Makalah

SISTEM FASA

Metode Penentuan Tegangan Permukaan

Nur Andriyani / 1006704133

Pristi Amalia Nurcahyani / 1006704171

Rahma Widya Rinukti / 1006704190

Restianny Hanindya / 1006704215

Widya Rachmasari / 1006704341

Departemen Kimia

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Indonesia

2012

DAFTAR ISI

Daftar Isi 2

Kata Pengantar 3

BAB I Pendahuluan

Latar Belakang 3

Perumusan Masalah 3

Tujuan Penulisan 3

Sistematika Penulisan 4

BAB II Pembahasan

Pengertian Tegangan Permukaan 5

Faktor yang Memengaruhi Tegangan Permukaan 5

Metode Penentuan Tegangan Permukaan 6

Penerapan Konsep Tegangan Permukaan Dalam Kehidupan Sehari-hari 11

BAB III Penutup

Kesimpulan 13

Saran 14

Daftar Pustaka 15

1

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kami panjatkan atas kehadirat Allah SWT karena dengan

rahmat dan hidayah-Nya kami telah menyelesaikan pembuatan makalah yang berjudul

“Metode Penentuan Tegangan Permukaan”. Kami mengucapkan terima kasih kepada

seluruh pihak yang telah membantu hingga tugas ini terselesaikan.

Tujuan dibuatnya makalah ini adalah untuk memenuhi nilai kami dalam mata

kuliah Sistem Fasa dan Elektrokimia, dan untuk mengetahui lebih banyak tentang

tegangan permukaan terutama aplikasinya dalam kehidupan sehari-hari

Kami menyadari bahwa dalam penulisan makalah ini masih jauh dari

sempurna, oleh karena itu masukan dan umpan balik dari semua pihak sangat kami

nantikan untuk dapat menyempurnakan penulisan karya tulis ini.

Depok, Mei 2012

2

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Dalam kehidupan sehari-hari tentu frasa “tegangan permukaan” tentu tidak

asing bagi kita. Secara sederhana tegangan permukaan air berhubungan dengan

kemampuan air untuk membasahi benda. Salah satu hal yang terkait dengan tegangan

permukaan ada pada pembahasan surfraktan misalnya, banyak dikatakan bahwa salah

satu fungsi surfraktan dapat menurunkan tegangan permukaan sehingga dapat

membantu proses pencucian menjadi lebih bersih. Sebenarnya apakah yang dimaksud

dengan tegangan permukaan? Apa kah ada metode untuk mengukurnya dan apa

sajakah aplikasinya dalam kehidupan sehari-hari kita? Pada makalah ini akan dibahas

jawaban dari pertanyaan-pertanyaan tersebut.

1.2 Perumusan Masalah

Rumusan masalah dalam makalah ini adalah sebagai berikut.

1. Apakah tegangan permukaan itu?

2. Apakah Faktor yang Memengaruhi Tegangan Permukaan?

3. Apa saja Metode Penentuan Tegangan Permukaan?

4. Bagaiman Penerapan Konsep Tegangan Permukaan dalam Kehidupan Sehari-

hari?

1.3 Tujuan Penulisan

Tujuan dari ditulisnya makalah ini adalah:

1. Mengetahui pengertian dan faktor dari permukaan

2. Mengetahui metode yang digunakan untuk menentukan besar tegangan permukaan

3. Mengetahui Penerapan konsep tegangan permukaan dalam kehidupan sehari-hari

3

1.4 Sistematika Penulisan

Makalah kelompok kami terdiri dari 3 bab yaitu:

1. Bab pertama yaitu pendahuluan membahas mengenai latar belakang , lalu

beberapa masalah yang kami angkat dalam makalah ini serta tujuan dari dibuatnya

makalah ini.

2. Bab kedua yaitu bagian isi membahas mengenai landasan teori yang kami gunakan

dan data-d ata yang kami kumpulkan.

3. Bab ketiga yang merupakan bab terakhir yaitu bagian penutup berisi kesimpulan

kami beserta saran dan ucapan terima kasih kepada semua yang telah membantu

kami dalam pembuatan makalah ini, disertai daftar pustaka.

4

BAB II

PEMBAHASAN

2.1 Pengertian Tegangan Permukaan

“Tegangan permukaan zat cair merupakan kecenderungan permukaan zat cair

untuk menegang, sehingga permukaannya seperti ditutupi oleh suatu lapisan elastis”

(Kanginan, 2009). Selain itu, tegangan permukaan juga diartikan sebagai suatu

kemampuan atau kecenderungan zat cair untuk selalu menuju ke keadaan yang luas

permukaannya lebih kecil yaitu permukaan datar atau bulat seperti bola atau

ringkasnya didefinisikan sebagai usaha untuk membentuk luas permukaan baru

(Wavega, 2008). Dengan sifat tersebut zat cair mampu untuk menahan benda-benda

kecil di permukaannya. Seperti silet, berat silet menyebabkan permukaan zat cair

sedikit melengkung ke bawah tempat silet itu berada. Lengkungan itu memperluas

permukaan zar cair namun zat cair dengan tegangan permukaannya berusaha

mempertahankan luas permukaannya sekecil mungkin.

Tegangan permukaan adalah gaya persatuan panjang yang harus dikerjakan

sejajar permukaan untuk mengimbangi gaya tarikan kedalam pada cairan. Hal tersebut

terjadi karena pada permukaan, gaya adhesi (antara cairan dan udara) lebih kecil dari

pada gaya khohesi antara molekul cairan sehingga menyebabkan terjadinya gaya

kedalam pada permukaan cairan. Tegangan antar muka adalah gaya persatuan panjang

yang terdapat pada antarmuka dua fase cair yang tidak bercampur. Tegangan antar

muka selalu lebih kecil dari pada tegangan permukaan karena gaya adhesi antara dua

cairan tidak bercampur lebih besar dari pada adhesi antara cairan dan udara.

2.2 Faktor yang Memengaruhi Tegangan Permukaan

Tegangan permukaan terjadi karena permukaan zar cair cenderung untuk

menegang, sehingga permukaannya tampak seperti selaput tipis. Hal ini dipengaruhi

oleh adanya gaya kohesi antara molekul air. Pada zat cair yang adesiv berlaku bahwa

besar gaya kohesinya lebih kecil daripada gaya adesinya dan pada zat yang non-

adesiv berlaku sebaliknya. Salah satu model peralatan tang sering digunakan untuk

mengukur tegangan permukaan zar cair adalah pipa kapiler. Salah satu besaran yang

5

berlaku pada sebuah pipa kapiler adalah sudut kontak, yaitu sudut yang dibentuk oleh

permukaan zat cair yang dekat dengan dinding. Sudut kontak ini timbul akibat gaya

tarik-menarik antara zat yang sama (gaya kohesi) dan gaya tarik-menarik antara

molekul zar yang berbeda (adesi).

Molekul cairan biasanya saling tarik-menarik. Di bagian dalam cairan, setiap

molekul cairan dikelilingi oleh molekul-molekul lain di setiap sisinya, tetapi di

permukaan cairan hanya ada molekul-molekul caoran di samping dan di bawah. Di

bagian atas tidak ada molekul cairan lainnya. Karena molekul cairan tarik-menarik

satu dengan yang lainnya, maka terdapat gaya total yang besarnya nol pada molekul

yang berada di bagian dalam cairan. Sebaliknya, molekul cairan yang terletak di

permukaan ditarik oleh molekul cairan yang berada di samping dan bawahnya.

Akibatnya, pada permukaan cairan terdapat gaya total yang berarah ke bawah. Karena

adanya gaya total yang arahnya ke bawah, maka cairan yang terletak di permukaan

cenderung memperkecil luas permukaannya dengan menyusut sekuat mungkin. Hal

ini yang menyebabkan lapisan cairan pada permukaan seolah-olah tertutup oleh

selaput elastis yang tipis.

2.3 Metode Penentuan Tegangan Permukaan

Molekul-molekul cairan yang berada dibagian fase cairan seluruhnya akan

dikelilingi oleh molekul-molekul dengan gaya tarik-menarik yang sama ke segala arah

sehingga resultan gaya sama dengan nol lain halnya dengan molekul-molekul cairan

pada permukaan. Molekul-molekul itu disebelah bawah dikelilingi oleh molekul-

molekul cairan sedangkan dibagian atas oleh molekul-molekul dan fasa uap sehingga

gaya tarik kebawah lebih besar dari gaya tarik keatas. Hal ini menimbulkan sifat

kecenderungan untuk memperkecil luas permukaan. Besar gaya yang bekerja tegak

lurus pada satu satuan panjang permukaan disebut tegangan muka, yang dapat

dinyatakan dengan satuan dyne per cm. Tegangan muka terdapat pada batas cairan

dengan uap jenuh diudara dan juga antara permukaan cairan dengan cairan lain yang

tidak bercampur.

2.3.1 Metode Kapiler

Bila suatu pipa kapiler dimasukkan kedalam cairan yang membasahi dinding

maka cairan akan naik kedalam kapiler karena adanya tegangan muka. Kenaikan

6

cairan sampai pada suhu tinggi tertentu sehingga terjadi keseimbangan antara gaya

keatas dan kebawah

(Persamaan 1) :

Gaya kebawah,

Dimana: h : tinggi permukaan.

g : percepatan gravitasi.

ρ : berat jenis.

r : jejari kapiler.

Persamaan (2) :

Gaya keatas,

Dimana γ adalah tegangan muka dan θ adalah sudut kontak.

Pada kesetimbangan, gaya kebawah sama dengan gaya keatas (dari persamaan 1 dan

2) :

Untuk air dan kebanyakan cairan organik umumnya θ = 0 atau dapat dianggap batas

lapisan pararel dengan kapiler, sehingga harga cos θ =1 maka persamaan 3 :

sehingga :

Pengaruh Terhadap Konsentrasi Larutan

Konsentrasi zat terlarut (solut) suatu larutan biner mempunyai pengaruh

terhadap sifat-sifat larutan termasuk tegangan muka dan adsorbsi pada permukaan

larutan. Telah diamati bahwa solut yang ditambahkan kedalam larutan akan

menurunkan tegangan muka, karena mempunyai konsentrasi dipermukaan yang lebih

besar daripada didalam larutan.Sebaliknya solut yang penambahannya kedalam

larutan menaikkan tegangan muka mempunyai konsentrasi dipermukaan yang lebih

kecil daripada didalam larutan.

Untuk larutan ideal, dan dimana R dan T adalah

tetapan gas umum dan temperatur kelvin penggabungan seluruh persamaan

didapatkan :

7

2.3.2 Metode Berat Tetes

Suatu cairan yang membasahi gelas akan berupa tetesan pada ujung pipa

vertikal. Mula-mula tetesan berupa setengah bola, kemudian memanjang dan

membentuk pinggang. Pada saat akan jatuh bebas, gaya ke bawah pada tetesan (mg)

akan sama dengan gaya ke atas yang menahan tetesan , sehingga menurut

Hukum Tate diperoleh:

Berat tetesan yang jatuh bukan berat yang ideal, karena sekitar 40% dari cairan masih

tertinggal pada ujung pipa, oleh karena itu diperlukan suatu faktor koreksi (Fd)

sehingga:

8

Dimana Fd merupakan faktor

koreksi yang bergantung pada

V/r3, jika V adalah volume suatu tetesan. Nilai ini dapat dicari pada tabel Harkins dan

Brown (lihat pustaka). Nilai Fd untuk percobaan dapat dicari dengan menggunakan

grafik V/r3 terhadap Fd.

2.3.3 Tensiometer Du Nouy

Tensiometer Du Nouy, dipakai secara luas untuk mengukur tegangan

permukaan dan tegangan antarmuka. Prinsip dari alat tersebut bergantung pada

kenyataan bahwa gaya yang diperlukan untuk melepaskan suatu cincin platina-iridium

yang dicelupkan pada permukaan atau antarmuka adalah sebanding dengan tegangan

permukaan atau tegangan antarmuka (Martin dkk., 1990).

Gaya yang diperlukan untuk melepaskan cincin dengan cara ini diberikan oleh

suatu kawat spiral dan dicatat dalam satuan dyne pada suatu penunjuk yang

berkalibrasi. Tegangan permukaan diberikan oleh rumus :

γ = × faktor koreksi

Sebenarnya, alat tersebut mengukur bobot dari cairan yang dikeluarkan dari

bidang antarmuka tepat sebelum cincin tersebut menjadi lepas. Suatu faktor koreksi

perlu dalam persamaan di atas karena teori sederhana tersebut tidak memperhitungkan

variabel- variabel tertentu seperti jari-jari dari cincin, jari-jari dari kawat yang dipakai

untuk membentuk cincin, dan volume cairan yang diangkat keluar dari permukaan.

Kesalahan sebesar 25% bisa terjadi bila faktor koreksi tidak dihitung dan dipakai.

Metode perhitungan faktor koreksi telah diuraikan oleh Harkins Dan Jordan dan,

suatu ketepatan kira-kira 0.25% dapat diperoleh dengan pengerjaan yang cermat

(Martin dkk., 1990).

Fenomena antarmuka dalam farmasi adalah faktor-faktor yang berarti yang

mempengaruhi absorpsi obat pada bahan pembantu padat dalam bentuk

sediaan,penetrasi/penembusan molekul melalui memnran biologis ,pembentukan dan

kestabilan serta dispersi dari partikel yang tidak larut dalam media cair untuk

membentuk suspensi (Astuti dkk., 2008).

9

2.3.4 Wilhelmy

Metode ini menggunakan lempeng wilhelmy sebagai alat untuk mengukurnya.

Lempeng wilhelmy adalah lempeng tipis yang digunakan untuk mengukur tegangan

permukaan atau antarpermukaan antara udara dengan larutan atau antar senyawa

dalam larutan. Pada metode ini, lempeng harus diletakkan tegak lurus dengan

tegangan antar permukaan, dan tekanan yang digunakan yang diukur. Metode Ludwig

Wilhelmy ini berkembang dan digunakan untuk persiapan dan monitoring dari

Langmuir - Blodgett film (Anonim, tt).

Gambar 1. Metode Lempeng Wilhelmy

Lempeng wilhelmy biasanya menggunakan lempeng yang berukuran beberapa

cm2.. Lempeng ini sering terbuat dari kaca atau platina yang agak berat untuk dapat

terbasahi sempurna. Tekanan pada lempeng yang terendam diukur dengan

menggunakan tensiometer atau microbalance dan untuk menghitung tegangan

permukaan digunakan rumus :

dimana adalah panjang dari lempeng wilhelmy yang terendam dan θ adalah sudut

antara larutan dengan lempeng. Namun pada prakteknya sudut ini sulit ntuk diukur

sehingga metode ini jarang digunakan.

10

2.4 Penerapan Konsep Tegangan Permukaan dalam Kehidupan Sehari-

hari

“Tegangan permukaan air berhubungan dengan kemampuan air untuk

membasahi benda. Makin kecil tegangan permukaan air, makin baik kemampuan air

untuk membasahi benda, dan ini berarti kotoran-kotoran pada benda lebih mudah larut

dalam air” (Kanginan, 2006).

2.4.1 Mencuci dengan air panas lebih mudah dan menghasilkan cucian yang

lebih bersih.

Tegangan permukaan dipengaruhi oleh suhu. Makin tinggi suhu air, makin

kecil tegangan permukaan air dan ini berarti makin baik kemampuan air untuk

membasahi benda. Karena itu, mencuci dengan air panas menyebabkan kotoran pada

pakaian lebih mudah larut dan cucian menjadi lebih bersih. Detergen sintetis modern

juga didesain untuk meningkatkan kemampuan air membasahi kotoran yang melekat

pada pakaian, yaitu dengan menurunkan tegangan permukaan air. Banyak kotoran

yang tidak larut dalam air segar, tetapi larut dalam air yang diberi detergen.

2.4.2 Gelembung sabun atau air berbentuk bulat

Gelembung sabun atau tetes air berbentuk bulat karena dipengaruhi oleh

adanya tegangan permukaan. Gelembung sabun memiliki dua selaput tipis pada

permukaannya dan diantara kedua selaput tipis tersebut terdapat lapisan air tipis.

Adanya tegangan permukaan menyebabkan selaput berkontraksi dan cenderung

memperkecil luas permukaannya. Ketika selaput air sabun berkontraksi dan berusaha

memperkecil luas permukaannya, timbul perbedaan tekanan udara di bagian luar

selaput (tekanan atmosfir) dan tekanan udara di bagian dalam selaput. Tekanan udara

yang berada di luar selaput (tekanan atmosfir) turut mendorong selaput air sabun

ketika ia melakukan kontraksi, karena tekanan udara di bagian dalam selaput lebih

kecil. Setelah selaput berkontraksi, maka udara di dalamnya (udara yang terperangkap

di antara dua selaput) ikut tertekan, sehingga menaikkan tekanan udara di dalam

selaput sampai tidak terjadi kontraksi lagi. Dengan kata lain, ketika tidak terjadi

kontransi lagi, besarnya tekanan udara di antara dua selaput sama dengan jumlah

tekanan atmosfir dengan gaya tegangan permukaan yang mengerutkan selaput.

11

Pada tetes air hanya memiliki satu selaput tipis, yakni pada bagian luar tetes

air. Bagian dalamnya penuh dengan air. Akibat adanya gaya kohesi, maka timbul

tegangan permukaan. Bagian tetes air ditarik ke dalam, akibatnya air berkontraksi dan

cenderung memperkecil luas permukaannya. Tekanan atmosfir yang berada di luar

turut membantu menekan tetes air. Kontraksi akan terhenti ketika tekanan pada bagian

dalam air sama dengan jumlah tekanan atmosfir dengan gaya tegangan permukaan

yang mengerutkan selaput air.

2.4.3 Klip tidak tenggelam dalam air

Ketika klip diletakkan secara hati-hati ke atas permukaan air, molekul-molekul

air yang terletak di permukaan agak ditekan oleh gaya berat klip tersebut, sehingga

molekul-molekul air yang terletak di bawah memberikan gaya pemulih ke atas untuk

menopang klip tersebut. Biasanya klip terbuat dari logam, sehingga kerapatannya

lebih besar dari kerapatan air. Karena massa jenis klip lebih besar dari massa jenis air,

maka seharusnya klip tenggelam. Tapi kenyataannya klip terapung. Fenomena ini

merupakan salah satu contoh dari adanya tegangan permukaan. Dalam kenyataannya,

bukan hanya klip (penjepit kertas), tetapi juga bisa benda lain seperti jarum. Apabila

kita meletakkan jarum secara hati-hati di atas permukaan air, maka jarum akan

terapung. Adanya tegangan permukaan cairan juga menjadi alasan mengapa serangga

bisa mengapung di atas air.

12

BAB III

PENUTUP

3.1 Kesimpulan

Makalah ini dapat disimpulkan bahwa tegangan permukaan zat cair adalah

suatu kemampuan atau kecenderungan zat cair untuk selalu menuju ke keadaan yang

luas permukaannya lebih kecil. Dengan sifat tersebut zat cair mampu untuk menahan

benda-benda kecil di permukaannya. Tegangan permukaan disebabkan oleh gaya

adhesi (antara cairan dan udara) lebih kecil dari pada gaya kohesi antara molekul

cairan sehingga menyebabkan terjadinya gaya kedalam pada permukaan cairan. Gaya

kedalam pada permukaan cairan disebabkan oleh tarik-menariknya molekul cairan

satu dengan yang lainnya. Molekul cairan yang terletak di permukaan ditarik oleh

molekul cairan yang berada di samping dan bawahnya. Akibatnya, pada permukaan

cairan terdapat gaya total yang berarah ke bawah sehingga memperkecil luas

permukaannya dengan menyusut kearah dalam.

Tegangan permukaan dapat ditentukan dengan beberapa metode, yaitu metode

kapiler, metode berat tetes, metode tensiometer Du Nouy, dan metode Wilhelmy. Pada

metode kapiler, penentuan tegangan permukaan didasarkan pada kenaikan cairan

sampai pada tinggi tertentu pada suatu pipa kapiler sehingga terjadi keseimbangan

antara gaya keatas dan kebawah. Pada metode berat tetes, tegangan permukaan

didasarkan pada suatu cairan yang membasahi gelas sama dengan tetesan pada ujung

pipa vertikal. Pada saat akan jatuh bebas, gaya ke bawah pada tetesan (mg) akan sama

dengan gaya ke atas yang menahan tetesan. Pada metode tensiometer Du Nouy

berprinsip pada gaya yang diperlukan untuk melepaskan suatu cincin platina-iridium

yang dicelupkan pada permukaan atau antarmuka adalah sebanding dengan tegangan

permukaan atau tegangan antarmuka. Pada metode Wilhelmy, digunakan lempeng

wilhelmy sebagai alat untuk mengukur tegangan permukaan. Lempeng wilhelmy

adalah lempeng tipis yang digunakan untuk mengukur tegangan permukaan antara

udara dengan larutan atau antar senyawa dalam larutan.

Tegangan permukaan dapat diterapkan pada kehidupan sehari-hari. Salah satu

contohnya adalah mencuci pakaian dengan air panas. Semakin tinggi suhu air,

semakin kecil tegangan permukaan air dan ini berarti makin baik kemampuan air

13

untuk membasahi benda. Karena itu, mencuci dengan air panas menyebabkan kotoran

pada pakaian lebih mudah larut dan cucian menjadi lebih bersih.

3.2 Saran

Saran dari penulis adalah semoga metode tegangan permukaan ini dapat

menambah wawasan masyarakat, khususnya pelajar dan mahasiswa. Dan saran dari

penulis agar tegangan permukaan ini diterapkan dalam kehidupan sehari-hari dan

untuk penelitian sehingga dapat menciptakan suatu teknologi baru yang dapat

bermanfaat untuk masyarakat luas.

14

DAFTAR PUSTAKA

http://undecimpharmacist.wordpress.com/2012/04/24/4/

http://www.scribd.com/doc/59791199/48/Metode-penentuan-tegangan-muka

http://www.slideshare.net/IinKhoerani/tegangan-permukaan-10636997

15