agnes-sahabat.blogspot.com/2011/03/tegangan-permukaan.html

(http://dani-sains.blogspot.com/2010/03/tegangan-permukaan.html)