Laporan Tegangan Permukaan DST [PDF]

Citation preview

PRAKTIKUM KIMIA FISIKA KIM 1252 PENENTUAN TEGANGAN PERMUKAAN DENGAN METODE DU-NOUY



OLEH: IDA AYU PUTU SURYA EKA PRATIWI MADE DARMAPRATHIWI ADININGSIH LUH GEDE SURYANI



NIM 1513031010 NIM 1513031013 NIM 1513031019



VI A PROGRAM STUDI PENDIDIKAN KIMIA JURUSAN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS PENDIDIKAN GANESHA 2018



I.



Judul Penentuan Tegangan Permukaan dengan Metode Du-Nouy



II.



Tujuan 1.



Menentukan tegangan permukaan cairan/gas dan cairan/cairan.



2.



Memperhatikan efek surface active agent terhadap γ.



III. Dasar Teori Tegangan permukaan merupakan fenomena yang terjadi pada zat cair (fluida) yang berada dalam keadaan diam (statis). Tegangan permukaan zat cair karena adanya kecenderungan permukaan zat cair untuk menegang, sehingga permukaannya seperti ditutupi oleh suatu lapisan elastis. Permukaan zat cair cenderung menegang sehingga permukaannya tampak seperti selaput tipis dipengaruhi oleh adanya gaya kohesi antara molekul air. Sebagai contoh, akan ditinjau cairan yang berada di dalam sebuah wadah seperti berikut (Wiratini & Retug, 2014).



Gambar 1. Gaya Tarik Molekul-Molekul dalam Cairan Molekul-molekul pada permukaan cairan lebih tertarik ke dalam cairan, sedangkan gaya tarik molekul-molekul dalam cairan adalah sama ke segala arah. Hal ini disebabkan oleh jumlah molekul dalam fase uap lebih sering dibandingkan fase cair. Akibatnya zat cair selalu berusaha mendapatkan luas permukaan kecil sehingga cairan selalu mengambil bentuk bulat. Kecenderungan tersebut terjadi karena bulatan adalah objek geometris dengan perbandingan atau volume terkecil. Setiap molekul cairan dikelilingi oleh molekul-molekul lain di setiap sisinya pada bagian dalam cairan. Akan tetapi, di permukaan cairan hanya ada molekul-molekul cairan di samping dan di bawah. Hal ini terjadi karena di bagian atas tidak ada molekul cairan lainnya akibat molekul cairan saling tarik menarik satu sama lain sehingga terdapat gaya total yang bernilai 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 bawah. Akibatnya gaya total pada permukaan cairan



memiliki arah ke bawah. Adanya gaya total yang arahnya ke bawah mengakibatkan cairan yang terletak di permukaan cenderung memperkecil luas permukaannya dengan cara menyusut sekuat mungkin. Hal ini mengakibatkan lapisan cairan pada permukaan seolah-olah tertutup oleh selaput elastis yang tipis. Fenomena ini yang dikenal dengan tegangan permukaan. Tegangan permukaan hanya bekerja pada bidang permukaan dan besarnya sama di semua titik (Wiratini & Retug, 2014). Tegangan permukaan terjadi dalam kehidupan sehari-hari. Sebagai contoh, tetes air yang cenderung berbentuk seperti balon (yang merupakan gambaran luas minimum sebuah volum) dengan zat cair berada di tengahnya. Contoh lain terjadi pada jarum baja yang memiliki rapat massa lebih besar daripada air, tetapi dapat mengambang di permukaan cairan. Fenomena ini terjadi karena selaput zat cair dalam kondisi tegang. Tegangan fluida bekerja secara paralel terhadap permukaan dan timbul dari adanya gaya tarik menarik antar molekulnya (Wiratini & Retug, 2014). Pengukuran tegangan permukaan atau tegangan antar muka dapat dilakukan dengan 2 cara, yaitu sebagai berikut. 1. Metode kenaikan kapiler Tegangan permukaan diukur dengan melihat ketinggian air/cairan yang naik melalui suatu kapiler. Metode kenaikan kapiler hanya dapat digunakan untuk mengukur tegangan permukaan tidak bisa untuk mengukur tegangan antar muka (Sukardjo, 1989). 2. Metode tensiometer Du-Nouy Metode cincin Du-Nouy bisa digunakan untuk mengukur tegangan permukaan ataupun tegangan antar muka dengan menggunakan tensiometer. Suatu cairan platina (Pt) dimasukkan ke dalam cairan yang diselidiki dan gaya yang diperlukan untuk memisahkan cincin dari permukaan diukur. Prinsip dari tensiometer adalah gaya yang diperlukan untuk melepaskan suatu cincin platina iridium yang dicelupkan pada permukaan sebanding dengan tegangan permukaan atau tegangan antar muka dari cairan tersebut (Sukardjo, 1989). Efek permukaan dapat dinyatakan dalam bahasa fungsi Helmholt dan Gibbs. Hubungan antara fungsi-fungsi ini dan luas permukaan adalah kerja yang diperlukan untuk mengubah sejumlah tertentu luas ini. Luas permukaan adalah kerja yang diperlukan untuk mengubah sejumlah tertentu luas ini dan kenyataan bahwa pada kondisi berbeda dA dan dG sama dengan kerja yang dilakukan dalam mengubah



energi sistem. Kerja yang dilakukan dalam mengubah sangat kecil d luas permukaan suatu sampel sebanding dengan d (dw =  do). Koefisien  disebut dengan tegangan permukaan (erg/cm2 atau J/m2) (Wiratini dan Retug, 2014). Pada volume dan temperatur tetap, kerja pembentukan permukaan dapat dikenali dengan perubahan fungsi Helmholtz yang dinyatakan dengan dA =  d. Fungsi Helmholtz berkurang (d < 0), maka secara alamiah permukaan cenderung untuk menyusut atau mengkerut dan menyebabkan permukaan cairan seakan-akan menjadi tegang” (Sukardjo, 1989). Jadi, tegangan muka adalah gaya (dyne) yang bekerja sepanjang 1 cm pada permukaan zat cair. Besarnya gaya ke bawah akibat tegangan permukaan diukur dengan persamaan: F = 4R Keterangan:  merupakan tegangan muka; nilai  adalah sebesar 3,14; R adalah jarijari cincin; dan F adalah gaya untuk memisahkan permukaan cairan. Pada saat cincin lepas, dapat dituliskan melalui persamaan: F1 = F2 F1 = 4R γ



F 4π R



Tegangan permukaan merupakan perbandingan antara gaya tegangan permukaan dengan satuan panjang sehingga satuan tegangan permukaan adalah Newton per meter (N/m) atau dyne per centimeter (dyn/cm) (Wiratini & Retug, 2014). 1 dyn/cm = 10-3 N/m = 1 mN/m Metode Du-Nouy selain untuk mengukur tegangan muka, juga dipakai untuk mengukur tegangan muka antara dua fasa cair, misalnya tegangan muka antara minyak dengan air. Dengan metode Du-Nouy, cincin logam yang digunakan pada permukaan cairan diangkat ke atas dengan memakai torsion wire. Gaya yang diperlukan untuk tepat memutuskan film cairan diukur pada skala yang dihubungkan dengan torsion wire tersebut (Retug & Sastrawidana, 2004). Faktor Koreksi terhadap Skala yang Dibaca Pembacaan skala pada tensiometer menghasilkan tegangan permukaan nyata dan tegangan permukaan nyata antara dua cairan. Untuk mendapatkan tegangan permukaan yang sebenarnya, dipergunakan rumus: γ=SxF



keterangan:



γ = tegangan permukaan sebenarnya S = tegangan permukaan nyata F = faktor koreksi



Faktor koreksi F tergantung pada ukuran diameter cincin logam, ukuran diameter logam yang dipergunakan, tegangan permukaan nyata, tegangan permukaan nyata antara dua cairan, serta berat jenis dari kedua fasa. Hubungan faktor di atas dapat dinyatakan dalam bentuk, salah satu dari kedua bentuk tersebut dapat digunakan untuk membuat kurva faktor koreksi: ( F  a) 2 



1.



4b S x K (R ) 2 D - d



F  0.725 



0.01452 1.679r  0.04534  R C 2 (D  d )



2. Keterangan: F = faktor koreksi R = jari-jari cincin logam (cm) r = jari-jari logam pembuat cincin (cm) S = tegangan permukaan nyata (dyne per cm) D = berat jenis cairan yang di bawah (gram/cm-3) d = berat jenis cairan yang di atas K = 0.04534 – 1.679 r/R C = keliling cincin logam (cm) a = 0.725 b = 0.0009075



a, b, dan K adalah konstanta yang nilainya tidak bergantung pada cincin logam yang dipergunakan (Retug & Sastrawidana, 2004). Untuk sistem ideal, gaya baru bisa memutuskan film cairan bila besarnya sama dengan 4R. Persamaan ini hanya berlaku untuk cairan yang mempunyai sudut kontak () sama dengan nol. Dalam praktiknya, bentuk cairan film yang diangkat lingkaran logam berbeda dari sistem ideal dan mempengaruhi harga tegangan permukaan yang diperoleh, sehingga diperlukan faktor koreksi yang berkisar antara 0,75 sampai 1,02 (Retug & Sastrawidana, 2004). Emulsifier atau zat pengemulsi didefinisikan sebagai senyawa yang mempunyai kemampuan aktivitas pemukaan (surface activity agents) sehingga dapat menurunkan tegangan permukaan (surface tension) cairan. Detergen sintesis modern didesain untuk meningkatkan kemampuan air membasahi kotoran yang melekat pada pakaian, yaitu dengan menurunkan tegangan permukaan air. Sebagai contoh, air murni tidak membasahi dan bentuk butiran air ini tidak banyak berubah, tetapi tetes air yang



mengandung detergen (surfaktan) akan membasahi lilin dan butir air akan menyebar (luas permukaan bertambah) (Wiratini & Retug, 2014). Pada dasarnya tegangan permukaan suatu zat cair dipengaruhi oleh beberapa faktor diantaranya suhu dan zat terlarut. Keberadaan zat terlarut dalam suatu cairan akan mempengaruhi besarnya tegangan permukaan terutama molekul zat yang berada pada permukaan cairan berbentuk lapisan monomolekular yang disebut dengan molekul surfaktan. Suhu mempengaruhi nilai tegangan permukaan. Umumnya ketika terjadi kenaikan suhu, nilai tegangan permukaan mengalami penurunan. Hal ini disebabkan karena ketika suhu meningkat, molekul cairan bergerak semakin cepat sehingga pengaruh interaksi antar molekul cairan berkurang. Akibatnya nilai tegangan permukaan juga mengalami penurunan. Berikut ini beberapa nilai tegangan permukaan yang diperoleh berdasarkan percobaan (Wiratini & Retug, 2014). Tabel 1. Tegangan permukaan beberapa zat cair Zat cair yang



Suhu (oC)



bersentuhan dengan udara Air Air Air Air Air Air Air sabun Minyak zaitun Air raksa Oksigen Neon Helium Aseton Etanol Gliserin Benzena (Sumber: Wiratini & Retug, 2014)



0 20 25 60 80 100 20 20 20 -193 -247 -269 20 20 20 20



Tegangan Permukaan (mN/m = dyne/cm) 75,60 72,80 72,20 66,20 62,60 58,90 25,00 32,00 465,00 15,70 5,15 0,12 23,70 22,30 63,10 28,90



Berdasarkan data tegangan permukaan, tampak bahwa suhu mempengaruhi nilai tegangan permukaan fluida. Umumnya ketika terjadi kenaikan suhu, nilai tegangan permukaan mengalami penurunan (bandingkan nilai tegangan permukaan air pada setiap suhu adalam tabel di atas). Hal ini disebabkan karena ketika suhu meningkat, molekul cairan bergerak semakin cepat sehingga pengaruh interaksi antar molekul cairan berkurang. Akibatnya nilai tegangan permukaan juga mengalami penurunan (Wiratini & Retug, 2014).



Deterjen merupakan pembersih sintetis yang terbuat dari bahan-bahan turunan minyak bumi. Pada umumnya, deterjen mengandung bahan-bahan berikut: 1. Surfaktan (surface active agent) merupakan zat aktif permukaan yang mempunyai ujung berbeda yaitu hidrofil (suka air) dan hidrofob (suka lemak). Bahan aktif ini berfungsi menurunkan tegangan permukaan air sehingga dapat melepaskan kotoran yang menempel pada permukaan bahan. 2. Builder (pembentuk) berfungsi meningkatkan efisiensi pencuci dari surfaktan dengan cara menon-aktifkan mineral penyebab kesadahan air. 3. Filler (pengisi) adalah bahan tambahan deterjen yang tidak mempunyai kemampuan meningkatkan daya cuci, tetapi menambah kuantitas. 4. Additives adalah bahan suplemen/tambahan untuk membuat produk lebih menarik. Minyak dan air tidak saling melarutkan sehingga jika ditambahkan deterjen seolaholah minyak dan air akan melarut, dimana deterjen akan mengemulsi atau mengsuspensi bahan organik dalam air. Hal ini dapat mengakibatkan tegangan permukaan pada larutan tersebut menurun (Wiratini & Retug, 2014). IV.



Alat dan Bahan A. Alat Tabel 2. Daftar Alat No 1 2 3 4 5 6



Nama Alat Tensiometer Du-Nouy Cawan petri Gelas kimia Batang pengaduk Spatula Kaca arloji



7



Gelas ukur



8 9



Labu ukur Pipet tetes



Spesifikasi 100 mL 10 mL 50 mL 100 mL -



B. Bahan Tabel 3. Daftar Bahan No 1 2 3 4



Nama Bahan Aquades Detergen Minyak goreng Kloroform



Jumlah 500 mL 0,5 gram 100 mL 100 mL



Jumlah 1 set 1 buah 4 buah 1 buah 1 buah 1 buah 1 buah 1 buah 2 buah 2 buah



V.



Prosedur Kerja dan Hasil Pengamatan Tabel 4. Prosedur Kerja dan Hasil Pengamatan No A 1



Prosedur Kerja Hasil Pengamatan Penentuan Tegangan Permukaan Larutan Murni/Udara Alat tensiometer dirangkai seperti Alat tensiometer dirangkai seperti pada gambar gambar berikut.



Gambar 2. Rangkaian Alat Tensiometer



2



 Aquades dimasukkan ke dalam Aquades dimasukkan ke dalam cawan petri. Selanjutnya cincin dimasukkan ke dalam cawan cawan petri.  Selanjutnya cincin dimasukkan petri yang berisi aquades dan cincin tidak saling ke dalam aquades dan cincin bersentuhan dengan dinding cincin. dijaga



agar



saling Tabel 5. Skala Tensiometer pada Pengukuran Air



tidak



bersentuhan dengan dinding cawan.  Skala pada tensiometer diamati pada



tarikan



pertama,



kemudian dicatat.  Pengamatan



dilakukan



berulang-ulang



Pengukuran ke-



Skala (mN)



1



23,5



2



24,3



3



22,2



Rata-rata



23,3



untuk



memperoleh hasil yang akurat.



Gambar 3. Pengukuran Tegangan Permukaan Air 3



Langkah



yang



sama



pada Minyak goreng berwarna kuning bening. Minyak



prosedur kerja no. 2 di atas goreng yang digunakan adalah minyak goreng dilakukan



juga



pada



larutan merek “Fortune”



murni lainnya yaitu kloroform



dan minyak goreng.



Gambar 4. Minyak Goreng Tabel 6. Skala Tensiometer pada Pengukuran Minyak Goreng Pengukuran ke-



Skala (mN)



1



11,1



2



11,2



3



11,6



Rata-rata



11,3



Tegangan permukaan cairan minyak goreng diukur



dengan



cara



yang



sama



dengan



pengukuran tegangan permukaan air.



Gambar 5. Pengukuran Tegangan Permukaan Minyak Kloroform berupa cairan yang tidak berwarna. Tegangan permukaan cairan kloroform diukur dengan cara yang sama seperti pengukuran tegangan permukaan air.



Gambar 6. Cairan Kloroform Tabel 7. Skala Tensiometer pada Pengukuran Kloroform Pengukuran ke-



Skala (mN)



1



11,6



2



12,7



3



13,2



Rata-rata



12,5



Gambar 7. Pengukuran Tegangan Permukaan Kloroform B 1



Penentuan Tegangan Permukaan Larutan Detergen  Detergen bubuk yang akan Deterjen bubuk yang digunakan adalah deterjen digunakan disiapkan terlebih merk “Daia” dahulu.  Detergen



bubuk



tersebut



kemudian ditimbang masingmasing sebanyak 0,05 g; 0,10 g; dan 0,15 g. Gambar 8. Deterjen merk “Daia” Variasi konsentrasi deterjen yang digunakan adalah 0,0518 gram, 0,1068 gram, dan 0,1501 gram



Gambar 9. Massa Deterjen yang Ditimbang 2



Setelah



ditimbang,



masing- Setelah



ditimbang,



masing-masing



deterjen



masing detergen yang massanya dilarutkan ke dalam 100 mL aquades. Terbentuk berbeda



tersebut



dilarutkan larutan berwarna putih keruh dan berbusa



dengan air hingga volumenya 100 mL, sehingga diperoleh larutan detergen dengan lima konsentrasi yang



berbeda



yaitu



0,05%;



0,10%; 0,15%. Gambar 9. Larutan Deterjen pada Berbagai 3



 Masing-masing



Konsentrasi larutan Larutan detergen dimasukkan ke dalam cawan



detergen dimasukkan ke dalam petri secara bergantian Tabel 8. Skala Tensiometer pada Pengukuran cawan petri secara bergantian. Tegangan Permukaan Detergen  Selanjutnya cincin dimasukkan ke dalam larutan detergen dan cincin dijaga agar tidak saling bersentuhan dengan dinding cawan.  Skala pada tensiometer diamati



Skala (mN)



Pengukura n ke-



0,05%



0,10%



0,15%



1



26,8



19,3



17,2



2



26,1



20,1



18,5



pada



tarikan



pertama,



kemudian dicatat.  Pengamatan



dilakukan



berulang-ulang



3



25,1



19,8



17,1



Rata-rata



26,0



19,7



17,6



untuk



memperoleh hasil yang akurat.



Gambar 10. Pengukuran Deterjen dengan Konsentrasi 0,05%



Gambar 11. Pengukuran Deterjen dengan Konsentrasi 0,10%



Gambar 12. Pengukuran Deterjen dengan Konsentrasi 0,15% C 1



Penentuan Tegangan Permukaaan Campuran Air-Minyak Goreng Sebanyak 25 mL minyak Campuran minyak dan air terbentuk dua lapisan. ditambahkan ke dalam 60 mL air.



Lapisan atas adalah minyak dan lapisan bawah adalah air



Gambar 13. Campuran Minyak dengan Air 2



Cincin



aluminium



dicelupkan



pada campuran air dan minyak



Tabel 9. Skala Tensiometer pada Pengukuran Campuran Air dan Minyak



pada bagian perbatasan antara



Pengukuran ke-



Skala (mN)



lapisan minyak dengan air. Skala



1



20,2



2



20,4



3



20,4



Rata-rata



20,3



yang ditunjukkan dicatat.



Gambar 14. Pengukuran Tegangan Permukaan Campuran Minyak dengan Air D 1



Penentuan Tegangan Permukaan Campuran Air-Kloroform Sebanyak 30 mL air ditempatkan Saat kloroform dimasukkan ke dalam



air,



dalam cawan petri. Kemudian terbentuk dua lapisan, lapisan atas adalah air dan sebanyak



20



mL



kloroform lapisan bawah adalah kloroform



ditambahkan pada 30 mL air yang telah ditempatkan pada cawan petri tersebut.



2



Cincin



aluminium



dicelupkan



pada campuran air dan kloroform pada bagian perbatasan antara lapisan aqaudes dan kloroform. Skala yang ditunjukkan dicatat.



Gambar 15. Campuran Kloroform dengan Air Tabel 10. Skala Tensiometer pada Pengukuran Campuran Air dan Kloroform Pengukuran ke1 2 3 Rata-rata



Skala (mN) 19,4 19,6 18,6 19,2



Gambar 16. Pengukuran Tegangan Permukaan E.



Campuran Kloroform dengan Air Penentuan Tegangan Permukaan Campuran Air-Minyak Goreng-Detergen



1



Sebanyak 15 mL air disiapkan Air dalam gelas kimia.



2



berupa



cairan



bening



tidak



berwarna,



disiapkan sebanyak 15 mL



Gambar 17. Air Kedalam air ditambahkan 10 mL Setelah minyak dicampurkan ke air dalam gelas minyak kemudian ditambahkan kimia, terbentuk dua lapisan. Lapisan atas adalah 0,1 gram detergen.



minyak dan lapisan bawah adalah air. Setelah ditambahkan



dengan



detergen,



campuran



berwarna kuning keruh. Massa deterjen yang digunakan adalah 0,1073 gram



Gambar 18.Massa Deterjen yang Digunakan



Gambar 19. Campuran Air-Minyak Goreng-



3



Larutan yang terbentuk diaduk dan didiamkan beberapa saat.



Detergen Setelah diaduk dan didiamkan beberapa saat, campuran tetap berwarna keruh kekuningan.



Gambar 20. Campuran Air-Minyak GorengDetergen Setelah Didiamkan 4



Cincin pada



aluminium campuran



dicelupkan



Tabel 11. Skala Tensiometer pada Pengukuran



air-minyak-



campuran air, minyak, dan detergen



detergen pada bagian perbatasan antara



lapisan



aqaudes



dan



minyak. Skala yang ditunjukkan dicatat.



Pengukuran ke-



Skala (mN)



1



18,8



2



19,1



3



19,2



Rata-rata



19,0



Gambar 21. Pengukuran Tegangan Permukaan Air-Minyak Goreng-Detergen F.



Penentuan Tegangan Permukaan Campuran Air-Kloroform-Detergen



1



Sebanyak 15 mL air disiapkan



Air merupakan cairan yang tidak berwarna yang



dalam gelas kimia.



disiapkan sebanyak 15 mL



Gambar 22. Air 2



Kedalam air ditambahkan 10 mL



Setelah kloroform dimasukkan ke dalam air



kloroform kemudian ditambahkan



pada cawan petri terbentuk dua lapisan. Lapisan



0,1 gram detergen.



atas adalah air dan lapisan bawah adalah kloroform. Setelah ditambahkan deterjen, campuran menjadi putih keruh. Massa deterjen yang digunakan adalah 0,1009 gram



Gambar 23. Massa Deterjen yang Digunakan



Gambar 24. Campuran Air-KloroformDeterjen 3



4



Larutan yang terbentuk diaduk dan



Setelah



didiamkan beberapa saat.



campuran tetap terbentuk dua lapisan



Cincin aluminium dicelupkan pada



Tabel 12. Skala Tensiometer pada Pengukuran



campuran pada



air-kloroform-detergen



bagian



perbatasan



antara



lapisan aqaudes dan minyak. Skala yang ditunjukkan dicatat.



diaduk



dan



didiamkan



beberapa,



Campuran Air, Kloroform, dan Detergen Pengukuran ke-



Skala (mN)



1



21,1



2



20,1



3



20,1



Rata-rata



20,4



Gambar 25. Pengukuran Tegangan Permukaan Air-Kloroform-Deterjen VI.



Analisis Data Diameter cincin yang digunakan dalam percobaan adalah 1,8 cm, sehingga jari-jari (R) dari cincin yang digunakan adalah 0,9 cm atau 0,9 x 10 -2 m. Perhitungan tegangan permukaan dari masing-masing cairan/gas dan cairan/cairan adalah sebagai berikut.  Perhitungan Tegangan Permukaan Tanpa Faktor Koreksi F = 4πR . γ  γ 



F ; R  jari - jari cincin 4πR



4π R  4  3,14  0,9 cm  4  3,14  0,9  10 2 m  0,11304 m



γ



a.



Cairan Murni/Udara Air/Udara (F = 23,3 x 10-3 N)



F 23,3  10 3 N  4π R 0,11304 m  0,2061 N m -1



Minyak Goreng/Udara (F = 11,3 x 10-3 N) γ



F 11,3  10 3 N  4π R 0,11304 m  0,0999 N m -1



Kloroform/Udara (F = 12,5 x 10-3 N) γ



F 12,5  10 3 N  4π R 0,11304 m  0,1106 N m -1



b. Larutan Detergen Detergen 0,05% (F = 26 x 10-3 N) γ



F 26  10 3 N  4π R 0,11304 m  0,2300 N m -1



Detergen 0,1% (F = 19,7 x 10-3 N) γ



F 19,7  10 3 N  4π R 0,11304 m  0,1743 N m -1



Detergen 0,15% (F = 17,6 x 10-3 N) γ



F 17,6  10 3 N  4π R 0,11304 m  0,1557 N m -1



c.



Campuran Air dan Kloroform (F = 19,2 x 10-3 N) γ



F 19,2  10 3 N  4π R 0,11304 m  0,1698 N m -1



Air dan Minyak (F = 20,3 x 10-3 N) γ



F 20,3  10 3 N  4π R 0,11304 m  0,1796 N m -1



Air, Kloroform, dan Detergen (F = 20,4 x 10-3 N) γ



F 20,4  10 3 N  4π R 0,11304 m  0,1805 N m -1



Air, Minyak, dan Detergen (F = 19,0 x 10-3 N) γ



F 37  10 3 N  4π R 0,11304 m  0.1681 N m -1



 Perhitungan Tegangan Permukaan dengan Faktor Koreksi Tegangan permukaan yang sebenarnya, dapat dihitung dengan menggunakan persamaan dengan faktor koreksi sebagai berikut. γ=S x F dengan nilai F (faktor koreksi) adalah: F  0,725 



0,01452 S 1,679 r  0,04534  2 R C (D  d )



F = faktor koreksi R = jari-jari cincin logam (cm) = 0,9 cm r = jari-jari logam pembuat cincin (cm) (platina) = 80 pm = 0,8 x 10-8 cm S = tegangan permukaan nyata (dyne per cm) D = berat jenis cairan yang di bawah (gram/cm-3) d = berat jenis cairan yang di atas C = keliling cincin logam (cm) = 2πr = 2 x 3,14 x 0,9 cm = 5,652 cm a. Campuran Air-Minyak ρ (minyak)



= 0,911 g/mL



ρ (air)



= 1 g/mL



S



= 0,1796 N/m = 0,1796 x 10-3 dyne/cm



0,01452 S 1,679 r  0,04534  2 R C (D  d )



F  0,725   0,725 



0,01452 x 0,0001796 (dyne/cm) 1,679 (0,8 x 10 -8 cm)  0,04534  2 3 0,9 cm (5,652 cm) (1  0,911 ) g/cm



 0,725 



2,6078 x 10 -6 dyne/cm  0,04534  x 1,49 x 10 -8 2,8431g/cm3



 0,725 



9,1723x 10 -7  0,04534  1,49 x 10 -8



 0,725 



0,045



 0,725  0,2130  0,9380



γ=S x F = 0,1796 x 10-3 dyne/cm x 0,9380 = 1,685 x 10-4 dyne/cm = 0,1685 N m-1 b. Campuran Air-Kloroform ρ (air)



= 1 g/mL



ρ (kloroform)



= 1,47 g/mL



S



= 0,1698 N/m = 0,1698 x 10-3 dyne/cm



F  0,725 



0,01452 S 1,679 r  0,04534  2 R C (D  d )



 0,725 



0,01452 (0,1698 x 10 -3 dyne/cm) 1,679 (0,8 x 10 -8 cm )  0 , 04534  0,9 cm (5,652 cm) 2 (1,47  1) g/cm 3



 0,725 



2,4655 x 10 -6 dyne/cm  0,04534  1,49 x 10 -8 2,6564 g/cm 3



 0,725 



9,2812 x 10 -7  0,04534  1,49 x 10 -8



 0,725 



0,0453



 0,725  0,2129  0,9379



γ=S x F = 0,1698 x 10-3 dyne/cm x 0,9379 = 1,593 x 10-5 dyne/cm = 0,1592 N m-1 Berdasarkan hasil perhitungan yang diperoleh di atas disajikan data sebagai berikut. Tabel 13. Nilai gaya dan tegangan permukaan pada hasil percobaan Campuran Air/Udara



F (mN) 23,3



Tegangan Permukaan (Nm-1) 0,2061



Minyak goreng/Udara Kloroform/Udara Larutan detergen 0,05% Larutan detergen 0,10% Larutan detergen 0,15% Air dan kloroform tanpa faktor koreksi Air dan kloroform dengan faktor koreksi Air dan minyak tanpa faktor koreksi Air dan minyak dengan faktor koreksi Air + kloroform + detergen Air + minyak + detergen



11,3 12,5 26,0 18,7 17,6 19,2 20,3 20,4 19,0



0,0999 0,1106 0,2300 0,1743 0,1557 0,1698 0,1592 0,1796 0,1685 0,1805 0.1681



VII. Pembahasan Pada percobaan ini dilakukan penentuan tegangan permukaan cairan/gas (air/udara, kloroform/udara dan minyak goreng/udara), tegangan permukaan larutan detergen 0,05%, 0,10%, 0,15% serta tegangan permukaan cairan/cairan (airkloroform,



air-minyak,



air-minyak-detergen



dan



air-kloroform-detergen)



menggunakan metode Du-Nouy. Hasil pengukuran gaya tegangan permukaan dari cairan murni dan campuran tersebut telah dipaparkan pada hasil pengamatan. Diameter cincin yang digunakan dalam percobaan adalah 1,8 cm, sehingga jari-jari (R) dari cincin yang digunakan adalah 0,9 cm atau 0,9 x 10-2 m. Berdasarkan data yang diperoleh pada tabel 13, dapat ditentukan bahwa tegangan permukaan suatu cairan murni maupun campuran tidak sama satu sama lainnya. Besarnya gaya tarik antar molekul berbanding lurus dengan tegangan permukaan. Hal tersebut juga terlihat dalam tabel nilai gaya dan tegangan permukaan pada hasil percobaan. Tegangan permukaan akan semakin besar seiring dengan semakin besarnya gaya tarik antar molekul di permukaannya. Tegangan permukaan suatu cairan terjadi disebabkan karena adanya gaya antar molekul yang menarik molekul-molekul dalam suatu cairan ke segala arah, tetapi molekul-molekul yang terdapat pada permukaan cairan hanya ditarik ke bawah dan ke samping oleh molekulmolekul lainnya sehingga tarik menarik antar molekul ini cenderung menarik molekul-molekul ke dalam cairan dan menyebabkan tegangan permukaan menegang seperti lapisan tipis elastis. Ukuran gaya elastis pada permukaan cairan tersebut disebut dengan tegangan permukaan. Air memiliki luas permukaan lebih kecil dibandingkan dengan minyak dan kloroform. Hal tersebut dikarenakan perbedaan keelektronegatifan yang besar antara atom O dan atom H dalam penyusun air. Perbedaan keelektronegatifan tersebut menyebabkan adanya momen dipole yang besar sehingga air bersifat sangat polar.



Adanya momen dipol tersebut menyebabkan ikatan/interaksi antara molekul-molekul air yang sangan kuat, sehingga luas permukaan air kecil. Selain adanya momen dipol tersebut terdapat juga interaksi ikatan hidrogen antar molekul air. Hal tersebut disebabkan oleh kemampuan atom H berikatan dengan keelektronegatifan besar, dalam hal ini adalah atom O. Pada air, ikatan hidrogen memiliki pengaruh yang lebih besar daripada interaksi dipol-dipol sehingga bisa dikatakan kecilnya luas permukaan air dipegaruhi oleh adanya ikatan hidrogen. Minyak dan kloroform adalah senyawa yang nonpolar. Molekul minyak memiliki rantai karbon yang terikat dengan gugus karboksilat. Rantai hidrokarbon minyak menyebabkan minyak memiliki sifat non polar sedangkan gugus karboksilat yang terikat pada rantai tersebut memiliki sifat polar mengingat gugus karboksilat terdiri dari atom O yang memiliki keelektronegatifan besar. Dalam minyak, atom O akan membentuk ikatan hidrogen dengan atom H dari gugus karboksilat pada molekul minyak lainya. Namun, besarnya interaksi ini tidaklah lebih besar daripada interaksi yang terjadi pada air. Hal tersebut dikarenakan gugus karboksilat mengikat rantai hidrokarbon panjang yang bersifat non polar, dimana interaksi gugus karboksilat tersebut akan direduksi oleh adanya rantai hidrokarbon tersebut melalui rintangan sterik. Hal tersebut menyebabkan luas permukaan minyak lebih besar dari air. Kloroform memiliki tegangan permukaan terkecil atau memiliki luas permukaan terbesar diantara cairan lainya. Hal tersebut dikarenakan pada molekul kloroform terdapat tiga buah atom Cl dan sebuah atom H yang terikat pada sebuah atom H. Adanya tiga buah atom Cl yang memiliki keelektronegatifan besar tersebut menyebabkan momen dipol yang terbentuk sangat kecil. Selain itu, dengan adanya tiga buah atom Cl yang terikat pada atom C menyebabkan secara keseluruhan distribusi elektron pada molekul. Selain pada air, minyak dan kloroform, pada percobaan ini juga dilakukan pengukuran tegangan permukaan larutan detergen dengan berbagai konsentrasi, meliputi 0,05%, 0,10% dan 0,15%. Berdasarkan hasil percobaan semakin besar konsentrasi detergen, maka semakin kecil tegangan permukaan atau dengan kata lain semakin besar luas permukaannya. Hal tersebut dikarenakan pada detergen mengandung senyawa (surfaktan) yang bersifat emulsifier. Senyawa yang dimaksud merupakan senyawa yang terdiri dari gugus fungsi (kepala) dan ekor (rantai). Jika senyawa ini ditambahkan ke dalam air, maka ikatan hidrogen akan rusak. Rusaknya ikatan hidrogen diakibatkan oleh adanya rantai nonpolar (ekor) yang menyebabkan



adanya rintangan sterik sehingga jarak atom H dan atom O menjauh dan akhirnya ikatan hidrogen putus. Oleh karena itu, luas permukaan akan semakin besar atau dengan kata lain tegangan permukaan semakin kecil dengan semakin banyak penambahan detergen. Selain mengukur tegangan permukaan air, minyak goreng, kloroform dan detergen dalam berbagai konsentrasi, pada praktikum ini juga mengukur tegangan permukaan campuran. Tegangan permukaan campuran yang diukur adalah campuran air-minyak, air kloroform, air+kloroform+detergen dan air+minyak+detergen. Minyak/kloroform dan air yang dicampurkan tidak saling menyatu dan membentuk dua fase. Diantara kedua fase larutan tersebut terdapat lapisan antar permukaan. Pada campuran air dan minyak, minyak berada pada lapisan atas dan air pada lapisan bawah, sedangkan pada campuran kloroform dan air, lapisan atasnya adalah air dan lapisan bawahnya adalah kloroform. Hal ini disebabkan oleh berat molekul kloroform yang lebih besar daripada air. Berdasarkan hasil percobaan, tegangan permukaan campuran ini lebih rendah dari tegangan permukaan air murni. Hal ini disebabkan oleh adanya molekul-molekul kloroform dan minyak yang tersebar dalam air yang mengganggu daya tarik antar molekul-molekul air, dalam hal ini adalah ikatan hidrogen antar air itu sendiri. Jadi gaya tarik molekul air dengan campurannya (kloroform dan minyak) akan menjadi lebih lemah dibandingkan dengan air murni sehingga luas permukaan campuran air dengan kloroform dan air dengan minyak menjadi lebih besar dan tegangan permukaan lebih kecil. Pada campuran antara minyak dan air, ketika dilakukan penambahan detergen tegangan permukaannya turun. Hal ini menandakan bahwa detergen mampu menurunkan tegangan permukaan campuran minyak dan air. Kemampuan detergen menurunkan tegangan permukaan menyebabkan minyak dan air dapat saling melarutkan. Hal ini disebabkan karena deterjen mengandung surfaktan (surface active agent). Surfaktan merupakan zat aktif permukaan yang mempunyai dua ujung yang berbeda yaitu ujung hidrofilik (suka air, polar) dan lipofilik (suka lemak, non polar). Apabila surfaktan ditambahkan ke dalam campuran yang terdiri dari air dan minyak, maka ujung hidrofilik akan berikatan dengan molekul air, sedangkan ujung lipofilik akan berikatan dengan molekul minyak. Dengan melarutnya minyak di dalam air, maka kekuatan ikatan antar molekul dalam campuran air dan minyak akan melemah, sehingga luas permukaannya akan bertambah dan tegangan permukaannya semakin berkurang. Hal yang sama juga terjadi pada campuran air-kloroform dan detergen. Surfaktan yang terkandung dalam



detergen dapat menurunkan tegangan permukaan antara kedua lapisan dalam campuran. Dalam hal ini, ujung hidrofilik surfaktan akan berikatan dengan molekul air, sementara itu ujung lipofilik pada surfaktan akan berikatan dengan molekul kloroform. Hal ini dapat terjadi karena ujung lipofilik bersifat non polar, sehingga dapat berikatan dengan kloroform yang juga bersifat non polar. VIII. Simpulan Berdasarkan pembahasan di atas, dapat ditarik beberapa simpulan yaitu sebagai berikut. 1. Tegangan permukaan cairan/gas antara lain:  Tegangan permukaan air/udara adalah 0,2061N/m.  Tegangan permukaan kloroform/udara adalah 0,1106 N/m.  Tegangan permukaan minyak goreng/udara adalah 0,0999 N/m. 2. Tegangan permukaan cairan/cairan antara lain:  Tegangan permukaan larutan detergen 0,05% adalah 0,2300 N/m.  Tegangan permukaan larutan detergen 0,10% adalah 0,1743 N/m.  Tegangan permukaan larutan detergen 0,15% adalah 0,1557 N/m.  Tegangan permukaan campuran air-kloroform tanpa faktor koreksi adalah 



0,1698 N/m. Tegangan permukaan campuran air-kloroform dengan faktor koreksi adalah







0,1592 N/m. Tegangan permukaan campuran air-minyak tanpa faktor koreksi adalah







0,1796 N/m. Tegangan permukaan campuran air-minyak dengan faktor koreksi adalah



0,1685N/m.  Tegangan permukaan campuran air-kloroform-detergen adalah 0,1805 N/m.  Tegangan permukaan campuran air-minyak-detergen adalah 0.1681 N/m. 3. Tegangan permukaan air dapat berkurang dengan penambahan detergen karena di dalam detergen mengandung surfaktan (surface active agent) yang molekulmolekulnya dalam air akan membentuk misel yang bersifat polar yang akan menarik molekul air yang juga bersifat polar (prinsip like dissolve like), sehingga molekul air yang semula terakumulasi banyak pada permukaan akan banyak yang tertarik ke dalam misel. Hal ini selanjutnya menyebabkan tegangan permukaan air berkurang dan dapat terlihat pada hasil tegangan permukaan Air + kloroform + detergen lebih kecil dibandingkan dengan tegangan permukaan air. IX.



Daftar Pustaka



Retug, Nyoman & Dewa Sastrawidana. 2004. Penuntun Praktikum Kimia Fisika. Singaraja: IKIP Negeri Singaraja. Sukardjo. 1989. Kimia Fisika. Jakarta: Bima Aksara Wiratini, Ni Made dan I Nyoman Retug. 2014. Buku Penuntun Praktikum Kimia Fisika. Singaraja: Jurusan Pendidikan Kimia, Fakultas MIPA, Undiksha.