Pengukuran Tegangan Permukaan Dapat Dilakukan Dengan Beberapa Metode Antara Lain [PDF]

Citation preview

Pengukuran tegangan permukaan dapat dilakukan dengan beberapa metode antara lain (Kosman dkk, 2005); 1. Metode cincin de-Nouy Cara ini dapat digunakan untuk mengukur tegangan permukaan dan tegangan antar permukaan zat cair. Prinsip kerja alat ini berdasarkan pada kenyataan bahwa gaya yang dibutuhkan untuk melepaskan cincin yang tercelup pada zat cair sebanding dengan tegangan permukaan atau tegangan antar muka. Gaya yang dibutuhkan untuk melepaskan cincin dalam hal ini diberikan oleh kawat torsi yang dinyatakan dalam dyne. 2. Metode kenaikan kapiler Metode ini hanya digunakan untuk menentukan tegangan suatu zat cair dan tidak dapat digunakan untuk menentukan tegangan antar permukaan dua zat cair yang tidak bercampur. Bila pipa kapiler dimasukkan ke dalam suatu zat cair, maka zat tersebut akan naik ke dalam pipa sampai gaya gesek ke atas diseimbangkan oleh gaya gravitasi ke bawah akibat berat zat cair.  Komponen gaya ke atas akibat tegangan permukaan yaitu ;  Keliling penampang pipa = 2 r  Sudut kontak antar permukaan zat dengan dinding kapiler =  maka gaya ke atas total = 2 r cos .



Penentuan tegangan permukaan dan tegangan antar muka dapat dilakukan melalui 2 cara, yaitu: 1. Metode Kenaikan Kapiler (Giancoli, 2001). 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. 2. Metode Tensiometer Du-Nouy (Giancoli, 2001). Metode cincin Du-Nouy bisa digunakan untuk mengukur tegangan permukaan ataupun tegangan antar muka. Prinsip dari alat ini 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.



Sifat antar muka atau tegangan permukaan suatu cairan penting untuk membuat emulsi, gel atau krem. Banyak obat yang dibuat dalam bentuk emulsi dan untuk bisa mempertahankan emulsi ini hingga saatnya dikonsumsi, tentu saja diperlukan pengetahuan tentang teori pembuatan emulsi. Demikian pula untuk gel atau krem sehingga gel atau krem tidak mencair pada saat dikemas dan tidak berjamur karena lembab maka diperlukan senyawa pengatur tegangan muka atau koloid pelindung sebagai penstabil koloid (Widjajanti, Endang, 2009)



1. Metode Kenaikan Pipa Kapiler Berdasarkan rumus: = 1 2 h grγ ρ Dengan: = tegangan mukaγ



h = tinggi kenaikan zat cair = densitas zat cairρ g = tetapan gravirasi r = jari-jari pipa kapiler karena kadang-kadang penentuan jari-jari pipa kapiler sulit maka digunakan cairan pembanding (biasanya air) yang sudah diketahui nilai tegangan mukanya. 2. Metode Tetes Jika cairan tepat akan menetes maka gaya tegangnan permukaan sama dengan gaya yang disebabkan oleh gaya berat itu sendiri, maka: mg = 2 rπγ dengan : m = massa zat cair Harus diusahakan agar jatuhnya tetesan hanya disebabkan oleh berat tetesannyasendiri dan bukan oleh sebab yang lain. Selain itu juga digunakan metode pembanding dengan jumlah tetesan untuk volume (V) tertentu Berat satu tetesan = v. /nρ 3. Metode Cincin Dengan metode ini, tegangan permukaan dapat ditentukan dengan cepat dengan hanya menggunakan sedikit cairan. Alatnya dikenal dengan nama tensiometer Duitog, yang berupa cincin kawat Pt yang dipasang pada salah satu lengan timbangan. Cincin ini dimasukan ke dalam cairan yang akan diselidiki tegangan mukanya dengan menggunakan kawat. Lengan lain dari timbangan diberi gayasehingga cincin terangkat di permukaan cairan.



2.8.1. Metode Cincin Du Nouy Metode cincin du nouy merupakan metode yang paling baik digunakan karena lebih akurat dan cepat dalam pengukuran tegangan permukaan deterjen, serum, suspensi, koloid dan lain- lain. Gaya yang dibutuhkan untuk mengangkat cincin dari permukaan air dapat dihitung dari persamaan :



(2.2) RFF4βγ= R = jari- jari rata- rata cincin F = gaya yang dibutuhkan untuk mengangkut cincin dari permukaan = faktor koreksi yang dihitung dengan persamaan berikut : β = (2.3) ()2a−β()cRFRb+− 2122414ρρππ a = 0, 725 b = 0,09075 m-1det2 c = 0,04534 – 1,679 ( r/ R) r = Jari- jari kawat yang digunakan untuk membuat cincin R = jari- jari rata- rata lingkaran P1 = massa jenis cairan yang ada di bawah P2 = massa jenis cairan yang berada di atas Ketika mengukur tegangan permuakaan cairan- cairan, harus diperhatikan bahwa cairan yang ada dibawah benar- benar membasahi cincin (Bird , 1987) 2.8.2. Metode Tekanan Gelembung Maksimum Tegangan permukaan menyebabkan adanya perbedaan tekanan pada kedua sisi permukaan cairan yang lengkung. Tekanan pada sisi yang cembung. Ketika pertama kali tekanan dikenakan, jari- jari gelembung sangat besar. Sementara gelembung itu mengembang, jari- jarinya akan semakin kecil sampai nilai minimum. Pada keadaan Universitas Sumatera Utara



ini jari- jari gelembung sama dengan jari- jari tabung gelas. Bila tekanan terus dinaikkan, jari- jari gelembung akan membesar kembali sampai akhirnya gelembung ini lepas dari tabung gelas dan naik ke permukaan cairan, jelas bahwa tekanan maksimum diperoleh pada saat jari- jari minimum. Tekanan maksimum ini bukan hanya disebabkan perbedaan tekanan pada kedua sisi gelembung, tetapi juga disebabkan oleh adanya tekanan hidrostatik ( yang bergantung pada ketinggian tabung gelas dalam cairan ). Jadi tekanan maksimum yang terbaca pada manometer adalah : (2.4) ()02ρργρ−+=Δghrmaks r = jari- jari tabung gelas h = jarak ujung tabung gelas dari permukaan cawan = Massa jenis cairan ρ =Massa jenis uap cair ( biasanya diabaikan karena 90 ) permukaan cairan akan turun. Peristiwa naik turunnya permukaan cairan dalam kapiler ini disebut dengan kapilaritas. Kenaikan atau penurunan cairan dalam kapiler disebabkan oleh adanya tegangan permukaan yang bekerja pada permukaan cairan yang menyentuh dinding Universitas Sumatera Utara



sepanjang keliling pipa. Akibat tegangan permukaan ini pipa akan memberikan gaya reaksi pada permukaan cairan yang besarnya sama tapi arahnya berlawanan ( Yazid, 2005 ). Pada peristiwa terangkatnya cairan pada kolom pipa, besarnya gaya keatas akibat tegangan permukaan diberikan persamaan : F1 = 2 π r γ cos θ (2.5) F1 = Gaya ke atas akibat tegangan permukaan r = Jari- jari kapiler γ = tegangan permukaan θ = sudut kontak Kenaikan cairan tidak dapat berlangsung terus, karena pada permukaan cairan juga bekerja gaya akibat berat cairan ( F2 ) yang arahnya ke bawah sebesar : F2 = d V g (2.6) Karena V = π r2 h, maka : F2 = π r2 h d g (2.7) d = rapatan cairan g = percepatan grafitasi h = kenaikan atau penurunan cairan dalam kapiler Pada saat setimbang berlaku F1 dan F2 , sehingga diperoleh : 2 π r γ cos θ = π r2 h d g (2.8) (2.9) θγcos2rhgd= Universitas Sumatera Utara



Untuk cairan yang membasahi bejana seperti air θ ≈ 0, sehingga cos θ = 1. Persamaan menjadi : (2.10) 2rhgd=γ Sedangkan untuk cairan yang tidak membasahi bejana seperti raksa θ = 140, sehingga cos θ = - 0,766 ( berharga negatip). Akibatnya h memiliki harga negatip yang berarti cairan mengalami penurunan atau ditekan dalam kapiler. 2.8.4. Metode Lempengan Wilhelmy Metode ini didasarkan pada gaya yang diperlukan untuk menarik pelat tipis dari permukaan cairan. Pelat digantung pada salah satu lengan neraca dan dimasukkan kedalam cairan yang akan diselidiki. Besarnya gaya tarik pada neraca yang digunakan untuk melepas pelat dari permukaan cairan dicatat. Pada saat pelat terlepas berlaku hubungan : F = W + 2 l(2.11) γ Sehingga tegangan permukaan dapat dihitung sebagai : (2.12) lWF2−=γ Dimana : = tegangan permukaan γ F = gaya tarik yang dicatat W = berat lempeng ( pelat ) 1 = lebar lempeng 2 = faktor karena ada dua permukaan pada lempeng Dalam metode ini diandaikan sudut kontak θ = 0 0, dan pengaruh dari ujung- ujung lempeng dapat diabaikan ( Yazid, 2005 ). Pada metode ini, digunakan lempengan mika tipis atau kaca slide mikrosip yang digantung pada neraca. Pengukuran dapat dilakukan dengan cara statistik ataupun dengan detasment yang secara akurat diberikan pada persamaan ideal. Universitas Sumatera Utara



Jika pengukurannya dilakukan dengan metode detasmen, prosedurnya hampir sama dengan metode cincin Du Nouy, tetapi faktor koreksi hanya 0,1 % ( Adamson, 1990).