Jurnal Tegangan Permukaan [PDF]

Citation preview

Suritno Fayanto/ Penentuan Kualitas Sabun Cuci melalui Tegangan Permukaan Berbantuan Tracking dengan Menggunakan Software Logger Pro



Penentuan Kualitas Sabun Cuci melalui Tegangan Permukaan Berbantuan Tracking dengan Menggunakan Software Logger Pro Suritno Fayanto, Moh.Toifur Pascasarjana Pendidikan Fisika Universitas Ahmad Dahlan Yogyakarta Jl. Pramuka No.42 Pandeyan Umbulharjo Yogyakarta 55161 Email : [email protected]



Abstrak – Penelitian ini bertujuan untuk menentukan nilai tegangan permukaan berbagai merek sabun cuci (rinso, all in one, soklin detergent, jazz1 dan attack) dengan menggunakan teknik tracking berbatuan software loggerpro. Berbagai jenis larutan sabun dilarutkan kedalam 500 mL air yang dishaker menggunakan magnetik stirrer selama 1 jam dengan kecepatan 7 bar. Selanjutnya, dimasukkan pipa kapiler berukuran 2.4 mm ke dalam larutan sabun kemudian kenaikan cairan pada pipa kapiler di foto dengan menggunakan kamera Cannon. Hasil foto dianalisis dengan menggunakan teknik tracking berbatuan aplikasi software logger pro. Hasil analisis menunjukkan bahwa setiap jenis sabun atau deterjeen memiliki nilai tegangan permukaan yang berbeda. Nilai tegangan permukaan untuk merek sabun All in one nilai tegangan permukaan 0.054 Nm-1, jazz1 0.056 Nm-1, attack 0.058 Nm-1, soklin detergen 0.063 Nm-1 dan rinso 0.064 Nm-1. semakin rendah nilai tegangan permukaan larutan detergen maka semakin baik larutan detergen tersebut dalam membersihkan. Kata kunci: detergent, software logger pro, tracking, tegangan permukaan



I. PENDAHULUAN Tegangan Permukaan merupakan sebuah fenomena pada fluida yang mengakibatkan suatu kecenderungan sebuah fluida untuk menegang sehingga permukaannya tampak seperti tertutup sebuah membran elastis [1]. Kemampuan zat cair yang ingin selalu meregang mengakibatkan permukaan terlihat seperti diselimuti oleh sebuah selaput yang elastis [2]. 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 Fenomena tegangan permukaan sangat erat kaitannya dengan kehidupan sehari-hari. Contohnya fenomena air hujan yang tidak menempel pada kaca dan air sabun yang dapat mempersihkan pakaian dengan mudah dan cepat sedangkan air biasa tidak. Deterjen atau sabun berperan dengan cara menambahkan deterjen kedalam air untuk mengurangai tegangan permukaan. Detergen dalam larutan berfungsi untuk memperluas tegangan permukaan, molekul dalam jumlah besar harus bergerak ke arah antarmuka. Namun, molekul cairan di dekat permukaan memiliki energi yang lebih tinggi daripada yang ada dalam jumlah besar dalam fase cair . Tentu masing-masing jenis deterjen mempunyai tegangan permukaan yang berbeda sehingga kualitas dari deterjen pun berbeda. Deterjen atau sabun cuci memiliki sesuatu yang disebut molekul pembersih. Molekul ini berperan untuk mengurangi tegangan permukaan dan tekanan pada berbagai jenis molekul deterjen serta meningkatkan kemampuannya untuk menempel pada sesuatu. Sehingga air dapat menempel pada pakaian dan mampu meresap melalui serat tipisdan membersihkan pakaian kotor. Beberapa cara untuk menentukan nilai tegangan permukaan diantaranya yaitu dengan menggunakan metode tekanan gelembung maksimum, metode cincin kawat Du Nouy dan metode kenaikan kapiler seperti ungkapan



Kaufman [3] . Selanjutnya, Siahan mengungkapkan metode yang sedehana untuk menentukan tegangan permukaan yaitu dengan menggunakan metode kenaikan kapiler [4]. Dengan menggunakan teknik ini kita dapat menentukan tegangan permukaan dengan menggunakan konsep kapilaritas yaitu peristiwa naik atau turunnya zat cair di dalam pipa kapiler (pipa sempit) [5]. Metode kenaikan kapiler mudah dilakukan dan praktis penggunaannya dan mempunyai akurasi yang tinggi. Dengan menggunakan pipa kapiler dalam menentukan tegangan permukaan penyebaran cairan dalam larutan diamati bahwa ketika air ditempatkan dalam wadah kaca berbentuk silinder sebuah fenomena meniskus muncul [6]. Kelengkungan permukaan pada setiap titik dan antarmuka adalah hasil dari perbedaan antara tekanan pada fase cair dalam kontak, diimbangi oleh tekanan kapiler yang digunakan dalam menentukan nilai sudut kontak yang dihasilkan karena pengaruh gaya adhesi dan kohesi pada permukaan pipa kapiler dan di tambah dengan diameter pipa kapiler yang sangat kecil sehingga dalam menentukan sudut kontak dan jari-jari r yang sulit [7]. Maka diperlukan sebuah teknik yang mudah dan praktis dalam pengukuran contohnya teknik tracking dengan menggunakan software logger pro. Teknik tracking pada perangkat lunak logger pro memberi kemudahan untuk mengukur tegangan air sehingga penentuan sudut kontak dan jari-jari lebih efektif, praktis dan mudah dibandingkan dengan menggunakan busur derajad [8]. Dengan menggunakan metode ini kita dapat lebih mudah memperoleh hasil analisis dibandingkan dengan menggunakan metode konvensional . Alat ini didesain agar dapat digunakan dalam merekam banyak percobaan dan dapat dihubungkan langsung dengan komputer sehingga data yang terekam mudah diolah dan membantu dengan mudah untuk menjelaskan konsep data yang terjadi di dunia nyata [9]. Dari penjelasan diatas yang menjadi dasar sehingga dilakukan penelitian yang berjudul penentuan kualitas sabun



Suritno Fayanto/ Penentuan Kualitas Sabun Cuci Melalui Tegangan Permukaan Berbantuan Tracking dengan Menggunakan Software Logger Pro



cuci melalui tegangan permukaan berbantuan tracking dengan menggunakan software logger pro II. LANDASAN TEORI A. Tegangan permukaan 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 [10].



(a) (b) (c) Gambar 1. (a) gaya tegangan permukaan ; (b) analisis gaya tegangan permukaan ;(c) vektor gaya dua bentuk komponen γ sin θ dan γ cos θ [11] Gambar 1a mengilustrasikan tegangan permukaan zat cair yang didalamnya terdapat gaya kohesi dan adhesi yang saling beinteraksi yang dijabarkan sebagai berikut: (1) Fkohesi  mg  Vg  r 2 hg Sedangkan untuk gaya adhesi berada pada komponen vertikal dengan tegangan permukaan γ cos θ seperti pada gambar (1c). (2) Fadhesi  2r cos 



θ sudut kontak dan terjadi kesetimbangan



Fadhesi  Fkohesi



sehingga : (3) r 2 hg  2r cos  Sehingga diperoleh pesamaan tegangan permukaan menjadi: rhg (4)  2 cos dengan: γ = tegangan permukaan (Nm-1) θ = sudut kontak ρ = massa jenis (kg/m3) g = percepatan gravitasi (m/s2) r = jari-jari lubang pipa (m) h = ketinggian kenaikan atau penurunan permukaan cairan dalam pipa (m) Tegangan permukaan terjadi karena permukaan zat 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 dari pada gaya adesinya dan pada zat yang non adesiv berlaku sebaliknya. Salah satu model peralatan yang sering digunakan untuk mengukur tegangan permukaan zat cair adalah pipa kapiler.



B. Software logger pro Logger Pro merupakan suatu program yang dapat digunakan untuk mengupulkan data dan menganalisi data yangdiperoleh dari interface pendukung seperti vernier lab quest. Lab quest mini dan data manual yang dimasukkan melalui keyboard, dipindahkan dari clipboard yang tersimpan di komputer. Logger pro merupakan program yang memberikan sebuah kemudahan dalam proses menganalisis dan mengumpulkan data secara cepat dan mudah. Software ini mempunyai keunggulan yang mampu manganalisis data seperti regresu linear, kurva, fitting data dll. Perangkat lunak logger pro juga merupakan media yang efektif dalam mempelajari sains. Dengan menggunakan software logger pro dapat mempermudah untuk mempelajari fungsi simbol, grafik dan lainnya. Dengan menggunakan media ini, itu akan menghemat waktu dan uang dan membuat belajar menjadi lebih efektif. Teknologi analisis video mengubah cara mengajar dan belajar matematika dan sains logger pro sekarang menjadi bagian dari connected science system [12]. Hal ini menjadikan sofware ini dapat berbagi data secara nirkabel dari logger pro ke iPad, tablet android, sebagian besar smartphone, dan bahkan komputer lainnya [13]. C. Detergent Detergen adalah campuran berbagai bahan, yang digunakan untuk membantu pembersihan dan terbuat dari bahan-bahan turunan minyak bumi. Dibanding dengan sabun, detergen mempunyai keunggulan antara lain mempunyai daya cuci yang lebih baik serta tidak terpengaruh oleh kesadahan air [14]. Detergen memiliki beberapa surfakan seperti yang di tampilan pada Tabel 1. Tabel 1. Jenis detergen dan komposisi unsur [15]. No Jenis detergen Komposisi dan unsur 1 Soklin 20% sodium akilbenzena detergen surfonate 2 Jazz1 17% sodium akilbenzena surfonate 3 All in one 21% sodium akilbenzena surfonate 4 Attack 19% surfaktan utama, 40% natrium karbonat, enzim dan 5% pelembut 5 Rinso 20% natrium karbonat dan 16% surfaktan utama III. METODE PENELITIAN A. Alat dan Bahan Alat dan bahan yang di gunakan yaitu gelas, pegaduk, pipakaca, 1 set statif, kamera cannon, software logger pro, sabun cuci dan air B. Prosedur eksperimen Prosedur eksperimen pada penelitian ini di mulai dari: a. Tahap persiapan tahap persiapan meliputi mengaktifkan software logger pro pada komputer, memasang lensa macro pada kamera melarutkan sabun detergen menggunakan air, merangkai alat seperti



Suritno Fayanto/ Penentuan Kualitas Sabun Cuci melalui Tegangan Permukaan Berbantuan Tracking dengan Menggunakan Software Logger Pro



Gambar 2. mengukur diameter luar dari pipa kapiler, mengukur massa dan volume dai larutan yang digunakanuntuk memperoleh nilai massa jenis larutan, memasukkan pipa kapiler kedalam air, kemudian diangkat dengan mensisahkan sedikit bagian pipa dibawah permukaan, merekam bentuk permukaan air didalam pipa kapiler dengan menggunakan kamera



koefisien dan konstanta yang diperoleh dari proses fitting data dengan persamaan : (5) y  Ax 2  Bx  C menurunkan persamaan (5) menjadi : dy (6) y'   m  2 Ax  B dx



dengan m adalah gradien garis singgung pada titik x, memasukkan nilai xyang paling kanan dari data hasil tracking permukaan. Gradien garis singgung m merupakan perbandingan dari dy/dx yang merupaka nilai dari tan α, sehingga besar sudut α dapat dicari dengan menggunakan tangen dari , sudut kontak (θ) dapat dicari dengan mengunakan persaman θ=90̊ - α dengan θ adalah sudut kontak dan α adalah sudut kemiringan garis singgung seperti yang di tampilkan pada Gambar 4.



Gambar 2. Desain rangkaian penelitian Keterangan gambar : 1. Pipa kapiler 2. Mistar 3. Klem penjepit 4. Statif 5. Air/larutan sabun 6. Kamera b.



Teknik tracking Tahapan teknik tracking yaitu mengaktifkan software logger pro, mengklik tombol insert, kemudian pada kotak dialog dipilih insert picture with analysis, menentukan tombol set scale untuk menentukan skala gambar, mengkilik photo distance, mengklik tombol set origin, mengklik tombol add point dilanjutkan dengan mulai merunut tampilan bentuk permukaan air dengan cara klik berulang ulang dari ujung paling kanan kiri permukaan air sampai ujung paling kanan mengikuti pola yang terbentuk oleh permukaan air , sehingga terbentuk deretan titik panjang pola permukaan air, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.



Gambar 3. Hasil tracking tegangan permukaan air dengan menggunakan software logger pro c.



Menentukan sudut kontak Penentuan sudut kontak dilakukan sebegai berikut: menyususn persamaan kuadrat dengan memasukkan



Gambar 4. Sudut kontak d.



Menentukan tegangan permukaan Persamaan yang digunakan untuk menentukan tegangan permukaan menggunakan persamaan (4).



IV. HASIL DAN PEMBAHASAN Pada praktikum ini percobaan yang dilakukan adalah penentuan tegangan permukaan dengan metode kenaikan kapiler. Suatu cairan yang berada di sebuah gelas piala akan naik melalui pipa kapiler sampai ketinggian tertentu yang disebabkan karena adanya gaya adhesi antara molekul cairan dan dinding kapiler yang lebih besar daripada gaya kohesi antara molekul-molekul cairan seperti air. Molekul-molekul tersbut membentuk pola interaksi yang sangat kuat sehingga diperlukan sebuah bahan untuk mengurangi interaksi tersebut. Salah satu bahan tersebut yaitu detergen. Berikut data nilai hasil pengukuran tegangan permukaan berbagai merek detergen seperti yang ditampilkan oleh Tabel . Tabel 2. Massa jenis, sudut kontak dan tegangan permukaan ρ γ Sabun θ (kg/m3) (N.m-1) All In One 0.058 41.7 0.054 Jazz1 0.058 43.0 0.056 Attack 0.058 47.2 0.058 Soklin 0.058 46.3 0.063 Detergen Rinso 0.058 48.5 0.064 Dari Tabel 1 terlihat bahwa nilai tegangan permukaan terendah dimiliki oleh merek sabun All in one sebesar 0.054 Nm-1 dan nilai tegangan permukaan tertinggi yaitu terdapat pada merek sabun rinso yaitu sebesar 0.064 Nm-1. Hal ini dikarenakan detergent mengandung zat surfaktan



Suritno Fayanto/ Penentuan Kualitas Sabun Cuci Melalui Tegangan Permukaan Berbantuan Tracking dengan Menggunakan Software Logger Pro



dapat menggurangi tegangan permukaan air [16]. Dengan menambahkan detergent atau sabun ke dalam air dapat mengurangi gaya interaksi antar molekul air [17]. Molekul molekul bergerak ke dalam cairan dengan konsentrasi yang lebih tinggi ke dalam molekul zat terlarut yang mengakibatkan tegangan permukaan menjadi berkurang Seperti penelitian yang dilakukan oleh Aryono [18] mengenai penentuan nilai tegangan permukaan antara air dan sabun dengan variasi suhu diperoleh nilai tegangan permukaan sabun berkisar antara 0.053 Nm-1 sampai dengan 0.067 Nm-1. Hal ini tidaklah jauh berbeda dengan hasil analisis yang peroleh seperti yang di tampilkan pada Tabel 2. Beberapa perbedaan kemungkinan besar diakibatkan oleh jenis pipa kapiler yang digunakan, ukuran diameter pipa kapiler, kenaikan cairan dan jenis merek sabun yang digunakan. Nilai tegangan permukaan larutan detergen yang berbeda dikarenakan setiap deterjen memiliki nilai surfaktan yang berbeda-beda seperti sabun all ini one menggunakan surfaktan sodium alkilbenzena sulfanate yang lebih banyak seperti yang di tampilkan pada Tabel 1 yang mempunyai kemampuan untuk menurunkan tegangan permukaan. Berdasarkan beberapa referensi [19] menyatakan bahwa semakin rendah nilai tegangan permukaan larutan detergen maka semakin baik larutan detergen tersebut dalam membersihkan atau kemampuan daya permbersihnya semakin tinggi. V. KESIMPULAN Berdasarkan uraian pembahasan diatas telah diperoleh nilai tegangan permukaan berbagai jenis merek sabun cuci yaitu sabun all in one nilai tegangan permukaan 0.054 Nm-1, jazz1 0.056 Nm-1, attack 0.058 Nm-1, soklin detergen 0.063 Nm-1, dan rinso 0.064 Nm-1. Sabun all in one memiliki nilai tegangan permukaan yang kecil (γ) sehingga mempunyai kemampuan untuk membersihkan lebih baik dibandingkan dengan merek sabun cuci lainnya. PUSTAKA [1] R. Widya, Penggunaan teknik tracking pada perangkat lunak logger pro untuk menentukan tegangan permukaan pada variasi suhu. Skripsi, Universitas Ahmad Dahlan Yogyakarta, 2012. [2] T. Karbowiak, E. Debeaufort and A. Voilley, Importance of surface tension characterization for food, pharmaceutical and packaging products: a review, Critical Reviews in Food Science and Nutrition, vol. 5, no. 45, 2013, pp. 391–407. [3] T. C. Kaufman, A. Angel and R.V.Remigy, A novel method for detergent concentration determination, Biophysical Journal, vol. 90, 2006, pp. 310-315. [4] O. P. Siahan, Pengaruh suhu terhadap tegangan permukaan sabun cuci piring cair buatan sendiri, sunlight dan S.O.S, Karya Tulis Ilmiah, Universitas Sumatera Utara, Medan, 2011. [5] E. Yulianto, J. Rofinggah, A. Finda and F. N. Hakim, Menentukan tegangan permukaan zat cair, Jurnal Pendidikan Sains, vol. 2, no.2, 2016, pp. 176-186. [6] C. H. Iriat, Arial. D. Candria, J. Rodriguez and C. Rinaldi, Determination of surface tension of surfactant solutions through capillary rise measurements: an image-processing



[7]



[8]



[9]



[10] [11]



[12]



[13] [14] [15]



[16]



[17]



[18] [19]



undergraduate laboratory experiment, Jounal Chemical Education, vol. 9, no.93, pp. 1647-1651. D. Nicolic and L. Nesic, Determination of surface tension coefficient of liquids by diffraction of light on capillary waves, European Journal of Physics, vol. 33, 2012, pp. 1677-1685. V. English, Y. Crotty and M. Farren, Using video to promote inquiry-based learning in Science: the case of logger pro, TD Tecnologie Didattiche, vol. 3, no. 24, pp. 183-186. H. Widyasari and M. Toifur, Penentuan permeabilitas relatif minuman isotonik dengan menggunakan logger pro 3.8.3, Prosiding Pertemuan Ilmiah XXVI HFI Jateng & DIY, April 2012, ISSN : 0853-0823. D. C. Giancoli, Fisika Prinsip dan Aplikasi, Erlangga, 2014. Anonymous, Surface tension, 2018. Website : http://egyankosh.ac.in/bitstream/123456789/15862/1/Unit4.pdf, diakses tanggal 12 juli 2018 Sugito, Susilo, L. Handayani and P. Marwoto, An analysis of mimosa pudigca leaves movement by using loggerpro software, Journal of Physics: Conference Series, vol. 739, 2016, pp. 1-5. Anonymous, New using logger pro 3 with ipad® and mobile devices, 2013.Website: http://www2.vernier.com/newsletters /spring13.pdf, diakses tanggal 3 Juli 2018. Anonymous, Detergent, 2018. Website: https:// id. wikipedia. org/wiki/Deterjent, diakses tanggal 12 Juli 2018 Anggi, 20 nama merk produk beserta kandungan bahan aktif/kimianya. Website : https://brainly.co.id/tugas/94016, diakses tanggal 12 Juli 2018 Bhagya, To study the effect of detergent on surface tension of water by observing capilary rise, 2016. Website: http://www.learncbse.in/to-study-the-effect-of-detergent-onsurface-tension-of-water-by-observing-capillary-rise/, diakses tanggal 27 Mei 2018. Anonymous, Detergents, soaps and surface tension, 2018. Website:http://www.rsc.org/learnchemistry/resource/res0000 1719/detergents-soaps-and-surface-tension?cmpid =CMP00 005233, diakses tanggal 1 Juli 2018. I. Aryono, Penentuan nilai tegangan permukaan cairan pada eksperimen kapilaritas berbantuan logger pro. Skripsi, Universitas Ahmad Dahlan, Yogyakarta, 2014. U. P. Shinde, S. S. Chougule, S. G. Dighavkar, B. S. Jagadale and D. K. Halwar, Surface tension as a function of temperature and concentration of liquids, International Journal of Chemical and Physical Sciences, vol. 4, no. 3, 2015, pp. 1-7.