Laporan Kimfis 4 [PDF]

Citation preview

Laporan Praktikum Kimia Fisik



Viskositas Cairan Hany Musfiroh*, Andreas Novan Endaryana, Getsa Ane Widyaputri Solihah, Alyaa Farrah Dibha, Nuril Fadilla, Ahmad Zakariya, Kelompok VI, Kelas C, Jurusan Kimia, Fakultas MIPA, Universitas Brawijaya, Jl. Veteran 65145, Indonesia



ABSTRAK: Percobaan viskositas cairan bertujuan untuk menggunakan pengukuran viskositas untuk menentukan sifat-sifat molekul, menentukan jari-jari molekul senyawa sederhana, dan menentukan massa molekul relatif suatu makromolekul. Viskositas adalah sifat yang dimiliki setiap fluida (gas atau cairan). Setiap zat cair mempunyai sifat kental dan koefisien kekentalan yang berbeda. Viskositas cairan dari berbagai larutan dapat diketahui dengan menggunakan viskometer metode oswald. Viskositas ditentukan dengan mengukur viskositas dan fluiditas rata-rata cairan. Pengukuran dilakukan pada waktu cairan untuk mengalir antara dua tanda yang terdapat dalam viskometer Oswald. Cairan yang digunakan dalam percobaan yaitu larutan gliserol (1 M atau 92,1 g/L), etanol 96% atau aseton, larutan polimer 1%, dan akuades sebagai cairan pembanding. Waktu alir cairan yang diuji dibandingkan dengan waktu alir akuades. Semakin kental suatu cairan , semakin besar gaya yang dibutuhkan agar dapat mengalir pada kecepatan tertentu sehingga waktu yang diperlukan untuk mengalir semakin besar. Kata kunci : viskositas, kekentalan, fluiditas, viskometer Oswald, waktu alir.



I. PENDAHULUAN Viskositas merupakan ukuran kekentalan fluida yang menyatakan besar kecilnya gesekan di dalam fluida. Definisi lain dari viskositas adalah ukuran yang menyatakan kekentalan suatu cairan atau fluida. Kebanyakan viscometer mengukur kecepatan dari suatu cairan mengalir melalui pipa gelas (gelas kapiler). Kekentalan merupakan sifat cairan yang berhubungan erat dengan hambatan untuk mengalir. Viskositas cairan akan menimbulkan gesekan antar bagian atau lapisan cairan yang bergerak satu terhadap yang lain. Makin besar viskositas suatu fluida, maka makin sulit suatu fluida mengalir dan makin sulit suatu benda bergerak di dalam fluida tersebut. Sederhananya, semakin rendah viskositas suatu fluida, semakin besar juga pergerakan dari fluida tersebut. Viskositas fluida berhubungan dengan gaya gesek antar lapisan fluida ketika satu lapisan bergerak melewati lapisan yang lain. Setiap fluida memiliki besar viskositas yang berbeda yang dinyatakan dengan Ƞ. Di dalam zat cair, viskositas dihasilkan oleh gaya kohesi antara molekul zat cair. Sedangkan dalam gas, viskositas timbul sebagai akibat tumbukan antara molekul gas. Viskositas zat cair dapat ditentukan secara kuantitatif dengan besaran yang disebut koefisien viskositas. Satuan SI untuk koefisien viskositas adalah Ns/m2 atau pascal sekon (Pa s). Viskositas menjelaskan ketahanan internal fluida untuk mengalir dan mungkin dapat dipikirkan sebagai pengukuran dari pergeseran fluida. Setiap zat cair memiliki viskositas (kekentalan) yang berbedabeda. Hal ini menyebabkan daya alir setiap zat cair pun berbeda-beda. Bila suatu cairan dalam viscometer mengalir dengan cepat, maka berarti viskositas dari cairan tersebut rendah (misalnya air) dan bila suatu cairan mengalir dengan lambat, maka cairan tersebut viskositasnya tinggi (misalnya madu). Viskositas dapat diukur dengan



Laporan Praktikum Kimia Fisik mengukur laju cairan yang melalui tabung berbentuk silinder. Cara ini merupakan salah satu cara yang paling mudah dan dapat digunakan baik untuk cairan maupun gas. Nilai viscositas menentukan kecepatan mengalirnya suatu cairan [1]. Viskositas (kekentalan) dapat diartikan tahanan untuk mengalir. Pada umumnya viskositas suat cairan tergantung dari ukuran, bentuk dan sifat kimia dari molekulmolekul cairan tersebut. Pada cairan yang mudah bereaksi, viskositasnya besar. Faktorfaktor yang mempengaruhi viskositas adalah untuk senyawa dari golongan yang sama misal hidrokarbon, bila berat molekul makin besar maka viskositas semakin naik. Jadi panjang ikatan hidrokarbon tersebut membuat viskositasnya semakin besar, pada golongan yang mengandung gugus hidroksil, makin banyak gugus tersebut maka viskositas semakin besar dan apabila temperatur meningkat, maka viskositas suatu larutan akan menurun. Pada umumnya juga zat-zat elektrolit akan menurunkan viskositas dan zat-zat koloidal dapat meninggikan viskositas [2]. Hukum viskositas Newton[3]: (1.1) Teori kinetik gas memberikan Z = N C /4, dengan N = jumlah molekul per satuan volume C = kecepatan molekuler acak rata-rata dan dengan demikian, =



(1.2)



atau, dengan menggunakan



(1.3) dimana d adalah diameter molekuler dan K adalah konstanta Boltzmann, kita dapatkan



(1.4) Sebuah model molekuler yang lebih realistis yang menggunakan medam gaya alih-alih pendekatan bola-tegar akan menghasilkan suatu hubungan viskositas-temperatur yang jauh lebih konsisten dengan data eksperimntal dibanding hasil Persamaan yang paling bisa diterima untuk molekul nonpolar didasarkan pada fungsi energi potensial Lennard-Jones. Persamaan viskositas gas murni yang dihasilkan adalah



(1.5) Untuk campuran gas multikomponen pada densitas rendah, Wilke telah mengusulkan rumus berikut untuk viskositas campuran[3]:



(1.6)



Laporan Praktikum Kimia Fisik Viskometer kapiler adalah alat yang digunakan untuk memperkirakan viskositas cairan dengan mengukur waktu yang dibutuhkan untuk sejumlah cairan yang melewati pipa kapiler. Viskometer kapiler khas adalah viskometer Ostwald. Dalam viskometer Ostwald, gaya yang membuat cairan mengalir melalui tabung kapiler adalah berat cairan. Viscometer Ostwald diilustrasikan pada Gambar 1. Untuk memperkirakan viskositas dengan viskometer Ostwald, waktu yang dibutuhkan untuk cairan volume V mengalir melalui kapiler diukur[4].



Gambar 1: Viskometer Viskositas cairan Newton yang mengalir melalui kapiler dengan diameter seragam di meter Ostwald dinyatakan dengan rumus berikut[4]: (1.7)



r adalah jari-jari kapiler; L panjang kapiler; g, percepatan gravitasi; h, tinggi rata-rata efektif kolom cair; t, waktu yang dibutuhkan untuk aliran cairan; V, volume bola yang mengandung cairan. Bila nilai hanya bergantung pada peralatan digabungkan dan dinyatakan dengan c, rumus 1 menjadi[4]: (1.8) c konstan tergantung pada parameter yang terkait dengan viskometer, p, kerapatan sampel cair; t, waktu yang diperlukan untuk volume cairan (V) mengalir melalui tabung kapiler. Setelah nilai c ditentukan dengan mengukur waktu t untuk cairan viskositas dan kerapatan yang diketahui, viskositas n sampel dapat diperoleh dengan mengukur waktu t untuk sampel cair. Viskometer Ostwald tidak dapat digunakan untuk cairan viskositas tinggi, karena gaya yang tersedia untuk membuat aliran cairan melalui kapiler kecil karena hanya karena berat cairan itu sendiri. Sebenarnya, kita telah menggunakan viskometer suhu Ostwald hanya untuk sol viskositas yang lebih rendah dari 0,05 Pa s [4].



Laporan Praktikum Kimia Fisik



II. METODOLOGI II.1. Alat dan Bahan Alat yang digunakan pada percobaan viskositas cairan adalah viskometer Canon Fenske 1 buah, pipet ukur 10 mL sebanyak 2 buah, gelaskimia 250 mL sebanyak 2 buah, gelas kimia 100 mL sebanyak 2 buah dan stopwatch 1 buah. Bahan yang digunakan adalah larutan gliserol 1 M atau 92,1 g/L, etanol 96% dan larutan amilum 1%.



II.2. Prosedur kerja II.2.1 Penentuan Dimensi Molekul Disiapkan larutan gliserol dengan konsentrasi 1,0; 0,75; 0,5 dan 0,25 M dari stok 1 M. Viskometer bagian dalam, dibersihkan dengan menggunakan alkohol atau aseton lalu dikeringkan dengan menggunakan pompa vakum atau hair dryer. Dimasukkan 8 mL larutan gliserol 0,25 M ke dalam viskometer dengan menggunakan pipet ukur, kemudian tempatkan viskometer pada penyangga dan dibiarkan selama 5 menit agar tercapai temperatur kesetimbangan. Diukur waktu yang diperlukan larutan gliserol untuk melewati jarak antara dua tanda yang terdapat pada viskometer (waktu alir), dengan menghisap larutan melalui ujung alat menggunakan bola hisap, sampai cairan berada di bawah tanda viskometer. Cairan dibiarkan mengalir naik lalu dicatat waktu dan langkah ini diulangi sebanyak 2 kali. Viskometer dicuci dengan cara yang sama lalu diulangi langkah yang sama untuk larutan gliserol 0,5; 0,75 dan 1 M. Sebagai pembanding digunakan waktu alir akuades. II.2.2 Penentuan Massa Molekul Polimer Disiapkan larutan amilum dari stok 1 g/100 mL, dibuat empat variasi konsentrasi. Viskometer dibersihkan dan dilakukan pengukuran waktu alir seperti pada penentuan gliserol.



III. HASIL DAN PEMBAHASAN III.1 Analisa Prosedur Dibuat larutan gliserol dan amilum engan konsentrasi 1,0 ; 0,75 ; 0,5 dan 0,25 M. Larutan tersebut dibuat dengan cara pengenceran menggunakan labu ukur 10 mL. pada saat akan digunakan labu ukur harus dipastikan dalam keadaan kering. Setelah itu, diisi dengan larutan yang akan diencerkan dan ditambahkan dengan akuades hingga mencapai tanda batas. Sebelum larutan ditambah akuades hingga tanda batas, dinding pada labu ukur diseka dahulu dengan tisu agar volume akuades yang menempel pada dinding labu ukur tidak mempengaruhi volume larutan yang akan diencerkan. Larutan



Laporan Praktikum Kimia Fisik tersebut nantinya akan digunakan sebagai larutan yang akan diukur viskositasnya menggunakan viskometer. Sebelum menggunakan alat viskometer, terlebih dahulu alat tersebut dicuci menggunakan etanol dan akuades. Setelah dicuci alat tersebut dikeringkan dengan menggunakan hair dryer, karena dengan bentuknya yang sedemikin rupa sehingga viskometer tidak bisa dikeringkan dengan tisu. Saat mengeringkan dengan hair dryer, jarak antara hair dryer dengan viskometer harus cukup jauh karena tekanan temperature hair dyer cukup tinggi sehingga jika jaraknya terlalu dekat dikhawatirkan viskometer akan pecah. Setelah itu viskometer akan diisi dengan larutan dan dipasang pada statif. Saat dipasang pada statif, klem untuk menjepit viskometer diusahakan tidak trlalu kuat agar klem tidak terlalu menekan viskometer sehingga dapat membuatnya pecah. Pada saat pergantian larutan yang akan diisikan pada viskometer, alat tersebut harus dicuci terlebih dahulu dan juga dikeringkan agar tidak mempengaruhi perhitungan larutan selanjutnya. IIl.2 Analisa Hasil Adapun prinsip percobaan viskositas Ostwald adalah menentukan kekentalan suatu cairan berdasarkan prinsip Poisseulle denga membandingkan waktu alir larutan dengan wkatu alir air sehingga dapat ditentukan kekentalan cairan tersebut melalui perhitungan.



Tabel 3.1: data pengukuran waktu alir gliserol Konsentrasi Gliserol (mol/L) 1.00 0.75 0.50 0.25 0.00



Waktu (s) 2.96 2.45 2.01 1.74 2.29



t/to 1.29 1.07 0.88 0.76 1.00



d/do 1.0210 1.0158 1.0105 1.0053 1.0000



η/ηo (y) 1.3204 1.0891 0.8867 0.7633 1.0000



Laporan Praktikum Kimia Fisik Pada percobaan penentuan jari-jari dari molekul gliserol menggunakan konsentrasi



= 1 M,



= 0,75 M, =0,50 M, dan = 0,25. Didapatkan waktu alir secara berturut-turut 2,98 s, 2.45 s, 2.01 s, 1.74 s, dan untuk akuades 2,29 s. untuk nilai viskositasnya secara berturut-turut 1.3204. 1.0891, 0.8867, dan 0.8867. Dari data tersebut menunjukan semakin bertambahnya konsentrasi gliserol nilai viskositas juga mengalami peningkatan . Setelah data dirubah menjadi grafik didapatkan slop grafik sebesar 0,1864 dan jari-jari molekul sebesar 3,9e-8cm. Tabel 3.4: data pengukuran waktu alir amilum Konsentrasi (g/mL) (x) 0.0100 0.0075 0.0050 0.0025 0.0000



Waktu (s) 3.27 3.10 3.08 2.81 2.29



t/to 1.43 1.36 1.35 1.23 1.00



d/do 1.0002 1.0002 1.0001 1.0001 1.0000



Untuk perhitungan amilum didapat konsentrasi



η/ηo 1.4314 1.3569 1.3459 1.2298 1.0000



=0,01 M,



ηred (y) 43.1373 47.5850 69.1749 91.9295 0.0000



= 0,0075 M,



=0,005 M, dan = 0,0025, dengan waktu alir pada tabung viscometer secara berturutturut 3,27 s, 3,10 s, 3,08 s, 2,81 s, dan untuk konsentrasi 0 M atau akuades 2,29 s. Nilai viskositas secara berturu-turut sebagai berikut 1,4314, 1,3569, 1,3459, 1,2298, dan untuk akuades 1,0000. Hal ini menunjukan semakin bertambahnya konsentrasi amilum nilai viskositas juga mengalami peningkatan . Hal ini sesuai dengan literatur . Untuk nilai viskositas tereduksinya secara berturut-turut 43.1373, 47.5850, 69.1749, dan 91.9295. Semakin besar konsentrasi amilum nilai viskositas tereduksi semakin kecil. Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan massa jenis aquades yang diperoleh sebesar



=1,05776 g/mL. Sedangkan, berdasarkan teoritis massa jenis akuades sebesar =1g/mL. . Adanya perbedaan massa jenis aquades berdasarkan percobaan dan massa



Laporan Praktikum Kimia Fisik jenis akuades berdasarkan teoritis kemungkinan karena kesalahan praktikan selama melakuan percobaan, seperti: penimbangan picometer dalam keadaan belum kering sempurna, pengambilan akuades melebihi batas volume picometer, dan saat penimbangan ada udara yang masuk sehingga tekanan lebih besar dan berat dari suatu zat yang ditimbang semakin besar[5]. Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan massa jenis gliserol yang diperoleh sebesar



=1,0909 g/mL. Sedangkan, berdasarkan teoritis massa jenis akuades sebesar =1,262 ,g/mL. .Adanya perbedaan massa jenis gliserol berdasarkan percobaan dan massa jenis agliserol berdasarkan teoritis kemungkinan karena kesalahan praktikan selama melakuan percobaan, seperti: penimbangan picometer dalam keadaan belum kering sempurna, pengambilan akuades melebihi batas volume picometer, dan saat penimbangan ada udara yang masuk sehingga tekanan lebih besar dan berat dari suatu zat yang ditimbang semakin besar[6]. Faktor- faktor yang mempengaruhi viskositas adalah sebagai berikut[7]: a. Tekanan Viskositas cairan naik dengan naiknya tekanan, sedangkan viskositas gas tidak dipengaruhi oleh tekanan. b. Temperatur Viskositas akan turun dengan naiknya suhu, sedangkan viskositas gas naik dengan naiknya suhu. Pemanasan zat cair menyebabkan molekul-molekulnya memperoleh energi. Molekul-molekul cairan bergerak sehingga gaya interaksi antar molekul melemah. Dengan demikian viskositas cairan akan turun dengan kenaikan temperatur. c. Kehadiran zat lain Penambahan gula tebu meningkatkan viskositas air. Adanya bahan tambahan seperti bahan suspensi menaikkan viskositas air. Pada minyak ataupun gliserin adanya penambahan air akan menyebabkan viskositas akan turun karena gliserin maupun minyak akan semakin encer, waktu alirnya semakin cepat. d. Ukuran dan berat molekul Viskositas naik dengan naiknya berat molekul. Misalnya laju aliran alkohol cepat, larutan minyak laju alirannya lambat dan kekentalannya tinggi seta laju aliran lambat sehingga viskositas juga tinggi. e. Berat molekul Viskositas akan naik jika ikatan rangkap semakin banyak. f. Kekuatan antar molekul Viskositas air naik denghan adanya ikatan hidrogen, viskositas CPO dengan gugus OH pada trigliseridanya naik pada keadaan yang sama.



IV.KESIMPULAN Dari percobaan viskositas cairan dapat disimpulkan bahwa nilai viskositas berbanding lurus dengan konsentrasi, semakin besar konsentrasi semakin besar pula viskositasnya sehingga larutan lebh sulit untuk mengalir. Menggunakan persamaan rumus dari viskositas dapat ditentukan pul jari-jari dari suatu molekul, pada percobaan ini gliserol digunakan sebagai bahan uji dan didapatkan jari-jari hasi perhitungan sebesar 3,9e-8cm.



Laporan Praktikum Kimia Fisik



IV. DAFTAR PUSTAKA [1]



Viswanath,



D.S., Ghosh,



T., Prasad,



D.H.L., Dutt,



N.V.K., Rani,



K.Y.



2007. Viscosity of Liquids. Netherlands: Springer. [2] Marzuki, Ismail, S.Si, M.Si. dkk. 2010. Kimia dalam Keperawatan. Sulawesi Selatan: Penerbit Pustaka A salam. [3] Welty, James R., Charles E. Wicks., Robert E. Wilson., Gregory Rorrer. 2007. Dasar-dasar Fenomena Transport. Jakarta: Erlangga. [4] Sakka, Sumio. 2007. Handbook of SOL-GEL Science and Technology. New York: Kluwer Academic Publisher. [5] Ashworth, M. R. F.. 2017. Analytical Methods for Glycerol. London: Academic Press. [6] Farrow, Steve. 1999. The Really Useful Science Book. New York: RoutledgeFalmer. [7] Gavin, S dan Aziz, M.A, 2007, Measuring Shear Viscosity Using Correlation, Vol 37. No 3A, Wayne State University, USA



V. LAMPIRAN 1. Perhitungan massa jenis air dan gliserol Massa pikometer kosong = 20,7207 g Massa pikometer + akuades = 47,1647 g Massa pikometer + gliserol = 47,8932 g m akuades



= (47,1647 – 20,7207) g = 26,444 g



 akuades



= = = 1,05776 g/mL



m gliserol



= (47,8932 – 20,7207) g = 27,2725 g



 gliserol



=



Laporan Praktikum Kimia Fisik



= = 1,0909 g/mL 2. Perhitungan volume masing-masing konsentrasi gliserol  Konsentrasi 1 M M1  V1 = M  V 1 M  V1 = 1 M  10 mL V1 = 10 mL  Konsentrasi 0,75 M M1  V1 = M  V 1 M  V1 = 0,75 M  10 mL V1 = 7,5 mL  Konsentrasi 0,5 M M1  V1 = M  V 1 M  V1 = 0,5 M  10 mL V1 = 5 mL  Konsentrasi 0,25 M M1  V1 = M  V 1 M  V1 = 0,25 M  10 mL V1 = 2,5 mL



3. Perhitungan konsentrasi amilum M1 = M2 = M3 = M4 =