Laporan Praktikum Kimia Fisik

Viscositas Cairan Sebagai Fungsi Suhu

Nama : Hestin PermatasariNIM : 10510035Tanggal Percobaan : 28 September 2012Tanggal Pengumpulan: 5 Oktober 2012Nama Asisten : Nungky Aprilia/20512060

Adri Nora/1050037

Laboratorium Kimia Fisika

Program Studi Kimia

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Institut Teknologi Bandung

2012

Viscositas Cairan Sebagai Fungsi Suhu

I. Tujuan Percobaan

I.1 Menentukan viscositas kloroform dan toluene pada berbagai suhu

I.2 Menentukan nilai E dan A air, toluene, dan kloroform

I.3 Menentukan tetapan vanderwaals air, toluene, dan kloroform

II. Teori Dasar

Fluida atau zat alir adalah zat yang dapat mengalir dan bentuknya selalu berubah

dengan perubahan volume. Yang termasuk dalam kategori fluida adalah zat cair dan gas.

Fluida mempunyai kerapatan yang harganya tertentu pada temperatur dan tekanan

tertentu. Harga kerapatannya tergantung pada temperatur dan tekanan, apabila temperatur

dan tekanan suatu fluida berubah maka kerapatannya akan berubah. Bagi zat cair

kerapatannya tidak akan terpengaruh oleh perubahan temperatur dan tekanan, hal ini juga

dinamakan fluida tidak dapat mampat (incompresible) sedangkan gas sangat dipengaruh

oleh perubahan temperatur dan tekanan dan dikenal juga sebagai fluida dapat mampat

(compresible).

Setiap fluida, gas atau cairan, memiliki suatu sifat yang dikenal dengan viskositas,

yang dapat didefinisikan sebagai tahanan yang dilakukan suatu lapisan fluida terhadap

suatu lapisan lainnya. Pada aliran laminar, fluida dalam pipa dianggap terdiri atas lapisan

molekul-molekul yang bergerak di atas yang lainnya dengan kecepatan yang berbeda-

beda. Profil kecepatan pada berbagai lapisan ini berbentuk parabola dengan kecepatan

paling tinggi terdapat pada lapisan bagian tengah pipa.

Alat yang dipakai untuk menentukan Viscositas dinamakan Viscometer. Ada beberapa

jenis Viscometer, diantaranya :

a) Viscometer Ostwald

b) Viscometer Lehman

c) Viscometer bola jatuh dari Stokes.

III. Data PengamatanIII.1 Data Piknometer

Truang=25ºCWpiknokosong=19.37 gramWpikno+air=45.03 gramWpikno+kloroform=57.32 gramWpikno+toluene=41.13 gram

III.2 Data Viskositas

Larutan T(ºC) tlarutan (s)t1 t2 t3 trata-rata

Air 30 39.75 37.08 38.92 38.5833335 34.8 31 30.43 32.0766740 28.62 28.55 28.34 28.50333

Kloroform 30 25.51 25.06 25.06 25.2135 29.72 30.75 29 29.8233340 34.87 36.82 31.92 34.53667

Toluene 30 18.49 17.73 18.31 18.1766735 18.54 18.33 18.35 18.4066740 17.1 17.41 17.46 17.32333

IV. Pengolahan DataIV.1 Volume pikno

V pikno=W pikno+air−W piknokosong

ρair

V pikno=45.03−19.37

0.997048=25.7267mL

IV.2 ρ zat pada suhu 25ºC

ρ zat=(W ¿¿ pikno+zat−W piknokosong)

V pikno

¿

ρkloroform=57.32−19.37

25.7267=1.475121

ρtoluen=41.13−19.37

25.7267=0.845814

IV.3 Penentuan viskositas zat pada berbagai suhu

ηzat=(t ¿¿ zat x ρzat )

t air x ρair

x ηair¿

ηkloroform30=25.21x 1.475121

38.5833 x 0.997048x 0.798=0.771414

Larutan T(ºC) tlarutan (s) Viskositast1 t2 t3 trata-rata

Air 30 39.75 37.08 38.92 38.58333 0.79835 34.8 31 30.43 32.07667 0.7240 28.62 28.55 28.34 28.50333 0.653

Kloroform 30 25.51 25.06 25.06 25.21 0.77141435 29.72 30.75 29 29.82333 0.99040140 34.87 36.82 31.92 34.53667 1.170603

Toluene 30 18.49 17.73 18.31 18.17667 0.31891635 18.54 18.33 18.35 18.40667 0.35049140 17.1 17.41 17.46 17.32333 0.336673

Keterangan : karena tidak dilakukannya pengambilan data piknometer pada

berbagai suhu, maka massa jenis zat dan massa jenis air yang digunakan untuk

semua perhitungan menggunakan data pada suhu 25ºC. sedangkan data viskositas

air pada berbagai suhu menggunakan data dari literature.

IV.4 Penentuan E dan A(temperature dalam Kelvin)#air

0.003150.00320.003250.00330.00335

-0.45-0.4

-0.35-0.3

-0.25-0.2

-0.15-0.1

-0.050

f(x) = 1901.91932288643 x − 6.50292421948774R² = 0.999969199510565

penentuan E dan A air

penentuan E dan A airLinear (penentuan E dan A air)

1/T

ln η

y = 1901,x - 6,502

ln η=ER

x1T

+ ln A

Maka, ln A= -6502, sehingga A=0, dan:ER

= E

√1=1901

E= 1901

#kloroform

0.00315 0.0032 0.00325 0.0033 0.00335

-0.3

-0.25

-0.2

-0.15

-0.1

-0.05

0

0.05

0.1

0.15

0.2

f(x) = − 3959.14457598028 x + 12.8194056378484R² = 0.989089034258529

penentuan E dan A kloroform

penentuan E dan A kloro-formLinear (penentuan E dan A kloroform)

y = -3959,x + 12,81

ln η=ER

x1T

+ ln A

Maka, ln A= 12.81, sehingga A=365857, dan: ER

= E

√0.989=−3959

E= -3937,1652

#toluene

0.00315 0.0032 0.00325 0.0033 0.00335

-1.16

-1.14

-1.12

-1.1

-1.08

-1.06

-1.04

-1.02

-1

f(x) = − 520.735987730059 x + 0.597701149473457R² = 0.335833544310746

penentuan E dan A toluen

penentuan E dan A toluenLinear (penentuan E dan A toluen)

y = -520,7x + 0,597

ln η=ER

x1T

+ ln A

Maka, ln A= 0.597, sehingga A=1.8167, dan: ER

= E

√0.335=−520.7

E= -301.3769

IV.5 Penentuan tetapan van der waalsTidak dapat ditentukan karena tidak dilakukannya pengukuran massa jenis zat pada berbagai suhu, sehingga tidak ada variasi yang bisa dialurkan pada kurva.

V. Pembahasan

Pada fluida yang tidak diidealisir terdapat suatu aktivitas molekuler antara

lapisannya. Salah satu akibat dari aktivitas ini adalah munculnya gesekan internal

antara bagian-bagian tersebut, yang dapat pula digambarkan sebagai gaya luncur

diantara lapisan-lapisan fluida tadi. Hal ini dapat dilihat dari perbedaan kecepatan

bergerak lapisan-lapisan fluida tersebut. Bila pengamatan dilakukan terhadap aliran

fluida makin mengecil ditempat-tempat yang jaraknya terhadap dinding pipa semakin

kecil, dan praktis tidak bergerak pada tempat di dinding pipa. Sedangkan kecepatan

terbesar terdapat ditengah-tengah pipa aliran.

Viscositas suatu fluida adalah sifat yang menunjukkan besar dan kecilnya

tahanan dalam fluida terhadap gesekan. Fluida yang mempunyai viscositas rendah,

misalnya air mempunyai tahanan dalam terhadap gesekan yang lebih kecil

dibandingkan dengan fluida yang mempunyai viscositas yang lebih besar.

Gaya

F dyne

L cm

Gambar diatas merupakan 2 lapisan fluida sejajar dengan masing-masing mempunyai

lua A cm2 dan jarak kedua lapisan L cm. Bila lapisan atas bergerak sejajar dengan

lapisan bawah pada kecepatan V cm/detik relatif terhadap lapisan bawah, supaya

fluida tetap mempunyai kecepatan V cm/detik maka harus bekerja suatu gaya sebesar

F dyne.

Gejala ini dapat dianalisis dengan suatu besaran yang disebut kekentalan atau

viscositas (viscosity). Oleh karena itu, viscositas berkaitan dengan gerak relatif antar

bagian-bagian fluida, maka besaran ini dapat dilihat sebagai ukuran kesulitan fluida

untuk mengalir. Semakin besar viskositas suatu fluida makin sulit fluida itu mengalir.

Viscositas suatu cairan murni atau larutan merupakan indeks hambatan alir cairan.

Beberapa zat cair dan gas mempunyai sifat daya tahan terhadap aliran ini, dinyatakan

dengan Koefisien Viscositas (η).

Viscositas ialah besarnya gaya tiap cm2 yang diperlukan supaya terdapat

perbedaan kecepatan sebesar 1 cm tiap detik untuk 2 lapisan zat cair yang parallel

dengan jarak 1 cm. Viscositas dapat dihitung dengan rumus Poiseville:

A cm2

A cm2

Kecepatan V cm/detik

η=πΡR4 Τ

8 LVdengan:

R = Jari-jari pipa dialiri cair (cm)

T = Waktu alir (detik)

P = Tekanan yang menyebabkan zat cair mengalir (dyne

cm2 )

V = Volume zat cair (liter)

L = Panjang pipa (cm)

η = Koefisien Viscositas (centipoise)

Makin besar kekentalannya, makin sukar zat cair itu mengalir dan begitu pula

sebaliknya, bila makin encer makin mudah mengalir.

1η=Q

Dengan: Q = Fluiditas

Fluiditas yaitu kemudahan suatu zat cair untuk mengalir. Dari rumus diatas dapat

dilihat bahwa Fluiditas berbanding terbalik dengan kekentalan (Koefisien

Viscositas).

Viskositas terutama terjadi karena interaksi antar molekul-molekul cairan.

Viskositas adalah besaran yang harganya bergantung pada suhu. pada sebagian besar

zat cair, dengan bertambahnya suhu, maka nilai koefesien fluiditas akan menurun,

begitu juga sebaliknya, bila temperature diturunkan, maka besarnya fluiditas akan

naik. Namun pada percobaan kali ini, yang mengalami penurunan fluiditas terhadap

suhu hanya air. Viskositas kloroform pada percobaan kali ini mengalami kenaikan

dengan bertambahnya suhu. Viskositas toluene saat pertama kali dinaikkan suhu

kenaikan dan saat dinaikkan lagi, viskositasnya menurun, namun nilainya lebih tinggi

dari viskositas awal. Penyimpangan pengaruh suhu pada viskositas ini bisa

dikarenakan nilai viskositas diukur saat suhu larutan belum mencapai suhu yang

diinginkan atau bisa juga karena pengukuran waktu saat penggunaan viscometer

Oswald dilakukan oleh praktikan yang berbeda-beda sehingga dimungkinkan

perbedaan ketelitian dalam melihat waktu di stopwatch. Hal lain yang menimbulkan

kesalahan adalah kemungkinan tmbulnya gelembung saat pengukuran. Timbulnya

gelembung ini akan mengganggu aliran laminar sehingga waktu yang diperoleh

bukanlah waktu yang seharusnya diukur. Dan sebenarnya hasil perhitungan ini pun

tidak dapat digunakan, karena tidak adanya data massa jenis zat pada berbagai suhu,

sehingga perhitungan menggunakan data seadanya yang tentu saja menghasilkan

hasil yang tidak valid.

Selain temperature, hal lain yang mempengaruhi viskositas antara lain:tekanan.

Kehadiran zat lain, massa jenis, ukuran dan berat molekul, serta kekuatan antar

molekul. Variable yang diamati untuk penentuan viskositas pada percobaan ini selain

temperature adalah massa jenis. Massa Jenis (specific weight) dari suatu benda

adalah besarnya gaya grafitasi yang bekerja pada suatu massa dari suatu satuan

volume, oleh karena itu berat jenis dapat didefinisikan sebagai: berat tiap satuan

volume. Nilai viskositas akan berbanding lurus dengan nilai massa jenis zat. Hasil

percobaan ini dengan melihat data yang didapatkan menunjukkan gejala yang sama.

Secara umum kloroform dengan massa jenis yang tinggi juga mempunyai viskositas

yang tinggi dibandingkan dengan air maupun toluene. Begitu juga dengan toluene,

dengan massa jenisnya yang kecil, nilai viskositasnya pun juga kecil dibandingkan

dengan air dan kloroform. Bila dilakukan pengukuran massa jenis pada berbagai

suhu, secara teoritis temperature akan berbanding terbalik dengan massa jenis.

Dengan bertambahnya suhu, maka massa jenis larutan akan berkurang. Dan dengan

demikian seharusnya dapat pula ditentukan tetapan vanderwaals dengan mengalurkan

kurva antara 1/ η dengan 1/ρ, maka tidak dilakukan perhitungan untuk menentukan

tetapan van der waals.

Pada percobaan ini penentuan viskositas menggunakan metode Ostwald. metode

Ostwald merupakan suatu variasi dari metode Poiseulle. Pada Ostwald yang diukur

adalah waktu yang dibutuhkan oleh sejumlah cairan tertentu untuk mengalir melalui

pipa kapiler dengan gaya yang disebabkan oleh berat cairan itu sendiri, jadi waktu

yang dibutuhkan oleh cairan untuk melalui batas yang ditentukan dapat diukur

menggunakan stop watch.

VI. Kesimpulan1. viskositas kloroform pada suhu 30ºC, 35ºC, dan 40ºC secara berturut-turut adalah

0.771, 0.99, 1.17

2. viskositas toluene pada suhu 30ºC, 35ºC, dan 40ºC secara berturut-turut adalah

0.318, 0.350, 0.336

3. Nilai E dan A pada air secara beruruttan adalah 1901 dan 0

4. Nilai E dan A pada kloroform secara beruruttan adalah -3937.1652 dan 365857

5. Nilai E dan A pada toluen secara beruruttan adalah -301.3769 dan 1.8167

6. Tetapan vanderwaals tidak dapat ditentukan

VII. Daftar PustakaS.Glasston. 1946.“textbook of physical chemistry”. Ed 2. Hal 496-500J.A.kicthener. 1967.”findlay’s practical physical chemistry”. Ed 8. Hal 86-91Rao, RR dan Fasad, KR. 2003. “Effects of Velocity- Slip and Viscosity variation on

Journal Bearings”. Vol 46. Hal 143-152. India

LAMPIRAN

LAMPIRAN

TETAPAN VAN DER WAALS

JAWABAN PERTANYAAN

1. Bilangan Reynolds adalah rasio dari gaya inersia terhadap gaya viskos yang mengkuantifikasi hubungan kedua gaya tersebut dengan suatu kondisi aliran tertentu. Bilangan ini dapat mengidentifikasi jenis aliran yang berbeda seperti laminar dan turbulen. Yang dikategorikan aliran laminar adalah yang mempunyai bilangan Reynolds kurang dari 2300.

2. Cara lain untuk menentukan viskositas adalah dengan metode lehman. Nilai viscositas Lehman didasarkan pada waktu kecepatan alir cairan yang akan diuji atau dihitung nilai viscositasnya berbanding terbalik dengan waktu kecepatan alir cairan pembanding, dimana cairan pembanding yang digunakan adalah air. Persamaannya adalah sebagai berikut :

η=TcairanTair