6.penentuan tegangan permukaan dengan metode berat tetes
TRANSCRIPT
NAMA : MUCH.BAYHAKI NIM : 103234027 KELAS : KIMIA A 2010
Mengukur Tegangan Permukaan
Tegangan permukaan sebagai kerja yang dilakukan dalam memperluas
tegangan permukaan cairan dengan satu satuan luas. Satuan untuk tegangan
permukaan (γ) adalah (Jm-1) atau dyne cm-1 atau Nm-1. Metode yang paling umum
untuk mengukur tegangan permukaan adalah kenaikan atau penurunan dalam pipa
kapiler yaitu:
γ=drgl2
dimana d adalah kerapatan cairan, r adalah jari-jari kapiler, l adalah panjang cairan
yang ditekan atau yang akan naik dan g adalah konstanta gravitasi (Dogra, 1990).
Kita mempertimbangkan untuk menarik suatu zat sampai itu, maka biasanya
kita memikirkan mengenai benda padat, akan tetapi cairan juga mempunyai
kecenderungan yang kuat untuk tetap kuat. Sebagai contoh, jika air murni tanpa ada
udara yang dilarutkan di dalamnya ditekan antara dua pelat lain, maka gaya yang
sangat besar diperlukan untuk memisahkan pelat-pelat tersebut. Seperti di dalam
benda padat, kekohesifan cairan diakibatkan oleh tarikan diantara molekul-molekul.
Karena tarikan ini, suatu cairan mempunyai suatu permukaan yang jelas, seperti
selaput yang diregangkan atau lembaran karet yang diregangkan, yang cenderung
mempunyai luas permukaan yang minimum. Riak di dalam sebuah kolam yang
tenang ditekan karena riak itu memerlukan pertambahan luas permukaan. Serangga
air mampu bergerak pada permukaan karena berat serangga itu dilawan oleh
hambatan permukaan terhadap deformasi (Atkins, 1994).
Di dalam cairan, sebuah molekul mengalami gaya tarik dari molekul
tetangganya, tetapi pada permukaannya, sebuah molekul hanya dikelilingi sebagian
saja dan akibatnya molekul pada permukaan ini hanya mengalami gaya tarik ke arah
badan cairannya (dapat dikatakan seolah-olah kadar cairan dibungkus oleh suatu
membran atau lapisan yang tidak nampak). Perilaku cairan pada permukaan cairan
dapat ini yang disebut tegangan permukaan, dan sifat ini pula yang menyebabkan
cairan dapat jatuh membentuk tetesan, dapat merambat pada pembuluh atau pipa
NAMA : MUCH.BAYHAKI NIM : 103234027 KELAS : KIMIA A 2010
kapiler atau dapat mengembangkan selembar kertas logam. Dan terdapat banyak
fenomena-fenomena tersebut mempunyai hubungan dengan adanya tegangan
permukaan (Atkins, 1994).
Cara-cara penentuan tegangan muka:
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.Menurut rumus: y = ½ h.d.g.r
Karena kadang-kadang penentuan jari-jari kapiler (v) itu sukar, maka
dipergunakan cairan pembanding yang telah diketahui tegangan mukanya.
2. Metode Tetes
Cairan diteteskan melalui suatu pipa kapiler, waktu jatuh maka berat tetes: 2πvγ
Jadi, mg=2πrγ
γ= mg2πr
Harus dinyatakan supaya jatuhnya tetesan hanya disebabkan oleh berat tetesan
saja (tidak ada faktor-faktor lain yang mempengaruhinya). Disini biasa digunakan
metode perbandingan. Dihitung tetesan (n) untuk semua volume tertentu (v).
Berat 1 tetesan:
v .dn
Untuk cairan pembandingan:
v1 d2 g
n2
=2 πr y1
Sehingga:
yx
y2
=d y
d2
−n2
n1
(Respati, 1992)
NAMA : MUCH.BAYHAKI NIM : 103234027 KELAS : KIMIA A 2010
Permukaan zat cair mempunyai sifat ingin meregang, sehingga permukaannya
seolah-olah ditutupi oleh suatu lapisan yang elastis. Hal ini disebabkan adanya gaya
tarik menarik antara partikel sejenis di dalam zat cair sampai ke permukaan. Di dalam
cairan, tiap molekul ditarik oleh molekul lain yang sejenis di dekatnya dengan gaya
yang sama ke segala arah. Akibatnya tidak terdapat sisa (resulton) gaya yang bekerja
pada masing-masing molekul. Pada permukaan cairan, tiap molekul ditarik oleh
molekul sejenis di dekatnya dengan arah hanya ke samping dan ke bawah, tetapi tidak
ditarik oleh molekul di atasnya karena di atas permukaan cairan berupa fase uap
(udara) dengan jarak antara molekul sangat renggang. Akibatnya terdapat perbedaan
gaya tarik, sehingga ada sisa gaya yang bekerja pada lapisan atas cairan. Gaya
tersebut mengarah ke bawah karena molekul di bawah permukaan cairan jumlahnya
lebih banyak dan jarak antara molekul lebih rapat. Adanya gaya atau tarikan ke
bawah menyebabkan permukaan cairan berkontraksi dan berada dalam keadaan
tegang. Tegangan ini disebut dengan tegangan permukaan.
Adanya tegangan permukaan menyebabkan permukaan cairan seperti ditutupi
oleh hamparan selaput yang elastis, sehingga mampu menahan suatu benda untuk
terapung. Selain itu, akibat adanya tegangan permukaan zat cair selalu berusaha untuk
menyusut atau mendapatkan luas permukaan terkecil karena bentuk ini dianggap
mempunyai energi yang paling rendah (paling stabil). Bentuk yang paling memenuhi
keadaan ini adalah bujur telur (sferik). Sifat cenderung untuk memperkecil luas
permukaan inilah yang menyebabkan tetesan-tetesan cairan berbentuk bulat.
Tegangan permukaan cairan γ, berbeda-beda bergantung pada jenis cairan
dan suhu. Pada umumnya cairan yang memiliki gaya tarik antara molekulnya besar
seperti air, maka tegangan permukaannya juga besar. Tegangan permukaan cairan
turun bila suhu naik, karena dengan bertambahnya suhu molekul-molekul cairan
bergerak lebih cepat dan pengaruh interaksi antara molekul berkurang sehingga
tegangan permukaannya menurun. Adanya zat terlarut ada cairan dapat menaikkan
atau menurunkan tegangan permukaan tergantung sifat zat terlarutnya. Zat terlarut
dengan susunan kimia sama hampir tidak berpengaruh. Untuk air adanya elektrolit
NAMA : MUCH.BAYHAKI NIM : 103234027 KELAS : KIMIA A 2010
anorganik dan nonelektrolit tertentu seperti sukrosa dan gliserin menaikkan tegangan
permukaan. Sedangkan adanya zat-zat seperti sabun, detergen dan alkohol adalah
efektif dalam menurunkan tegangan permukaan atau tegangan antar muka. Zat ini
sering disebut dengan surface active agents atau surfactance (Yazid, 2005)
· 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.
Pada percobaan tegangan permukaan atau antar muka ini metode yang
digunakan yakni tensiometer Du-Nouy dimana Metode cincin Du-Nouy bisa
digunakan untuk mengukur tegangan permukaan ataupun tegangan antar muka.
Untuk penentuan tegangan permukaan saja dapat menggunakan metode kenaikan
kapiler. Sedangkan 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.
Pada dasarnya tegangan permukaan suatu zat cair dipengaruhi oleh beberapa
faktor diantaranya suhu dan zat terlarut. Dimana keberadaan zat terlarut dalam suatu
cairan akan mempengaruhi besarnya tegangan permukaan terutama molekul zat yang
berada pada permukaan cairan berbentuk lapisan monomolecular yang disebut
dengan molekul surfaktan.
Persamaan Tegangan Permukaan
Pada pembahasan sebelumnya, kita telah mempelajari konsep tegangan
permukaan secara kualitatif (tidak ada persamaan matematis). Kali ini kita tinjau
tegangan permukaan secara kuantitatif. Untuk membantu kita menurunkan persamaan
tegangan permukaan, kita tinjau sebuah kawat yang dibengkokkan membentuk huruf
U. Sebuah kawat lain yang berbentuk lurus dikaitkan pada kedua kaki kawat U, di
mana kawat lurus tersebut bisa digerakkan.
Jika kawat ini dimasukan ke dalam larutan sabun, maka setelah dikeluarkan
akan terbentuk lapisan air sabun pada permukaan kawat tersebut. Mirip seperti ketika
dirimu bermain gelembung sabun. Karena kawat lurus bisa digerakkan dan massanya
tidak terlalu besar, maka lapisan air sabun akan memberikan gaya tegangan
permukaan pada kawat lurus sehingga kawat lurus bergerak ke atas (perhatikan arah
NAMA : MUCH.BAYHAKI NIM : 103234027 KELAS : KIMIA A 2010
panah). Untuk mempertahankan kawat lurus tidak bergerak (kawat berada dalam
kesetimbangan), maka diperlukan gaya total yang arahnya ke bawah, di mana
besarnya gaya total adalah F = w + T. Dalam kesetimbangan, F = gaya tegangan
permukaan yang dikerjakan oleh lapisan air sabun pada kawat lurus.
Misalkan panjang kawat lurus adalah l. Karena lapisan air sabun yang
menyentuh kawat lurus memiliki dua permukaan, maka gaya tegangan permukaan
yang ditimbulkan oleh lapisan air sabun bekerja sepanjang 2l. Tegangan
permukaan pada lapisan sabun merupakan perbandinganantara Gaya Tegangan
Permukaan (F) dengan panjang permukaan di mana gaya bekerja (d). Untuk kasus
ini, panjang permukaan adalah 2l. Secara matematis, ditulis :
Karena tegangan permukaan merupakan perbandingan antara Gaya tegangan
permukaan dengan Satuan panjang, maka satuan tegangan permukaan adalah
Newton per meter (N/m) atau dyne per centimeter (dyn/cm).1 dyn/cm = 10-3 N/m = 1 mN/m