TEGANGAN PERMUKAAN

SIFAT CAIRAN :

• volume tetap• Bentuk mengikuti tempatnya• memiliki fluiditas• kerapatan agak besar• kompresibilitas kecil• energi geraknya translasi, rotasi, vibrasi• difusi agak cepat• memiliki gaya tarik-menarik antar molekulnya• memiliki tegangan permukaan.

FENOMENA TEGANGAN PERMUKAAN

Nyamuk di atas permukaan air Silet dan jarum terapung di atas permukaan air Deterjen membasahi pakaian Alkohol dan antiseptik membasahi permukaan luka Butir-butir tanah yang basah saling menempel Tetesan air berbentuk bulat

Permukaan zat cair mempunyai sifat ingin meregang => permukaannya seolah ditutupi lapisan elastis => karena adanya gaya tarik-menarik partikel sejenis di dalam zat cair sampai ke permukaan.

Di dalam cairan => molekul ditarik oleh molekul lain yang sejenis dengan gaya yang sama ke segala arah => akibatnya tidak terdapat resultan gaya yang bekerja pada masing-masing molekul.

Di permukaan cairan => molekul ditarik oleh molekul sejenis arah hanya ke samping dan ke bawah tidak ditarik oleh molekul di atasnya

di atas cairan fase uap.

Perbedaan gaya tarikAda sisa gaya yang bekerja pada lapisan atas cairan.Gaya mengarah ke bawah

Cairan berkontraksi

Tegangan permukaan

permukaan cairan seolah ditutupi selaput elastis

zat cair berusaha membentuk luas permukaan minimum

bentuk bulat telur (sferik)

Tegangan permukaan : gaya per satuan panjang pada permukaan cairan yang melawan ekspansi dari luas permukaan.

Usaha yang diperlukan untuk memperbesar satu satuan luas permukaan cairan.

γ = F ( d = 2 l ) = penambahan luas d permukaan

N/m J/m2 dyne/cm erg/cm2

Meniskus dan Sudut Kontak• Meniskus : gejala melengkungnya permukaan zat

cair kettika bersentuhan dengan zat padat (dinding bejana).

• Cekung => adhesi > kohesi => tepi permukaan cairan cenderung naik.

• Cembung => adhesi < kohesi => tepi permukaan cairan melengkung ke bawah

• Besarnya kecekungan & kecembungan permukaan cairan ketika bersentuhan dengan zat padat => tergantung besar kecilnya sudut kontak yang terbentuk.

• Sudut kontak : sudut yang dibentuk permukaan cairan yang bersentuhan dengan permukaan bidang padatan.

Cos = γpadat – γpadat-cair

γcair

Meniskus cekung => < 90o => cairan membasahi permukaan padatan

Meniskus cembung => > 90o => cairan tidak membasahi permukaan padatan

Bahan Sudut kontak

Air – kacaRaksa –kacaAir – parafin

Kerosin - kaca

0o

140o

107o

26o

Pengukuran Tegangan Permukaan

1. Metoda Kapiler

prinsip : bila sebatang pipa kapiler dimasukkan ke dalam zat cair, maka permukaan cairan dalam pipa kapiler dapat mengalami kenaikan atau penurunan.

Bila cairan membasahi bejana => cairan naikBila tidak membasahi bejana => cairan turun

Kapilaritas : proses naik turunnya cairan dalam pipa kapiler.

Akibat tegangan permukaan (permukaan cairan yg menyentuh dinding sepanjang keliling pipa)

Akibat tegangan permukaan

timbul gaya berlawanan

Besarnya gaya ke atas => F1= 2 Л r γ cos

Besarnya gaya ke bawah akibat berat cairan:

F2 = d V g (V = Л r2 h)

F2 = Л r2 h d g (d = rapatan cairan)

F1 = F2 (2 Л r γ cos = Л r2 h d g)γ = r h d g

2 cos

Untuk cairan yang membasahi bejana => ~ 0

Persamaan menjadi => γ = r h d g 2

Untuk cairan yang tidak membasahi bejana => cos ~ negatif => h negatif, maka cairan ditekan dalam kapiler (menurun).

Untuk perhitungan akurat => faktor koreksi r/3 untuk h Sehingga persamaan menjadi :

γ = r (h+r/3)(dc-dg) g

2

Dengan metode perbandingan, γ zat lain dapat dihitung dengan persamaan :

γ1/ γ2 = d1h1

d2h2

2. Metode Wihelmy

Prinsip : berdasarkan gaya yang diperlukan untuk menarik pelat tipis dari permukaan cairan.

Alat berupa lempeng tipis dari kaca, platina atau mika dilengkapi neraca.

Pelat digantungkan pada salah satu lengan neraca dan dimasukkan ke dalam cairan. Besarnya gaya tarik pada neraca yang digunakan untuk melepas pelat daripermukaan cairan dicatat.

Saat pelat terlepas => F = W + 2 l γ

Tegangan permukaan : γ = F – W 2l Sudut kontak ~ 0, pengaruh ujung

lempeng diabaikan.

EFEK TEGANGAN PERMUKAAN

Jarum terapung di atas permukaan air agar tidak tenggelam, maka gaya berat W harus diimbangi komponen gaya yang arahnya ke atas.

2Υ l cos θ = m g

Beberapa jenis serangga dapat berjalan di atas air kaki serangga yang terapung berbentuk bola, maka Υ bekerja di semua titik di sekitar lingkarandengan jari-jari r, sehingga I = keliling lingkaran= 2 π r.

2 π r Υcos θ = m g

Perbedaan tekanan bagian dalam dan bagian luar gelembung sabun :

Tekanan bagian dalam > bagian luar

Gelembung sabun berbentuk bola mendapat tekanan ΔP

Gaya yang diterima ΔPπr2

Gaya diimbangi oleh tegangan permukaan 2 buah dinding gelembung :

ΔPπr2 = 4Υπr ΔP = 4Υ/r

Untuk gelembung udara dalam cairan 1 lapisan ΔP = 2 Υ/r

Faktor-faktor yang mempengaruhi tegangan permukaan

Jenis cairan

Cairan yang memiliki gaya tarik antar molekulnya besar Υ besar

Suhu

Jika suhu naik Υ turun

Kenaikan suhu menyebabkan molekul-molekul cairan bergerak cepat interaksi antar molekul berkurang.

Pada suhu yang sama Υ logam cair dan lelehan garam > cairan

TEGANGAN PERMUKAAN BERBAGAI CAIRAN

Zat cair Suhu (oC) Υ (dyne/cm)

RaksaAirPlasma darahDarahGliserinMinyak zaitunBenzenaCCl4Etanol

202037372020202020

46072,7573,058,063,132,028,926,822,3

Zat terlarut tertentu

elektrolit, non elektrolit Υ naik

Contoh : gliserin, sukrosa

Surfaktan

Perluasan film dengan pembentukan gelembung/busa

Contoh : sabun, detergen, alkohol Υ turun

Kemampuan membasahi benda

Υ kecil kemampuan membasahi benda besar.

Contoh : air panas dan air sabun, alkohol.

1. Sebuah pipa kapiler dengan diameter 0,67 mm dimasukkan ke dalam zat cair yang mempunyai rapatan 1,92 g/cm3. Bila kenaikan cairan dalam kapiler 1,5 cm dan sudut kontak zat cair dengan dinding kapiler adalah 37oC.

Hitung tegangan permukaan zat cair !

2. Kenaikan air dan benzena dalam kapiler yang sama masing-masing adalah 9,9 dan 4,5 cm. Jika pada 20oC tegangan permukaan air 72,75 dyne/cm, rapatan air dan benzena masing-masing adalah 0,9982 dan 0,8785 g/cm3.

Hitung :

a. Υ benzena

b. jari-jari pipa kapiler !