Laporan Farmasi Fisika Tegangan Permukaan [PDF]

Citation preview

LAPORAN RESMI PRAKTIKUM FARMASI FISIKA PERCOBAAN 3 TEGANGAN PERMUKAAN



Disusun Oleh :



Nama



: Niki Putri Anjani



NIM



: M3519044



Hari/Tgl Praktikum



: Jumat, 20 Maret 2020



Kelompok



: 3 B (9)



Asisten Pembimbing



: Fridha Angelina P, Nabila Sekar P, Adistyara Nur F



PROGRAM STUDI D3 FARMASI SEKOLAH VOKASI UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2020



LAPORAN RESMI PRAKTIKUM FARMASI FISIKA PERCOBAAN 3 TEGANGAN PERMUKAAN I.



Tujuan Tujuan dari percobaan ini adalah mengenal dan membiasakan diri dengan konsep dan



pengukuran tegangan muka. II.



Dasar Teori Tegangan Permukaan merupakan sebuah fenomena pada fluida yang mengakibatkan



suatu kecenderungan sebuah fluida untuk menegang sehingga permukaannya tampak seperti tertutup sebuah membran elastis. Kemampuan zat cair yang ingin selalu meregang mengakibatkan permukaan terlihat seperti diselimuti oleh sebuah selaput yang elastis. Hal ini disebabkan adanya gaya tarik-menarik antar partikel sejenis didalam 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 (resultan) gaya yang bekerja pada masing-masing molekul. Tegangan permukaan merupakan ungkapan gaya persatuan panjang yang bekerja pada arah tegak lurus terhadap sembarang garis atau irisan yang bekerja pada permukaan cairan yang cenderung menarik permukaan cairan untuk menutup (Fayanto dan Toifur,2018). Tegangan permukaan zat cair pada pipa kapiler dipengaruhi oleh adhesi dan kohesi. Adhesi menyebabkan zat cair yang dekat dengan dinding naik. Sedangkan kohesi menyebabkan zat cair yang ada di tengah ikut naik. Naiknya zat cair dalam pipa diimbangi oleh berat air itu sendiri. Contoh peristiwa yang membuktikan adanya tegangan permukaan, antara lain, peristiwa jarum, silet, penjepit kertas, atau nyamuk yang dapat mengapung di permukaan air, butiran-butiran embun berbentuk bola pada sarang labalaba, air yang menetes cenderung berbentuk bulat-bulat dan air berbentuk bola di permukaan daun talas . Ada beberapa metode penentuan tegangan muka diantaranya adalah metode kenaikan pipa kapiler. Metode kenaikan pipa kapiler merupakan metode bila suatu pipa kapiler dimasukkan kedalam cairan yang membasahi dinding maka cairan akan naik kedalam kapiler karena adanya tegangan muka. Kenaikan cairan sampai suhu tinggi tertentu sehingga terjadi keseimbangan antara gaya keatas dan kebawah (Juliyanto dkk.,2016).



Gaya kebawah : F = πr2 h ρ g Dimana, h : tinggi muka g : percepatan gravitasi ρ : berat jenis r : jari-jari kapiler Gaya keatas : F’ = 2 πr cos  Dimana :  adalah tegangan muka dan  adalah sudut kontak Pada kesetimbangan, gaya kebawah sama dengan gauya keatas maka : F’= F 2πr cos = πr 2 h ρ g Untuk air dan kebanyakan organik umumnya = 0 atau dapat dianggap batas lapisan paralele dengan kapiler, sehingga harga cos  = 1 maka : = ½ r h ρ g Gejala Kapilaritas Kapilaritas adalah gejala naik atau turunnya zat cair di dalam pipa kapiler (pipa sempit). Kapilaritas dipengaruhi oleh adanya gaya kohesi dan adhesi antara zat cair dengan dinding kapiler. Karena dalam pipa kapiler gaya adhesi antara partikel air dan kaca lebih besar daripada gaya kohesi antara partikelpartikel air, maka air akan naik dalam pipa kapiler. Sebaliknya raksa cenderung turun dalam pipa kapiler, jika gaya kohesinya lebih besar daripada gaya adhesinya. Kenaikan atau penurunan zat cair pada pipa kapiler disebabkan oleh adanya tegangan permukaan ( γ ) yang bekerja pada keliling persentuhan zat cair dengan pipa. Tegangan antarmuka adalah gaya persatuan panjang yang terdapat antarmuka dua fase cair yang tidak bercampur, sedangkan tegangan permukaan adalah gaya persatuan panjang bias juga digambarkan dengan suatu rangka kawat tiga sisi dimana suatu bidang datar bergerak diletakkan (Juliyanto dkk.,2016). Salah satu faktor yang mempengaruhi tegangan permukaan adalah surfaktan. Surfaktan (surface active agents), zat yang dapat mengaktifkan permukaan, karena cenderung untuk terkonsentrasi pada permukaan atau antar muka. Surfaktan mempunyai orientasi yang jelas sehingga cenderung pada rantai lurus. Sabun merupakan salah satu contoh dari surfaktan. (Juliyanto dkk.,2016). Kegunaan surfaktan dalam pembuatan sabun transparan adalah sifat kemampuan menurunkan tegangan permukaan sehingga air dapat melepaskan kotoran pada permukaan bahan. Perbedaan sifat molekul surfaktan dimana ujung yang satu tertarik pada minyak berguna untuk mengambil kotoran berminyak dan ujung yang lainnya tertarik pada air untuk memisahkan kotoran dari bahan dan



mendispersikan kotoran sehingga tidak kembali menempel pada permukaan bahan (Ariningsih dkk.,2018). Surfaktan adalah senyawa yang dapat menurunkan tegangan permukaan air/larutan. Aktivitas surfaktan diperoleh karena memiliki sifat ganda dari molekulnya. Molekul surfaktan memiliki sifat polar (gugus hidrofilik) dapat dengan mudah larut di dalam air dan sifat non polar (gugus hidrofobik) yang mudah larut dalam minyak. Jika proses interaksi dengan fasa air lebih kuat dibandingkan dengan fasa minyak, hal ini menunjukkan bahwa jumlah gugus hidrofiliknya lebih banyak. Sebagai akibatnya akibatnya, tegangan permukaan air menjadi lebih rendah sehingga dengan mudah menyebar dan menjadi fasa kontinu. Demikian pula sebaliknya, jika interaksi dengan fasa minyak lebih kuat dibandingkan dengan fasa air, yang diakibatkan oleh jumlah gugus hidrofobik yang lebih dominan. Hal ini akan mengakibatkan tegangan permukaan minyak menjadi lebih rendah sehingga dengan mudah menyebar dan menjadi fasa kontinu. (Tang dan Suendo,2011). Bila suatu zat surfaktan didispersikan dalam air pada konsentrasi yang rendah, maka molekul-molekul surfaktan akan terabsorbsi pada permukaan membentuk suatu lapisan monomolekuler. Bagian gugus polar akan mengarah ke udara. Hal ini mengakibatkan turunnya tegangan permukaan air. Pada konsentrasi yang lebih tinggi nolekul-molekul surfaktan masuk ke dalam air membentuk agregat yang dikenal sebagai misel. Konsentrasi pada saat misel ini mulai terbentuk disebut konsentrasi misel kritik (KMK). Pada saat KMK ini dicapai maka tegangan permukaan zat cair tidak banyak lagi dipengaruhi oleh perubahan (Juliyanto dkk.,2016). III.



Alat dan Bahan a. Alat 1. Gelas Belimbing 200 ml



[ 1 buah ]



2. Sendok Teh



[ 2 buah ]



3. Sendok Makan



[ 1 buah ]



4. Sedotan Aqua



[ 1 buah ]



5. Penggaris 30 cm



[ 1 buah ]



b. Bahan 1. Air



[ 450 ml ]



2. Minyak Goreng Filma



[ 9 Sdm ]



3. Sabun Cuci Piring Sunlight



[ 9 Sdt ]



IV.



Cara Kerja



Air 150 ml



Diukur tinggi air & minyak dalam gelas



Minyak Goreng 3 Sdm



Ditambahkan



Dimasukan pada gelas belimbing



Larutan air + minyak Diulangi pada 3 gelas belimbing



Larutan A



Ditambahkan



Sabun 2 Sdt



Diukur tinggi air, Diamati kemampuan minyak, sabun surfaktan



Larutan A Diaduk 18 kali putaran



Larutan A Diamati, Dihitung tegangan permukaan



Hasil



Larutan B



Ditambahkan Sabun 3 Sdt



Diamati



Diukur tinggi air, kemampuan minyak, sabun surfaktan



Larutan B Diaduk 18 kali putaran



Larutan B Diamati, Dihitung tegangan permukaan



Hasil



Larutan C



Ditambahkan



Sabun 4 Sdt



Diukur tinggi air, Diamati kemampuan minyak, sabun surfaktan



Larutan C Diaduk 18 kali putaran



Larutan C Diamati, Dihitung tegangan permukaan



Hasil



V.



Hasil Percobaan



Tinggi Kenaikan (h) (cm) Zat Cair



Kerapatan (ρ ) g ( ) ml



Tegangan Permukaan (γ ) dyne ( ) cm



h1



h2



h3



h ratarata



Air



5



4,6



4,5



4,7



1,134



71,46



Minyak



1



0,4



0,2



0,53



0,954



6,78



Sabun 2 Sdt



0,5



1,102



7,39



Sabun 3 Sdt



0,8



1,138



12,21



Sabun 4 Sdt



1



1,164



15,61



VI.



Pembahasan Percobaan tegangan permukaan ini bertujuan mengenal dan membiasakan diri dengan konsep dan pengukuran tegangan muka. Tegangan permukaan merupakan ungkapan gaya persatuan panjang yang bekerja pada arah tegak lurus terhadap sembarang garis atau irisan yang bekerja pada permukaan cairan yang cenderung menarik permukaan cairan untuk menutup. Konsep kerjanya yaitu kecenderungan sebuah fluida untuk menegang sehingga permukaannya tampak seperti tertutup membran elastis. Hal ini disebabkan adanya gaya tarik-menarik antar partikel sejenis didalam 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 (resultan) gaya yang bekerja pada masing-masing molekul (Fayanto dan Toifur,2018). Metode untuk menentukan tegangan permukaan pada percobaan ini adalah metode kenaikan kapiler. Prinsip pengukuran dengan metode ini yaitu kenaikan cairan dalam kapiler karena adanya tegangan muka. Kenaikan cairan sampai suhu tinggi tertentu sehingga terjadi keseimbangan antara gaya keatas dan kebawah. Pada percobaan ini pipa kapiler digantikan oleh sedotan Aqua sebagai pegukur kenaikan zat cair guna menemukan tegangan permukaannya.



Prinsip kerja sedotan ini yaitu sedotan yang dimasukan pada larutan secara tegak lurus akan menyebabkan zat cair masuk dan naik kedalam sedotan hingga terjadi keseimbangan antara gaya keatas dan kebawah. Setelah itu sedotan diangkat sambil menutup lubang atas sedotan menggunakan jari tangan. Zat cair dalam sedotan kemudian diukur dengan penggaris dan dihitung kenaikan zatnya. Zat cair yang digunakan adalah air dan minyak yang sulit bersatu dikarenakan tegangan antar muka kedua zat ini cukup besar. Selain itu, percobaan ini juga menggunakan sabun cuci cair yang berfungsi sebagai surfaktan kedua zat cair (minyak dan air). Percobaan dilakukan tiga kali dengan volume sabun yang berbeda dengan tujuan mengetahui pengaruh volume surfaktan terhadap tegangan permukan dan tegangan antar muka zat cair. Kerapatan masing masing zatdan tegangan air dalam percobaan ini telah diketahui. Setelah pengukuran setiap zat cair dan diperoleh kenaikan zat cair dan dapat dihitung tegangan muka dan densitas kerapatan dengan menggunkan rumus sebagai berikut. = ½rhρg



ρ minyak : 0,954 g/ml ρ air: 1,134 g/ml ρ sabun 2 sdt: 1,102 g/m ρ sabun 3 sdt: 1,138 g/ml



𝜌=



(𝑤2 − 𝑤1 ) 𝑉𝑝



𝛾𝑎𝑖𝑟 ℎ𝑎𝑖𝑟 . 𝜌𝑎𝑖𝑟 = 𝛾𝑠𝑎𝑚𝑝𝑒𝑙 ℎ𝑠𝑎𝑚𝑝𝑒𝑙 . 𝜌𝑠𝑎𝑚𝑝𝑒𝑙



ρ sabun 4 sdt: 1,164g/ml air: 71,46 dyne/cm



Dari data diperoleh bahwa kerapatan air (1,134 g/ml) lebih tinggi daripada minyak (0,954g/ml) dan tegangan permukaan air(71,46 dyne/cm) lebih besar daripada minyak (6,78 dyne/cm). Hal itulah yang menyebabkan minyak akan berada diatas air dan membentuk lapisan saat kedua zat ini berada di wadah yang sama. Hasil dari perhitungan tegangan muka sabun setiap volume yaitu 2 sdt (7,39 dyne/cm) ; 3 sdt (12,21 dyne/cm); 4 sdt (15,61 dyne/cm). Dari hasil perhitungan diperoleh bahwa tegangan permukaan berbanding lurus dengan volume zat, semakin tinggi volume sabun, semakin tinggi pula tegangan muka sabun. Penambahan surfaktan pada larutan air-minyak dengan volume yang semakin tinggi menghasilkan data kenaikan air dan minyak yang semakin turun. Ini berarti bahwa semakin tinggi volume surfaktan maka semakin turun nilai tegangan permukaan larutan air-minyak. Hasil dari percobaan dan perhitungan sesuai dengan teori bahwa surfaktan adalah senyawa yang dapat menurunkan tegangan permukaan air/larutan(Juliyanto dkk.,2016). Tegangan permukaan air dan minyak yang turun mengakibatkan tegangan antar muka larutan juga turun yang menyebabkan air dan minyak dapat bercampur. Ini dibuktikan ketika



ketiga larutan diaduk sebanyak 18 putaran, larutan A (2sdt sabun) masih meninggalkan sedikit lapisan minyak berwarna kuning dipermukaan, pada larutan B(3 sdt sabun) terlihat minyak semakin tipis, dan pada larutan C(4 sdt sabun) dengan volume surfaktan terbesar lapisan minyak mulai tak terlihat karena telah bersatu dengan air dan sabun. Hal ini berarti sesuai teori bahwa volume surfaktan berbanding terbalik dengan tegangan antar muka larutan. Semakin tinggi volume surfaktan, maka makin kecil tegangan antar muka larutan air dan minyak. VII. 



Kesimpulan Tegangan permukaan adalah gaya per satuan panjang yang diberikan sejajar permukaan, untuk mengimbangi tarikan kedalam.







Tegangan permukaan dapat diukur menggunakan metode kenaikan kapiler.







Surfaktan adalah zat yang dapat menurunkan tegangan permukaan larutan.







Hubungan antara volume surfaktan dan tegangan muka larutan berbanding terbalik.



VIII. Daftar Pustaka Ariningsih, S., Loebis, E. H., dan Siregar, N. C. 2018. Pembuatan Dietanolamida dari Asam Lemak Sawit Destilat dan Minyak Kelapa untuk Sabun Transparan. Warta Industri Hasil Pertanian. Vol 33(02) : 82-89. Fayanto, S. dan Toifur, M. 2018. Penentuan Kualitas Sabun Cuci melalui Tegangan Permukaan Berbantuan Tracking dengan Menggunakan Software Logger Pro. Researchgate. Vol 1 (1) Tang, M., & Suendo, V. (2011, May). Pengaruh Penambahan Pelarut Organik Terhadap Tegangan Permukaan Larutan Sabun. In Conference Proceedings in Science. Yulianto, E., Rofingah, J., Finda, A., dan Hakim, F. N. 2016. Menentukan Tegangan Permukaan Zat Cair. SPEKTRA: Jurnal Kajian Pendidikan Sains. Vol 2 (2) : 176-186. IX.



Lampiran 1. Perhitungan 2. Grafik 3. Dokumetasi 4. Abstrak Jurnal



Mengetahui, Asisten Praktikum



(Adistyara Nur F)



Surakarta, 20 Maret 2020 Praktikan



(Niki Putri Anjani)



Perhitungan Gaya tegangan muka = 2  r Efek gravitasi =  r2 h d g Gaya tegangan muka = Efek gravitasi 2  r =  r2 h d g (γ)



Keterangan : r = Jari-jari kapiler h = Tinggi kenaikan d = Kerapatan cairan g = Gaya gravitasi ¿)



=½rhdg



1. Tegangan Muka Minyak γ air γ minyak



=



γ minyak =



h air . ρair hminyak . ρminyak



γ sabun 2 sdt = 7,39



dyne cm



71,46 . 0,53 . 0,954 4,7 .1,134



36,1316052 γ minyak = 5,3298



γ minyak =6,78



dyne cm



3. Tegangan Muka Sabun 3 Sdt γ air γ sabun 3 sdt



=



γ sabun 3 sdt =



71,46 . 0,8 .1,138 4,7 .1,134



γ sabun 3 sdt =



65,057184 5,3298



γsabun 3 sdt



= 12,21



2. Tegangan Muka Sabun 2 Sdt γ air γ sabun 2 sdt



=



γ sabun 2 sdt =



hair . ρ air hsabun 2 sdt . ρ sabun 2 sdt



71,46 . 0,5 .1,102 4,7 .1,134



hair . ρair hsabun 3 sdt . ρsabun 3 sdt



dyne cm



4. Tegangan Muka Sabun 4 Sdt γ sabun 2 sdt =



39,37446 5,3298



γ air γ sabun 4 sdt



=



hair . ρair h sabun 4 sdt . ρsabun 4 sdt



γ sabun 4 sdt =



71,46 .1 .1,164 4,7.1,134



γ sabun 4 sdt =



83,17944 5,3298



γsabun 4 sdt



= 15,61



dyne cm



Grafik Tegangan Muka 80 70 71.46 60 50 Series 1 40 30 20 15.61 10 0 Aquadest



12.21 6.78 Minyak



7.39 2 Sdt Sabun Cair



3 Sdt Sabun Cair



4 Sdt Sabun Cair



Dokumentasi



Gambar 1. Larutan A (Air+Minyak+Sabun 2 Sdt), Larutan B (Air+Minyak+Sabun 3 Sdt), Larutan C (Air+Minyak+Sabun 4 Sdt) sebelum pengadukan.



Gambar 2. Larutan A (Air+Minyak+Sabun 2 Sdt), Larutan B (Air+Minyak+Sabun 3 Sdt), Larutan C (Air+Minyak+Sabun 4 Sdt) setelah pengadukan.