LAPORAN PRAKTIKUM KIMIA FISIK KI-2142

PRAKTIKUM K-1

VISKOSITAS CAIRAN SEBAGAI FUNGSI SUHU

Nama : Catia Julie Aulia

NIM : 13714035

Kelompok : II

Shift : Rabu Siang Minggu ke-2

Tanggal Percobaan : 21 Oktober 2015

Tanggal Laporan : 28 Oktober 2015

Asisten : Rani Yudi H. (10511036)

LABORATORIUM KIMIA FISIK

PROGRAM STUDI KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

2015

I. JUDUL PERCOBAAN

Page 1 of 24

VISKOSITAS CAIRAN SEBAGAI FUNGSI SUHU.

II. TUJUAN PERCOBAAN

1. Menentukan densitas zat Metanol dan Kloroform.

2. Menentukan Viskositas cairan dengan menggunakan metode Oswald.

3. Menentukan nilai tetapan A dan energi ambang batas aliran E.

4. Menentukan nilai tetapan Van der Waals.

5. Menentukan pengaruh temperatur terhadap Viskositas cairan.

III. TEORI DASAR

Viskositas adalah ukuran yang menyatakan kekentalan suatu

fluida yang menyatakan besar kecilnya gesekan dalam fluida. Semakin

besar viskositas fluida, maka semakin sulit suatu fluida untuk mengalir

dan juga menunjukan semakin sulit suatu benda bergerak dalam fluida

tersebut.

Kekentalan merupakan sifat cairan yang berhubungan dengan

hambatan untuk mengalir. Beberapa cairan ada yang dapat mengalir

dengan cepat namun ada yang mengalir secara lambat. Fluida yang

mengalir lambat seperti gliserin, madu dan minyak atso, ini dikarenkan

mempunyai viskositas besar. Jadi viskositas menentukan kecepatan

mengalirnya cairan.

Kekentalan disebabkan karena kohesi antara partikel zat cair. Zat

cair ideal tidak mempunyai kekentalan. Zat cair mempunyai beberapa

sifat sebagai berikut: apabila ruangan lebih besar dari volume zat cair

akan terbentuk permukaan bebas horizontal yang berhubungan dengan

atmosfer, mempunyai rapat massa dan berat jenis, dapat dianggap tidak

termampatkan, mempunyai viskositas (kekentalan) dan mempunyai

kohesi, adhesi dan tegangan permukaan fluida.

Aliran fluida dapat diaktegorikan:

1. Aliran Laminar

Page 2 of 24

Aliran dengan fluida yang bergerak dalam lapisan – lapisan, atau

lamina – lamina dengan satu lapisan meluncur secara lancar . Dalam

aliran laminar ini viskositas berfungsi untuk meredam kecendrungan

terjadinya gerakan relatif antara lapisan. Sehingga aliran laminar

memenuhi hukum viskositas Newton yaitu :

τ = µ dudy

2. Aliran Turbulen

Aliran dimana pergerakan dari partikel – partikel fluida sangat

tidak menentu karena mengalami percampuran serta putaran partikel

antar lapisan, yang mengakibatkan saling tukar momentum dari satu

bagian fluida kebagian fluida yang lain dalam skala yang besar. Dalam

keadaan aliran turbulen maka turbulensi yang terjadi membangkitkan

tegangan geser yang merata diseluruh fluida sehingga menghasilkan

kerugian – kerugian aliran.

3. Aliran Transisi

Aliran transisi merupakan aliran peralihan dari aliran laminar ke

aliran turbulen.

Pada aliran laminar, fluida dapat dianggap terdiri atas lapisan-

lapisan molekul yang bergerak satu diatas yang lainnya dengan kecepatan

yang berbeda-beda. Profil kecepatan berbagai lapisan ini berbentuk

parabola dengan kecepatan paling tinggi terdapat pada lapisan di bagian

tengah pipa.

Suatu lapisan pada jarak r (dari sumbu pipa) yang bergerak

dengan kecepatan tertentu (c). Gaya (f) yang diperlukan untuk

mempertahankan beda kecepatan (dc) antara lapisan inii dengan lapisan

yang berjarak dr diatasnya adalah :

f=η x A x dcdr

Page 3 of 24

Kebalikan dari viskositas disebut fluiditas, yang merupakan ukuran

kemudahan mengalirnya suatu fluida. Fluiditas dirumuskan sebagai

berikut :

Φ=1η

Salah satu cara untuk menentukan viskositas cairan yaitu dengan

metode kapiler dari Poisuille. Pada metode ini, diukur waktu (t) yang

diperlukan oleh volume tertentu cairan (V) untuk mengalir melalui pipa

kapiler di bawah pengaruh tekanan penggerak (P) yang tetap. Dalam hal

ini untuk cairan yang mengalir dengan aliran laminar, viskositasnya

ditentukan dengan persamaan Poisuille dinyatakan sebagai :

η = π x R4 x P x t

8 xV x L

Metode Oswald merupakan suatu metode variasi dari metode

Poiseuille. Dalam metode ini selalu diperhatikan aliran cairan, maka

viskositas suatu cairan dapat ditentukan dengan membandingkan hasil

pengukuran waktu (t), rapat massa (ρ) cairan tersebut terhadap waktu

(to) dan rapat massa (ρo) cairan pembanding yang diketahui viskositasnya

pada suhu pengukuran.

ηηo

= ρ x tρo x t o

Berdasarkan hukum distribusi Maxwell-Boltzmann, jumlah

molekul yang memiliki energi yang diperlukan untuk mengalir

dihubungkan dengan faktor e.E/R.T

η= A x e x ER xT atau ln η=

ER xT

+ln A

Untuk cairan yang terasosiasi :

η= cv−b atau v=b+ η

c=b+cΦ

Adapun faktor-faktor yang mempengaruhi viskositas cairan :

Page 4 of 24

a. Tekanan

Viskositas cairan naik dengan naiknya tekanan, sedangkan

viskositas gas tidak dipengaruhi oleh tekanan.

b. Temperatur

Viskositas akan turun dengan naiknya suhu, sedangkan viskositas

gas naik dengan naiknya suhu. Pemanasan zat cair menyebabkan

molekul-molekulnya memperoleh energi. Molekul-molekul cairan

bergerak sehingga gaya interaksi antar molekul melemah. Dengan

demikian viskositas cairan akan turun dengan kenaikan temperatur.

c. Kehadiran Zat Lain

Penambahan gula tebu meningkatkan viskositas air. Adanya bahan

tambahan seperti bahan suspensi menaikkan viskositas air. Pada minyak

ataupun gliserin adanya penambahan air akan menyebabkan viskositas

akan turun karena gliserin maupun minyak akan semakin encer, waktu

alirnya semakin cepat.

d. Ukuran dan Berat Molekul

Viskositas naik dengan naiknya berat molekul. Misalnya laju aliran

alkohol cepat, larutan minyak laju alirannya lambat dan kekentalannya

tinggi serta laju aliran lambat sehingga viskositas juga tinggi.

e. Kekuatan antar molekul

Viskositas akan naik jika ikatan rangkap semakin banyak.

Viskositas air naik dengan adanya ikatan hydrogen.

Page 5 of 24

IV. DATA PENGAMATAN

Truang : 27,5o CMassa Pikno Kosong + Tali (Wo) : 28,86 g (untuk zat Metanol)Massa Pikno Kosong + Tali (Wo) : 19,74 g (untuk zat Kloroform)

Tabel 1. Data Pengamatan Zat Metanol

T (oC)WPikno + Tali + Metanol

(gram)

t Zat (s)

t1 t2 t3 tavg

Ruang 48,10 8,59 8,40 8,50 8,49

30 48,76 8,27 8,29 8,22 8,26

35 48,78 8,17 8,11 8,10 8,12

40 48,85 8,00 7,93 8,00 7,97

Tabel 2. Data Pengamatan Zat Kloroform

T (oC)WPikno + Tali + Kloroform

(gram)

t Zat (s)

t1 t2 t3 tavg

Ruang 58,08 3,90 4,00 3,80 3,90

30 57,72 4,00 3,90 3,90 3,93

35 57,97 3,60 3,80 3,90 3,76

40 58,85 3,80 3,50 4,00 3,76

Tabel 3. Data Pengamatan Zat Air (untuk Zat Metanol)

T (oC) WPikno + Tali + Air (gram)t Zat (s)

t1 t2 t3 tavg

Ruang 53,48 7,98 7,98 7,73 7,89

30 53,73 7,70 7,82 7,72 7,74

35 53,78 7,55 7,47 7,50 7,50

40 54,05 7,43 7,45 7,44 7,44

Page 6 of 24

Tabel 4. Data Pengamatan Zat Air (untuk Zat Kloroform)

T (oC) WPikno + Tali + Air (gram)t Zat (s)

t1 t2 t3 tavg

Ruang 45,24 5,60 5,70 5,70 5,66

30 46,14 6,00 6,00 6,00 6,00

35 45,78 5,80 5,50 5,70 5,66

40 45,72 5,30 5,30 5,20 5,26

Page 7 of 24

V. PENGOLAHAN DATA

1. Penentuan Volume Pikno

V Piknometer=W Pikno+Tali+Air−W Pikno+Tali

ρair

Tabel 5. Volume Piknometer Kosong

PiknometerWPikno + Tali + Air

(gram)

WPikno + Tali

(gram)ρAir (g/mL)

VPiknometer

(mL)

A (untuk Metanol) 53,48 28,86 0,996377 24,70

B (untuk Kloroform) 45,24 19,74 0,996377 25,59

2. Penentuan ρ Zat pada Berbagai Suhu

ρZat=W Pikno+Tali+Zat−W Pikno+Tali

V Piknometer

Tabel 6. Massa Jenis Zat Metanol di Berbagai Suhu

T (oC)WPikno + Tali + Metanol

(gram)

WPikno + Tali

(gram)VPiknometer (mL) ρMetanol (g/mL)

Ruang 48,10 28,86 24,70 0,778947

30 48,76 28,86 24,70 0,805668

35 48,78 28,86 24,70 0,806477

40 48,85 28,86 24,70 0,809311

Page 8 of 24

Tabel 7. Massa Jenis Zat Kloroform di Berbagai Suhu

T (oC)WPikno + Tali + Kloroform

(gram)

WPikno + Tali

(gram)VPiknometer (mL) ρKloroform (g/mL)

Ruang 58,08 19,74 25,59 1,498241

30 57,72 19,74 25,59 1,484173

35 57,97 19,74 25,59 1,493942

40 58,85 19,74 25,59 1,528331

3. Penentuan η Zat Zat

ηZat=t Zat x ρZatt Air x ρAir

xηAir

Tabel 8. Viskositas Metanol

T (oC)tAvg Metanol

(s)ρMetanol (g/mL)

tAvg Air

(s)ρAir (g/mL) ηAir (Pa.s) ηMetanol (Pa.s)

Ruang 8,49 0,778947 7,89 0,996377 0,000842 0,000708

30 8,26 0,805668 7,74 0,995649 0,000797 0,000688

35 8,12 0,806477 7,50 0,994033 0,000719 0,000631

40 7,97 0,809311 7,44 0,992216 0,000653 0,000507

Tabel 9. Viskositas Kloroform

T (oC)tAvg Kloroform

(s)ρKloroform (g/mL)

tAvg Air

(s)ρAir (g/mL) ηAir (Pa.s) ηKloroform (Pa.s)

Ruang 3,90 1,498241 5,66 0,996377 0,000842 0,000872

30 3,93 1,484173 6,00 0,995649 0,000797 0,000778

35 3,76 1,493942 5,66 0,994033 0,000719 0,000717

40 3,76 1,528331 5,26 0,992216 0,000653 0,000718

Page 9 of 24

4. Penentuan E dan A

ln η= ERx 1T

+ ln A

Y = mx + c ; m = ER c = ln A

Tabel 10. Data untuk menentukan nilai E dan A

Larutan T (oC) 1/T (1/K) ηZat (Pa.s) ln ηZat

Air

Ruang 0,003327 0,000842 -7,079730

30 0,003300 0,000797 -7,134655

35 0,003246 0,000719 -7,237649

40 0,003194 0,000653 -7,333933

Metanol

Ruang 0,003327 0,000708 -7,253066

30 0,003300 0,000688 -7,281721

35 0,003246 0,000631 -7,368204

40 0,003194 0,000507 -7,586999

Kloroform

Ruang 0,003327 0,000872 -7,044721

30 0,003300 0,000778 -7,158784

35 0,003246 0,000717 -7,240434

40 0,003194 0,000718 -7,239040

Page 10 of 24

Grafik 1. Perbandingan ln η terhadap 1/T pada Air

0.003150.00320.003250.00330.00335-7.4

-7.3

-7.2

-7.1

-7

-6.9

f(x) = 1906.90390821083 x − 13.4258700921477

Zat Air

Series2Linear (Series2)

1/T (1/K)

ln η

Persamaan Regresi : y = 1906,9x - 13,426

1906,9 = ER - 13,426 = ln A

E = 1906,9 x 8,314 A = e- 13,426

E = 15853,96 J.mol-1 A = 1,4762 x 10-6

Grafik 2. Perbandingan ln η terhadap 1/T pada Metanol

0.00315

0.0032

0.00325

0.0033

0.00335-7.7

-7.5

-7.3

-7.1

f(x) = 2460.13725349587 x − 15.4091508728576

Zat Metanol

Series2Linear (Series2)

1/T (1/K)

ln η

Persamaan Regresi : y = 2460,1x - 15,409

2460,1 = ER - 15,409 = ln A

E = 2460,1 x 8,314 A = e- 15,409

Page 11 of 24

E = 20453,27 J.mol-1 A = 2,0321 x 10-7

Grafik 3. Perbandingan ln η terhadap 1/T pada Kloroform

0.00315

0.0032

0.00325

0.0033

0.00335-7.3

-7.2

-7.1

-7

-6.9

f(x) = 1377.33068005259 x − 11.6701397490618

Zat Kloroform

Series2Linear (Series2)

1/T (1/K)

ln η

Persamaan Regresi : y = 1377,3x – 11,67

1377,3 = ER - 11,67 = ln A

E = 1377,3 x 8,314 A = e- 11,67

E = 11450,87 J.mol-1 A = 8,5464 x 10-6

Tabel 11. Nilai E dan A untuk setiap ZatZat E (J.mol-1) A

Air 15853,98 1,4762 x 10-6

Metanol 20453,27 2,0321 x 10-7

Kloroform 11450,87 8,5464 x 10-6

Page 12 of 24

5. Penentuan Tetapan Van der Waals

1ρ=1ηx+b

Y = mx + c ; c = b = tetapan Van der Waals

Tabel 12. Data untuk menentukan tetapan Van der Waals

Larutan T (oC) ρZat (g/mL) 1/ ρ ηZat (Pa.s) 1/ ηZat

Air

Ruang 0,996377 1,003636 0,000842 1187,64

30 0,995649 1,004370 0,000797 1254,70

35 0,994033 1,006002 0,000719 1390,82

40 0,992216 1,007845 0,000653 1531,39

Metanol

Ruang 0,778947 1,283784 0,000708 1412,42

30 0,805668 1,241206 0,000688 1453,48

35 0,806477 1,239960 0,000631 1584,78

40 0,809311 1,235618 0,000507 1972,38

Kloroform

Ruang 1,498241 0,667449 0,000872 1146,78

30 1,484173 0,673775 0,000778 1285,34

35 1,493942 0,669370 0,000717 1394,70

40 1,528331 0,654308 0,000718 1392,75

Page 13 of 24

Grafik 4. Perbandingan 1/ ρ terhadap 1/ η pada Air

1100 1200 1300 1400 1500 16001.0011.0021.0031.0041.0051.0061.0071.0081.009

f(x) = 1.22655624229437E-05 x + 0.989013444275999

Zat Air

Series2Linear (Series2)

1/ η

1/ ρ

Persamaan Regresi : y = 1E-05x + 0,989

b = 0,989

Grafik 5. Perbandingan 1/ ρ terhadap 1/ η pada Metanol

13001400

15001600

17001800

19002000

21001.211.221.231.241.251.261.271.281.29

f(x) = − 5.24754064923876E-05 x + 1.33440517110625

Zat Metanol

Series2Linear (Series2)

1/ η

1/ ρ

Persamaan Regresi : y = -5E-05x + 1,3344

b = 1,3344

Page 14 of 24

Grafik 6. Perbandingan 1/ ρ terhadap 1/ η pada Kloroform

1100 1150 1200 1250 1300 1350 1400 14500.64

0.6450.65

0.6550.66

0.6650.67

0.6750.68

f(x) = − 2.68595249551543E-05 x + 0.701274292667544

Zat Kloroform

Series2Linear (Series2)

1/ η

1/ ρ

Persamaan Regresi : y = -3E-05x + 0,7013

b = 0,7013

Tabel 13. Nilai Tetapan Van der Waals untuk setiap ZatZat Tetapan Van der Waals

Air 0,989

Metanol 1,3344

Kloroform 0,7013

Page 15 of 24

VI. PEMBAHASAN

Berdasarkan data pengamatan, didapatkan rata-rata nilai massa

jenis zat Metanol 0,8 g/mL. Nilai tersebut hampir mendekati nilai massa jenis

Metanol yang sebenarnya, yaitu 0,792 g/mL. Untuk nilai massa jenis

Kloroform didapat 1,5 g/mL. Nilai tersebut mendekat nilai massa jenis

Kloroform yang sebenarnya, yaitu 1,49 g/mL. Adanya ketidaksesuaian antara

penghitungan dengan nilai yang sebenarnya disebabkan oleh kurang

akuratnya pengambilan data.

Untuk nilai viskositas yang dihasilkan, yaitu 0,000708 Pa.s untuk

Metanol pada temperatur 27,5oC, nilai tersebut sangat jauh berbeda dengan

nilai viskositas Metanol yang sebenarnya, yaitu 0,59 mPa.s pada suhu 20oC.

Sedangkan untuk viskositas Kloroform pada perhitungan didapat 0,000872

Pa.s pada suhu 27,5oC dengan 0,000563 Pa.s sebagai nilai viskositas

kloroform yang sebenarnya pada suhu 20oC. Hasil dari perhitungan cukup

berbeda jauh dengan yang ada pada literatur. Hal ini disebabkan karena data

yang digunakan pada literatur kondisinya tidak sama dengan yang ada pada

percobaan ini (perbedaan temperatur), selain itu mungkin terdapat

kesalahan dalam pengambilan data waktu rata-rata yang disebabkan karena

batasan antara ketinggian yang satu dengan yang lainnya cukup dekat dan

cepatnya aliran cairan sehingga data yang diambil kurang akurat.

Untuk tetapan Van der Waals Air didapat 0,989, dimana nilai

tesebut tidak sama dengan literatur, yaitu 0,03049. Untuk zat Metanol

didapat 1,3344, dengan nilai 0,06584 pada literatur. Dan untuk zat

Kloroform didapat 0,7013, dengan nilai 0,1022 pada literatur. Hal tersebut

dikarenakan adanya kesalahan dalam meregresi data.

Berdasarkan pengolahan data, viskositas air lebih besar daripada

viskositas Metanol, dan viskositas air mendekati viskositas Kloroform

meskipun viskositas Kloroform sedikit lebih besar daripada viskositas air.

Hubungannya sebagai berikut : ηKloroform > ηAir > ηMetanol.

Page 16 of 24

Dalam percobaan ini dicari nilai tetapan Van der Waals untuk setiap

zat. Penentuan tetapan Van der Waals ini dilakukan karena pada percobaan

ini tetapan Van der Waals mempengaruhi viskositas suatu cairan. Dimana

Viskositas akan naik jika ikatan rangkap semakin banyak dan jika ikatan antar

molekulnya kuat. Oleh karena itu tetapan Van der Waals mempengaruhi

ikatan antar molekul yang merupakan faktor yang mempengaruhi viskositas

cairan.

Berdasarkan data hasil percobaan, didapat ηKloroform > ηAir > ηMetanol. Hal

tersebut terjadi karena beberapa faktor, yaitu temperatur, ikatan antar

molekul, dan jumlah molekul. Semakin tinggi temperaturnya, maka

viskositas yang dihasilkan akan semakin menurun. Hal tersebut dapat

dibuktikan oleh data hasil pengamatan dimana hasil pengamatan sesuai

dengan pernyataan tersebut. Ikatan antar molekul juga mempengaruhi

viskositas, dimana semakin besar ikatan antar molekulnya, maka akan

semakin besar pula viskositasnya. Acuan besar-kecilnya ikatan antar molekul

ada pada tetapan Van der Waals. Semakin besar tetapan Van der Waals-nya

maka ikatan antar molekulnya semakin kuat, sehingga viskositas cairan pun

semakin tinggi. Dari data yang telah diolah didapat tetapan Van der Waals

kloroform > air > metanol, sehingga hubungan viskositas ketiga cairan

tersebut : ηKloroform > ηAir > ηMetanol. Selain itu, jumlah molekul zat juga

berpengaruh terhadap viskositas. Dalam percobaan ini jumlah molekul yang

dimaksud adalah densitas zat tersebut. Diketahui bahwa ρKloroform > ρAir >

ρMetanol sehingga hubungan viskositas ketiga cairan tersebut : ηKloroform > ηAir >

ηMetanol.

Aplikasi dari percobaan ini dalam bidang keilmuan Teknik Material

adalah menentukan material yang cocok untuk digunakan sebagai bahan

pompa. Bahan yang digunakan untuk pompa harus kuat dan sesuai dengan

cairan yang akan dipompa. Apabila cairan yang akan dipompa memiliki

viskositas yang tinggi, maka gaya yang diakibatkan akan semakin besar

sehingga dibutuhkan pompa yang lebih kuat dibandingkan dengan pompa

biasa.

Page 17 of 24

VII. KESIMPULAN

Kesimpulan dari percobaan ini yaitu nilai densitas rata-rata

Metanol adalah 0,8 g/mL, sedangkan untuk Kloroform 1,5 g/mL. Nilai

Viskositas rata-rata Metanol adalah 0,000633 Pa.s, dan untuk Kloroform

0,000771 Pa.s. Nilai tetapan A Air adalah 1,4762 x 10-6, Metanol 2,0321 x

10-7, dan Kloroform 8,5464 x 10-6. Nilai energi ambang batas aliran E Air

adalah 15853,98 J.mol-1, Metanol 20453,27 J.mol-1, dan Kloroform

11450,87 J.mol-1. Nilai tetapan Van der Waals Air adalah 0,989, Metanol

1,3344, dan Kloroform 0,7013. Semakin tinggi temperatur suatu cairan,

maka akan semakin kecil viskositasnya.

Page 18 of 24

VIII. DAFTAR PUSTAKA

Ariyanti, E.S. dan Agus, M, 2010, “Otomasasi Pengukuran Koefisien

Viskositas Zat Cair Menggunkan Gelombang Ultrasonik,” Jurnal Neutrino,

voll. 2, No. 2 April 2010.

Atkins, p.w, 1997, “Kimia Fisika,” Erlangga, Jakarta.

Halliday dan Resnick, 1985, “Fisika,” Erlangga, Jakarta.

Diakses 25 Oktober 2015 :

http://ridwan.staff.gunadarma.ac.id/Downloads/files/10075/Karakteristik+Al

iran+Fluida1.pdf.

Diakses 25 Oktober 2015 :

http://www.znu.ac.ir/data/members/rasoulifard_mohammad/

crc.pdf

Diakses 25 Oktober 2015 :

http://wiki.phy.queensu.ca/PHYS106/images/8/82/CRC.pdf

Page 19 of 24

IX. LAMPIRAN

1. CRC

Page 20 of 24

Page 21 of 24

Page 22 of 24

Page 23 of 24

Page 24 of 24