106

BAB 1PENDAHULUAN1.1 Latar BelakangDalam fluida yang kental diperlukan gaya untuk menggeser satu bagian fluida terhadap yang lain. Di dalam cairan kental dapat dipandang persoalan tersebut seperti tegangan dan renggangan pada benda padat. Kenyataannya setiap fluida baik gas maupun zat cair mempunyai sifat kekentalan karena partikel di dalamnya saling menumbuk.Cairan mempunyai sifat menyerupai gas dalam hal gerakannya yang mengikuti gerakan Brown dan daya alirannya (fluiditasnya). Selain itu, cairan juga menunjukkan adanya tegangan permukaan yang merupakan salah satu sifat penting lainnya dari cairan. Permukaan cairan berperilaku seperti lapisan yang memiliki tegangan dan cenderung mengambil bentuk permukaan paling sempit. Penjepit kertas dapat mengapung di atas permukaan air dan tetes-tetes embun yang jatuh pada sarang laba-laba berbentuk bola merupakan contoh dari fenomena tegangan permukaan.Besarnya tegangan permukaan dipengaruhi oleh gaya tarik menarik antara molekul di dalam cairan. Umumnya cairan yang mempunyai gaya tarik antara molekulnya besar seperti raksa, maka tegangan permukaannya juga besar. Sebaliknya, cairan seperti alkohol gaya tarik menarik antara molekulnya kecil, maka tegangan permukaannya juga kecil. Dalam kehidupan sehari-hari tegangan permukaan cairan banyak dimanfaatkan dalam hubungannya dengan kemampuan cairan tersebut membasahi suatu benda.Oleh karena itu, percobaan mengenai tegangan permukaan ini penting dilakukan untuk mengetahui dan menentukan nilai tegangan permukaan suatu zat cair dengan adanya pengaruh dari surfaktan dan pengaruh dari suhu sehingga kita dapat membandingkan kedua nilai tegangan permukaan dari pengaruh yang berbeda, serta dapat mengetahui pengaplikasian tegangan permukaan dalam kehidupan sehari-hari.

1.2 Tujuan Menentukan massa jenis dari air dan bensin pada percobaan. Menentukan nilai tegangan permukaan pada pengaruh zat aktif atau surfaktan. Menentukan nilai tegangan permukaan pada pengaruh suhu.

BAB 2TINJAUAN PUSTAKA

Tegangan permukaan sebagai kerja yang dilakukan dalam memperluas tegangan permukaan cairan dengan satu satuan luas. Satuan untuk tegangan permukaan () 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:

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 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 KapilerMenurut rumus: y = h.d.g.rKarena kadang-kadang penentuan jari-jari kapiler (v) itu sukar, maka dipergunakan cairan pembanding yang telah diketahui tegangan mukanya.2. Metode TetesCairan diteteskan melalui suatu pipa kapiler, waktu jatuh maka berat tetes: 2vJadi,

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:

Untuk cairan pembandingan:

Sehingga:

(Respati, 1992)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 , 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 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).

BAB 3 METODOLOGI PERCOBAAN

3.1 Alat dan Bahan3.1.1 Alat Piknometer Stalagnometer Hand counter Penangas air Gelas ukur Beaker glass Pipet tetes Neraca analitik Corong kaca Batang pengaduk

3.1.2 Bahan Bensin campuran Tisu Aquades Sunlight Serbet Kertas label

3.2 Prosedur Percobaan3.2.1 Percobaan Menentukan Massa Cairan3.2.1.1 Aquades Ditimbang piknometer kosong. Dimasukkan aquades. Ditimbang. Dimasukkan aquades ke dalam stalagnometer Dihitung tetesannya.3.2.1.2 Bensin Ditimbang piknometer kosong. Dimasukkan bensin. Ditimbang. Dimasukkan bensin ke dalam stalagnometer Dihitung tetesannya.

3.2.2 Pengaruh Zat Aktif terhadap Tegangan Permukaan3.2.2.1 1 pipet Diambil sabun cair 1 pipet ke dalam beaker glass. Dilarutkan dengan 50 mL aquades. Dimasukkan ke dalam piknometer. Ditimbang. Dimasukkan ke dalam stalagnometer. Dihitung tetesannya.3.2.2.2 2 pipet Diambil sabun cair 2 pipet ke dalam beaker glass. Dilarutkan dengan 50 mL aquades. Dimasukkan ke dalam piknometer. Ditimbang. Dimasukkan ke dalam stalagnometer. Dihitung tetesannya.

3.2.2.3 3 pipet Diambil sabun cair 3 pipet ke dalam beaker glass. Dilarutkan dengan 50 mL aquades. Dimasukkan ke dalam piknometer. Ditimbang. Dimasukkan ke dalam stalagnometer. Dihitung tetesannya.3.2.2.4 4 pipet Diambil sabun cair 4 pipet ke dalam beaker glass. Dilarutkan dengan 50 mL aquades. Dimasukkan ke dalam piknometer. Ditimbang. Dimasukkan ke dalam stalagnometer. Dihitung tetesannya.

3.2.3 Pengaruh Suhu terhadap Tegangan Permukaan Dimasukkan bensin ke dalam piknometer. Dimasukkan ke dalam penangas air selama 2 menit. Ditimbang. Dimasukkan ke dalam stalagnometer. Dihitung jumlah tetesan. Diulangi sebanyak 4 kali.

BAB 4HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Tabel Pengamatan4.1.1 Pengaruh Zat Aktif terhadap Tegangan PermukaanNo.Konsentrasi SurfaktanMassa pikno + CampuranMassa CampuranJumlah Tetesan

1.0%25,6310,136

2.10%25,6410,1144

3.20%25,6510,1253

4.30%25,6510,1252

5.40%25,6510,1259

4.1.2 Pengaruh Suhu terhadap Tegangan PermukaanNo.Suhu (C)Massa pikno + BensinMassa BensinJumlah Tetesan

1.3523,107,5792

2.3623,117,58120

3.3523,117,58115

4.3523,117,58101

5.3423,127,59110

4.2 Perhitungan Massa piknometer kosong = 15,53 grMassa piknometer + air = 25,63 grMassa air = 25,63 gr 15,53 gr = 10,1 gr air = 36 tetesanMassa piknometer + bensin = 23,12 grMasssa bensin = 23,12 gr 15,53 gr = 7,59 gr bensin = 97 tetesanv piknometer = 10 mL

4.2.1 Persentase Surfaktan

4.2.2 Perhitungan Massa Jenis4.2.2.1

4.2.2.2 Pengaruh Surfaktan atau Zat Aktif

4.2.2.3 Pengaruh Suhu

4.2.3 Tegangan Permukaan

4.2.3.1 Pengaruh Surfaktan/Zat Aktif

4.2.3.2 Pengaruh Suhu

4.3 Grafik4.3.1 Pengaruh Surfaktan/Zat Aktif

4.3.2 Pengaruh Suhu

4.4 PembahasanPermukaan 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 kepermukaan.Di dalam zat cair, tiap molekul ditarik oleh molekul lain yang sejenis didekatnya dengan gaya yang sama ke segala arah. Akibatnya tidak terdapat sisa gaya yang bekerja pada masing-masing molekul. Pada permukaan cairan, tiap molekul-molekul ditarik oleh molekul sejenis didekatnya dengan arah hanya ke samping dan ke bawah, tetapi tidak ditarik oleh molekul diatasnya karena diatas permukaan cairan berupa fase uap (udara) dengan jarak antara molekul sangat renggang. Akibatnya terdapat perbedaan gaya tarik, sehingga ada saja sisa gaya yang bekerja pada lapisan atas cairan. Gaya tersebut mengarah ke bawah karena molekul lebih rapat. Adanya gaya atau tarikan ke bawah menyebabkan permukaan cairan berkontraksi dan berada dalam keadaan tegang. Tegangan ini disebut tegangan permukaan.Besarnya tegangan permukaan dipengaruhi oleh gaya tarik menarik antara molekulnya besar seperti raksa, maka tegangan permukaannya juga besar. Sebaliknya cairan seperti alkohol gaya tarik antara molekulnya kecil, maka tegangan permukaannya juga kecil. Di dalam kehidupan sehari-hari, tegangan permukaan cairan digunakan yang berhubungan dengan kemampuan cairan tersebut membasahi benda. Detergen sintesis modern lainnya, didesain untuk meningkatkan kemampuan air membasahi kotoran yang melekat pada pakaian, yaitu dengan menurunkan tegangan permukaan sehingga hasil cucian lebih bersih.Pada penentuan massa jenis pengaruh zat aktif, pada percobaan didapatkan 1,01 g/mL pada 0%, pada 10% didapatkan 1,011 g/mL, 20% adalah 1,012 g/mL, pada 30% adalah 1,012 g/mL dan pada 40% adalah 1,012 g/mL.Pada penentuan massa jenis pengaruh suhu pada percobaan didapatkan hasil yaitu 0,759 g/mL pada suhu 35C, pada suhu 36C yaitu 0,758 g/mL. Pada suhu 35C yaitu 0,758 g/mL, pada suhu 35C adalah 0,758 g/mL dan pada suhu 34C adalah 0,759 g/mL.Pada penentuan tegangan permukaan () pengaruh zat aktif didapatkan pada 0% sebesar 71,46 dyne/cm, pada 10% adalah 58,51 dyne/cm, pada 20% adalah sebesar 48,62 dyne/cm, pada 30% adalah sebesar 49,55 dyne/cm dan pada 40% adalah sebesar 43,68 dyne/cm.Pada penentuan tegangan permukaan () akibat pengaruh suhu didapatkan pada 35C sebesar 75,09 dyne.cm, pada suhu 36C sebesar 57,68 dyne/cm, pada suhu 35C sebesar 60,18 dyne/cm, pada suhu 35C adalah 68,53 dyne/cm dan pada suhu 34C sebesar 63,03 dyne/cm.Beberapa peristiwa yang terjadi di dalam kehidupan sehari-hari yang berkaitan dengan tegangan permukaan adalah: Nyamuk dapat berjalan di atas permukaan air. Terapungnya jarum jahit di atas permukaan air. Butir-butir tanah liat yang basah akan saling menempel. Tetesan air hujan atau air diujung keran membentuk hampir bulat.Tegangan permukaan suatu cairan berbeda-beda tergantung daripada jenis cairan dan suhu. Pada umumnya cairan yang memiliki gaya tarik antara molekulnya lebih besar seperti air, maka tegangan permukaannya juga kecil. Tegangan permukaan pada cairan akan turun apabila suhunya naik. Hal ini terjadi karena dengan bertambahnya suhu, maka molekul-molekul di dalam zat tersebut akan bergerak lebih cepat dan pengaruh interaksi antara molekul berkurang sehingga tegangan permukaannya turun.Surfaktan merupakan suatu molekul yang sekaligus memiliki gugus hidrofilik dan gugus lipofilik sehingga dapat mempersatukan campuran yang terdiri dari air dan minyak. Surfaktan adalah bahan aktif permukaan.Jenis-jenis surfaktan:1. Surfaktan anionik memiliki gugus hidrofilik yang membawa muatan negatif seperti karboksilat, sulfonat dan gugus sulfat. Contoh: sodium dodecylsulfate (SDS), C12H25OSO3Na. Struktur sodium alkylsulfate.

2. Surfaktan kationik memiliki muatan positif dibagian hidrofiliknya. Contoh: C12H25N(CH3)3Br. Struktur C12H25N(CH3)3Br.

3. Surfaktan non ionik bagian hidrofilik diperoleh dan gugus polar seperti polyethyleneoxide atau gula. Contoh: C10H21(OCH2CH2)8ON. Struktur alkylglucosider.

4. Surfaktan alaphothenic (zwitter ionik) membawa muatan positif dan negatif sehingga muatan bersihnya nol. Contoh: Alkylpropanesmtlaine.

Pada percobaan kali ini, surfaktan yang digunakan untuk menurunkan tegangan permukaan zat cair adalah sabun. Struktur sabun adalah:

Prinsip percobaan penentuan tegangan permukaan dengan metode berat tetes ini adalah penentuan zat cair aquades dan bensin dengan menentukan banyaknya tetesan dalam suatu volume tertentu. Percobaan ini dilakukan dengan penambahan surfaktan (sabun sunlight) dan juga dengan pemanasan. Dimana hanya sebagian kecil cairan yang dipakai dan diletakkan di dalam stalagnometer lalu diperoleh tetesan-tetesan dan dihitung banyaknya tetesan. Semakin banyak tetesan yang dihasilkan maka semakin kecil tegangan permukaan cairan tersebut.Fungsi perlakuan pada percobaan kali ini adalah sebagai berikut: Penimbangan berfungsi untuk menentukan massa dari air, bensin dan surfaktan serta piknometer kosong. Pengadukkan berfungsi untuk menghomogenkan surfaktan dengan air. Bensin, air dan campuran air + surfaktan dimasukkan ke dalam stalagnometer agar mengetahui jumlah tetesan pada bahan. Pemanasan agar dapat menurunkan tegangan permukaan pada bahan sehingga tetesan yang didapat semakin banyak dan penurunan tetesan di dalam stalagnometer lebih cepat.Fungsi reagen pada percobaan kali ini yaitu: Aquadest untuk melarutkan surfaktan dengan berbagai konsentrasi agar diketahui perbedaannya. Surfaktan berfungsi untuk mengetahui pengaruh zat aktif terhadap tegangan permukaan. Bensin berfungsi untuk mengetahui pengaruh suhu terhadap tegangan permukaan setelah dipanaskan pada suhu tertentu.Ada beberapa faktor kesalahan yang terjadi dalam percobaan adalah: Kurang teliti dalam menghitung jumlah tetesan. Kurang teliti saat penimbangan. Saat pemanasan waktunya kurang atau lebih. Kurang bersih dalam mencuci alat sehingga mempengaruhi tegangan permukaan.Faktor-faktor yang mempengaruhi tegangan permukaan adalah: Suhu Semakin tinggi suhu, maka tegangan permukaan akan kecil juga, sehingga tetesan yang dihasilkan lebih banyak. Zat terlarutZat terlarut dapat mempengaruhi tegangan permukaan jika zat yang massa jenisnya kecil maka tegangan permukaan akan kecil juga. TekananSemakin besar tekanan, maka semakin besar juga tegangan permukaannya. SurfaktanAdanya zat-zat seperti sabun, detergen dan alkohol adalah efektif dalam menurunkan tegangan permukaan atau tegangan antar muka. Jenis cairanCairan yang memiliki gaya tarik antara molekulnya besar seperti air, maka tegangan permukaannya juga besar. Sebaliknya, pada cairan seperti bensin memiliki tegangan permukaan yang kecil karena gaya tarik menarik antara molekulnya kecil.Metode-metode yang dapat menentukan tegangan permukaan adalah: Metode KapilerTegangan permukaan diukur dengan melihat ketinggian air atau cairan yang naik melalui suatu kapiler. Metode kapiler ini hanya digunakan untuk mengukur tegangan antar muka. Metode WilhelmyMetode ini didasarkan pada gaya yang diperlukan untuk menarik pelat tipis dan permukaan cairan. Penetapannya diperlukan alat dari lempeng tipis yang terbuat dari kaca platina atau mika dan sebuah neraca. Besarnya gaya tarik pada neraca yang digunakan untuk melepas pelat dari permukaan cairan dicatat. Metode Berat TetesCairan yang membasahi gelas akan berupa tetesan pada ujung pipa partikel. 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 (2r). Sehingga menurut hukum Talp diperoleh:mg = 2r atau = mg/(2r) Metode Tersiometer Du-NouyMetode cincin Du-Nouy bisa digunakan untuk mengukur tegangan permukaan atau tegangan antar muka.Dari grafik karena pengaruh surfaktan dapat dilihat pada saat konsentrasi surfaktan 0% tegangan permukaan zat cair besar. Pada konsentrasi berikutnya yaitu 10%, 20%, 30% dan 40% tegangan permukaan zat cair semakin turun. Hal ini terjadi karena adanya surfaktan yang dapat menentukan tegangan permukaan. Semakin besar konsentrasi surfaktan, semakin kecil tegangan permukaan.Dari grafik karena pengaruh suhu dapat dilihat pada suhu 35C tegangan permukaan pada zat cair besar. Kemudian pada suhu 36C, tegangan permukaan zat cairan menurun. Pada suhu berikutnya yaitu 35C, tegangan permukaan naik lagi hingga suhu 35C berikutnya. Kemudian pada suhu 34C tegangan permukaan turun lagi. Hal ini dapat terjadi karena suhu (panas) dapat menurunkan tegangan permukaan karena pemanasan dapat melepas ikatan hidrogen pada zat cair tersebut. Sehingga tetesan yang dihasilkan lebih banyak. Semakin besar suhu, semakin kecil tegangan permukaan.

BAB 5PENUTUP

5.1 Kesimpulan Dari hasil perhitungan, didapatkan massa jenis air sebesar 1,01 gr/mL, sedangkan massa jenis bensin sebesar 0,759 gr/mL. Nilai tegangan permukaan pada pengaruh zat aktif berdasarkan perhitungan yaitu berturut-turut 71,46 dyne/cm, 58,51 dyne/cm, 48,62 dyne/cm, 49,55 dyne/cm dan 43,68 dyne/cm. Nilai tegangan permukaan pada pengaruh suhu berdasarkan perhitungan yaitu berturut-turut 75,09 dyne/cm, 57,68 dyne/cm, 60,18 dyne/cm, 68,53 dyne/cm dan 63,03 dyne/cm.

5.2 SaranPada percobaan selanjutnya dapat dicoba juga dengan menggunakan solar atau pertamax sebagai pengganti bensin agar dapat diketahui perbedaan nilai tegangan permukaannya.

DAFTAR PUSTAKA

Atkins, P.W. 1994. Kimia Fisik Edisi Ke-4 Jilid 1. Jakarta: Erlangga.Dogra, SK. & S. Dogra. 1990. Kimia Fisik dan Soal-soal. Jakarta: UI.Respati. 1992. Dasar-dasar Ilmu Kimia. Yogyakarta: Rineka Cipta.Yazid, Estien. 2005. Kimia Fisika untuk Paramedis. Yogyakarta: Andi.

106