Laporan Praktikum Kimia Fisika

Tegangan Permukaan

OLEH:

Kelompok A-6

Cindy Yohanita (6103012031)

Meilysan Natasha H. (6103012113)

PROGRAM STUDI TEKNOLOGI PANGAN DAN GIZI

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

UNIVERSITAS KATOLIK WIDYA MANDALA SURABAYA

SURABAYA

2013

I. Pendahuluan

Cairan akan cenderung mengikuti bentuk wadahnya. Hal ini dikarenakan

dalam suatu cairan terdapat gaya tarik menarik molekul-molekul yang sama ke segala

arah, tetapi molekul cairan lebih tertarik “ke dalam” cairan sehingga menyebabkan

permukaan menegang seperti lapisan tipis elastis.

Ukuran gaya elastis pada permukaan cairan adalah tegangan permukaan.

Tegangan permukaan adalah jumlah energi yang dibutuhkan untuk menarik atau

memperluas permukaan sebesar satu satuan luas.

Aplikasi dari tegangan permukaan dalam industri pangan adalah emulsifier. Secara

definitif zat pengemulsi (emulsifier) disebut sebagai senyawa yang mempunyai

aktivitas permukaan (surface-active agents) sehingga dapat menurunkan tegangan

permukaan (surface tension) antara udara-cairan dan cairan-cairan yang terdapat

dalam suatu sistem pangan. Kemampuannya menurunkan tegangan permukaan

menjadi hal menarik karena emulsifier memiliki keajaiban struktur kimia yang

mampu menyatukan dua senyawa berbeda polaritasnya.

II. Tujuan Percobaan

Menentukan tegangan permukaan cairan secara relatif dengan air sebagai zat

pembanding dan menentukan pengaruh konsentrasi zat terlarut terhadap tegangan

permukaan cairan.

III. Dasar Teori

Penambahan zat terlarut pada pelarut dapat menurunkan tegangan permukaan agak

banyak; tetapi bila zat terlarut dapat menyebabkan kenaikan dalam tegangan permukaan,

efeknya kecil karena zat terlarut dipaksakan keluar dari lapisan permukaan (Atkins, 2002)

Zat terlarut berdasarkan efeknya terhadap tegangan permukaan dapat digolongkan

sebagai “kapiler aktif” dan “kapiler tidak aktif”. Untuk antarmuka larutan-udara dalam air,

elektrolit anorganik, garam asam organik, basa dengan massa molar rendah, dan nonelektrolit

tertentu yang sukar larut seperti gula dan gliserin adalah kapiler tak aktif. Sedangkan asam

organik, alkohol, ester, eter, amin, keton termasuk dalam zat terlarut kapiler aktif (Alberty,

1983)

Untuk memperluas permukaan cairan, diperlukan kerja untuk membawa molekul dari

bagian dalam dan melawan gaya tariknya. Tegangan permukaan suatu cairan adalah jumlah

energi yang dibutuhkan untuk menarik atau memperluas permukaan sebesar satu satuan luas

(Chang, 2003)

Bentuk lain perwujudan tegangan permukaan adalah aksi kapiler. Dua jenis gaya

yang menyebabkan terjadinya aksi kapiler adalah gaya tarik menarik antar molekul yang sama

(dalam kasus ini, molekul-molekul air) yang disebut kohesi. Yang lain, yang disebut adesi

adalah tarik menarik antara molekul-molekul yang berbeda seperti antara air dan tepi tabung

kaca (Chang, 2003)

Apabila tegangan permukaan per cm disebut maka besarnya gaya akibat tegangan

permukaan adalah 2 (sebab ada 2 lapisan)

Jadi:

W = 2 atau = dyne/cm (Soekardjo, 2002)

Beberapa metode penentuan tegangan permukaan:

1) Metode tekanan maksimal gelembung

Dasarnya adalah bahwa tegangan muka sama dengan tegangan maksimum

dikurangi gaya yang menentukan gas keluar.

2) Metode tetes

Jika cairan tepat akan menetes maka gaya tegangan permkaan sama dengan

gaya yang disebabkan oleh gaya berat itu sendiri.

Harus diusahakan agar jatuhnya tetesan hanya disebabkan oleh berat

tetesannya sendiri dan bukan oleh sebab yang lain.

3) Metode cincin

Prinsip dari alat ini adalah gaya yang diperlukan untuk melepaskan suatu

cincin platina iridium yang diperlukan sebanding dengan tegangan permukaan

atau tegangan antar muka dari cairan tersebut.

4) Metode kenaikan kapiler

Tegangan permukaan diukur dengan melihat ketinggian air/ cairan yang naik

melalui suatu kapiler. (Levine,1988)

Dari semua metode di atas, metode kenaikan kapiler merupakan metode yang

terpenting. Hal ini dapat terjadi, bila cairan yang membasahi bejana, dalam hal ini

cairan membentuk permukaan yang cekung (gaya adesi > kohesi)

Pipa kapiler dengan jari-jari r dimasukkan ke dalam cairan yang membasahi gelas.

Dengan membasahi dinding bagian dalam, zat cair ini naik, kenaikan ini disebabkan

oleh gaya adanya tegangan permukaan:

F = 2

F = gaya ke atas = tegangan permukaan

R = jari-jari kapiler = sudut kontak

Kenaikan cairan dalam pipa kapiler akan berhenti setelah cairan mencapai

tinggi h, sebab gaya F1 diimbangi oleh gaya F2 akibat beratnya cairan:

F2 = 2hdg d = rapat cairan

g = percepatan gravitasi

h = tinggi cairan

F1 = F2

2 = 2hdg

= =

Untuk cairan yang membasahi gelas ~ 0, hingga cos = 1

= (Soekardjo, 2002)

IV. Alat dan Bahan

Alat :

Timbangan analitis

Piknometer

Pipa kapiler

Labu takar 50 ml

Pipet ukur

Jangka sorong

Kertas saring

Gelas beker

Termometer

Bulp

Bahan:

Sirup

Susu sapi

Akuades

V. Cara Kerja

Penentuan Tegangan Permukaan Zat Cair

Pengaruh Penmbahan Zat Terlarut pada Tegangan Permukaan

VI. Hasil pengamatan dan Perhitungan

Suhu = 33

Tekanan = 742 mmHg

Penentuan Massa Jenis Sirup

Penimbangan 25% 30% 50% 65% Akuades

Menentukan densitas masing-masing jenis cairan yang akan dianalisis

Mengisi tabung dengan 25 ml air

Air dalam kapiler naik dan melepaskan tekanan, permukaan kapiler turun sampai tetap

Mencatat permukaan pada kapiler dan permukaan tabung bawah

Memasukkan pipa kapiler dan memberi tekanan dalam ruangan

Mengulangi percobaan 3xMengganti dengan cairan yang akan diselidiki

Menambahkan zat ke dalam pelarut

Mengencerkan larutan tersebut

Menentukan tegangan permukaan pada masing-masing larutan

Massa piknometer

kosong (g)12, 7395

Massa piknometer +

zat analitis (g)23,8122 24,0759 24,0862 24,9801

22,7321

Massa zat (g) 11,0727 11,3364 11,3467 12,2406 9,9926

Berat jenis (g/cm3) 1,1073 1,1336 1,1347 1,2241 0,9993

Perhitungan

1. Massa zat = 23,8122 – 12,7395

= 11,0727 g

Berat jenis =

= 1,1073 g/cm3

2. Massa zat = 24,0759 – 12,7395

= 11,3364 g

Berat jenis =

= 1,1336 g/cm3

3. Massa zat = 24,0862 – 12,7395

= 11,3467 g

Berat jenis =

= 1,1347 g/cm3

4. Massa zat = 24,9801 – 12,7395

= 12,2406 g

Berat jenis =

= 1,2241 g/cm3

Massa zat (sirup) = (Berat piknometer + zat) – Berat piknometer kosong

Berat jenis (sirup) =

5. Massa zat =22,7321 – 12,7395

= 9,9926 g

Berat jenis =

= 0,9993 g/cm3

Penentuan Massa Jenis Susu

Penimbangan 25% 30% 50% 65%

Massa Piknometer

kosong (g)12,3751

Massa Piknometer +

zat analitis (g)22,5416 22,5452 22,6038 22,6210

Massa zat (g) 10,1665 10,1701 10,2287 10,2459

Berat jenis (g/cm3) 1,0167 1,0170 1,0229 1,0246

Perhitungan

1. Massa zat = 22,5416 – 12,3751

= 10,1665 g

Berat jenis =

= 1,0167 g/cm3

2. Massa zat = 22,5452 – 12,3751

= 10,1701 g

Berat jenis =

= 1,0170 g/cm3

3. Massa zat = 22,6038-12,3751

= 10,2287 g

Massa zat (susu) = (Berat piknometer + zat) – Berat piknometer kosong

Berat jenis (susu) =

Berat jenis =

= 1,0229 g/cm3

4. Massa zat = 22,6210 – 12,7395

= 10,2459 g

Berat jenis =

= 1,0246 g/cm3

Larutan T permukaan

kapiler (cm)

T permukaan

gelas beker (cm)

H

(cm)

(cm)

Sirup 25% 4,22 1,22 3,00

2,83333,94 1,38 2,56

4,22 1,28 2,94

Sirup 30% 4,22 1,22 3,00

2,72003,98 1,38 2,60

3,92 1,36 2,56

Sirup 50% 3,954 1,46 2,494

2,48473,922 1,428 2,494

3,810 1,344 2,466

Sirup 65% 3,452 1,24 2,212

2,13603,32 1,246 2,074

3,482 1,360 2,122

Akuades 4,48 1,38 3,1

2,93334,08 1,28 2,8

4,18 1,28 2,9

Perhitungan H

ulangan 1 = 4,22 -1,22

= 3,00 cm

H (sirup) = T permukaan kapiler – T permukaan gelas beker

(sirup) =

ulangan 2 = 3,94 – 1,38

= 2,56 cm

ulangan 3 = 4,22 – 1,28

= 2,94 cm

=

= 2.8333 cm

ulangan 1 = 4,22 – 1,22

= 3,00 cm

ulangan 2 = 3,98 – 1,38

= 2,60 cm

ulangan 3 = 3,92 – 1,36

= 2,56 cm

=

= 2,7200 cm

ulangan 1 = 3,954 – 1,46

= 2,494 cm

ulangan 2 = 3,922 – 1,428

= 2,494 cm

ulangan 3 = 3,810 – 1,344

= 2,466 cm

=

= 2,4847 cm

ulangan 1 = 3,452 – 1,24

= 2,212 cm

ulangan 2 = 3,32 – 1,246

= 2,074 cm

ulangan 3 = 3,482 – 1,360

= 2,122 cm

=

= 2.1360 cm

ulangan 1 = 4,48 – 1,38

= 3,10 cm

ulangan 2 = 4,08 – 1,28

= 2,80 cm

ulangan 3 = 4,18 – 1,28

= 2,90 cm

=

= 2.9333 cm

Larutan T permukaan

kapiler (cm)

T permukaan

gelas beker (cm)

H

(cm) (cm)

Susu 25% 3,844 1,246 2,598

2,64803,870 1,246 2,624

3,968 1,246 2,722

Susu 30% 3,854 1,252 2,602

2,55803,766 1,252 2,514

3,810 1,252 2,558

Susu 50% 3,226 1,180 2,046

2,13803,256 1,180 2,076

3,472 1,180 2,292

Susu 65% 3,216 1,216 2,000

1,87403,120 1,216 1,904

2,934 1,216 1,718

Akuades 4,48 1,38 3,1

2,93334,08 1,28 2,8

4,18 1,28 2,9

Perhitungan H

ulangan 1 = 3,844 – 1,246

= 2,598 cm

ulangan 2 = 3,870 – 1,246

= 2,624 cm

ulangan 3 = 3,968 – 1,246

= 2,722 cm

=

= 2,648 cm

ulangan 1 = 3,854 – 1,252

= 2,602 cm

ulangan 2 = 3,766 – 1,252

= 2,514 cm

ulangan 3 = 3,810 – 1,252

= 2,558 cm

=

= 2,558 cm

ulangan 1 = 3,226 – 1,180

= 2,046 cm

ulangan 2 = 3,256 – 1,180

= 2,076 cm

ulangan 3 = 3,472 – 1,180

= 2,292 cm

=

= 2,1380 cm

H (susu) = T permukaan kapiler – T permukaan gelas beker

(susu) =

ulangan 1 = 3,216 – 1,216

= 2,00 cm

ulangan 2 = 3,120 – 1,216

= 1,904 cm

ulangan 3 = 2,934 – 1,216

= 1,718 cm

=

= 1,874 cm

ulangan 1 = 4,48 – 1,38

= 3,10 cm

ulangan 2 = 4,08 – 1,28

= 2,80 cm

ulangan 3 = 4,18 – 1,28

= 2,90 cm

=

= 2,9333 cm

Perhitungan Tegangan Permukaan

(33 ) =

=

=

-4,77 = 10Y – 711,5

=

Y = 70,67 dyne/cm

=

= 75,6381 dyne/cm

=

= 74,3381 dyne/cm

=

= 67,9732 dyne/cm

=

= 63,0378 dyne/cm

=

= 64,9073 dyne/cm

=

= 62,7197 dyne/cm

=

= 52,7259 dyne/cm

=

= 46,2921 dyne/cm

=

VII. Grafik Hubungan Antara Konsentrasi dengan Tegangan Permukaan pada

Sirup

VIII. Grafik Hubungan Antara Konsentrasi dengan Tegangan Permukaan pada

Susu

IX. Pembahasan

Penentuan tegangan permukaan dapat dilakukan dengan beberapa cara seperti

kenaikan kapiler, tetes, cincin, tekanan maksimal gelembung dan lain-lain.

Tegangan permukaan adalah jumlah energi yang dibutuhkan untuk menarik atau

memperluas permukaan sebesar satu satuan panjang permukaan dan biasanya

dinyatakan dalam satuan dyne/cm.

Pada percobaan ini, sampel yang diuji adalah sirup dan susu dengan

konsentarsi 25%, 30%, 50%, dan 65% serta akuades sebagai pembanding.

Pengukuran densitas tiap larutan juga dilakukan dengan menggunakan

piknometer. Pengukuran densitas ini bertujuan untuk mencari tegangan

permukaan sampel saat melakukan perhitungan menggunakan rumus. Densitas

yang didapat ini berhubungan dengan viskositas atau kekentalan suatu larutan.

Apabila densitas suatu larutan semakin besar, maka viskositas larutan tersebut

akan semakin tinggi. Pada percobaan hasil yang didapat sesuai dengan teori

dimana densitas sirup 65% merupakan densitas yang paling tinggi dibandingkan

sirup dengan konsentrasi yang lainnya. Hal ini sama pula dengan densitas susu

65% yang merupakan densitas tertinggi daripada susu dengan konsentrasi yang

berbeda.

Pengukuran tegangan permukaan yang dilakukan pada larutan sirup dan susu

yang memiliki perbandingan konsentrasi yang sama, menghasilkan hasil yang

sama. Pengkuran ini dilakukan dengan menggunakan pipa kapiler dimana ketika

bulb dilepaskan, cairan dalam pipa kapiler akan turun hingga mencapai

ketinggian tertentu. Hal ini dapat terjadi karena adanya pengaruh gaya adhesi dan

kohesi dalam pipa kapiler dengan larutan. Ketika mencapi ketinggian yang stabil,

larutan akan diam didalam pipa. Hal ini dapat terjadi karena telah terjadi

keseimbangan gaya keatas dan kebawah dalam larutan. Kesamaan hasil ini

disebabkan karena konsentrasi dan densitas juga dapat mempengaruhi hasil

tegangan permukaan. Penambahan zat terlarut juga dapat meningkatkan maupun

menurunkan tegangan permukaan. Pada penambahan zat terlarut ke dalam pelarut

yang dapat menurunkan tegangan permukaan, mempunyai konsentrasi di

permukaan yang lebih besar daripada di dalam larutan. Hal ini berbanding

terbalik dengan penambahan zat terlarut kedalam pelarut yang dapat menaikkan

tegangan permukaan berarti memiliki konsentrasi di permukaan lebih kecil

daripada di dalam larutan.

Setelah melakukan perhitungan, hasil grafik yang didapat pada kedua larutan

yang diuji juga menunjukan hasil yang sama yaitu menurun dari kiri atas menuju

kanan bawah. Grafik tersebut menunjukan bahwa semakin tinggi konsentrasi larutan

maka tegangan permukaan pada larutan tersebut akan semakin turun yang dapat

dilihat pada hasil perhitungan larutan sirup pada konsentrasi 25%, 30%, 50%, dan

65% memiliki tegangan permukaan berturut-turut sebesar 75,6381 dyne/cm, 74,3381

dyne/cm,9732 dyne/cm, dan 63,0378 dyne/cm. Nilai tegangan permukaan pada sirup

dan susu tentu jelas berbeda meski dengan konsentrasi yang sama. Hal ini ditunjukan

pada perhitungan larutan susu dengan konsentrasi 25%, 30%, 50%, dan 65% berturut-

turut adalah 64,9073 dyne/cm, 62,7197 dyne/cm, 52,7259 dyne/cm, dan 46,2921

dyne/cm.

Bila dibandingkan keduanya, nilai tegangan permukaan pada sirup lebih besar

dari pada susu walaupun nilai konsentrasi keduanya sama. Hal ini dapat terjadi karena

adanya hubungan densitas dan kerapatan partikel suatu larutan. Semakin besar

densitas berarti semakin rapat partikel di larutan tersebut sehingga terjadi gaya tarik-

menarik yang kuat antar partikel sehingga menaikan tegangan permukaan.

Sebaliknya, jika densitas rendah maka tegangan permukaan pada larutan juga

semakin kecil karena lemahnya gaya tarik antar partikel. Hal ini terbukti karena lrutan

sirup lebih kental dari pada larutan susu.

X. Kesimpulan

Semakin tinggi konsentrasi suatu larutan, tegangan permukaan pada larutan akan

semakin turun.

Konsentrasi zat, besarnya densitas, dan penambahan zat terlarut merupakan faktor

yang menentukan tegangan permukaan.

XI. Daftar Pustaka

Alberty, Robert A. 1983. Kimia Fisika Edisi Kelima. Jakarta: Erlangga.

Atkins, Peter dan Julio de Paula. 2002. Physical Chemistry. New York: Oxford

University Press.

Chang, Raymond. 2003. Kimia Dasar: Konsep-Konsep Inti Edisi Ketiga Jilid 1.

Jakarta: Erlangga.

Levine, Ira N. 1988. Physical Chemistry. USA: McGraw-Hill.

Soekardjo. 2002. Kimia Fisika. Jakarta: Rineka Cipta.