I.
TUJUAN PE PERCOBAAN
I.1 I.1 I.2 I.2 I.3 I.
Setelah melakukan percobaan ini mahasiswa diharapkan mampu untuk : Mene Meneran rangk gkan an arti arti visk viskos osit itas as dan dan rheo rheolo logi gi.. Memb Membed edak akan an caira cairan n Newt Newton on dan dan cai cairan ran non non New Newto ton. n. Menggu Menggunak nakan an alat alat – alat alat penent penentuan uan visko viskosita sitass dan rheolo rheologi. gi. Menent Menentuk ukan an visko viskosit sitas as dan dan rheol rheologi ogi cairan cairan Newto Newton n dan dan non non Newto Newton. n.
II.
DASAR TEORI
!iskositas adalah ukuran resistensi "at cair untuk mengalir. Makin besar resitensi suatu "at cair untuk mengalir semakin besar pula viskositan#a. $heologi berasal dari %ahasa &unani #aitu rheo rheo 'mengalir 'mengalir(( dan logos logos 'ilmu() digunakan isti istila lah h ini ini untu ntuk pert pertam amaa
kali kalin# n#aa
oleh leh %in %ingham gham dan dan *raw+ raw+o ord untu ntuk
menggambarkan aliran dan de+ormasi dari padatan. ,adi) rheologi adalah ilmu #ang mempela-ari mempela-ari si+at aliran aliran "at cair atau de+ormasi de+ormasi "at padat. $heologi $heologi dari suatu produk tertentu #ang dapat berkisar dalam konsistensi dari bentuk cair ke semisolid sampai ke padatan) dapat mempengaruhi stabilitas +isika dan bahkan availabilitas biologis 'Martin et al.) al.) 2/( $heologi akan menentukan si+at dari sediaan dalam hal campuran dan si+at alirn#a) baik pada saat diproduksi) pengemasan) pen#impanan) dan pelepasan "at akti+ serta si+at 0 si+at penting pada saat pemakaian) seperti konsistensi) da#a sebar) dan kelembapan. $heologi dari suatu sediaan -uga akan mempengaruhi stabilitas +isik dan ketersediaan ha#ati 'Nugraha) 212(. da beberapa metode metode #ang dapat digunakan digunakan untuk mengukur mengukur viskositas suatu sediaan) #ang dapat diklasi+ikasikan men-adi metode mutlak dan metode relati+. Metode mutlak baik secara langsung maupun tidak langsung) mengukur shear stress stress da dan shear rate dari dari suat suatu u sedi sediaa aan n atau atau komp kompon onen en untu untuk k mende+i mende+inis nisika ikan n +ungsi +ungsi rheolo rheologi gi #ang #ang tepat. tepat. eknik eknik #ang #ang diguna digunakan kan dalam dalam pengukuran secara mutlak #aitu dengan mengalirkan cairan melalui tabung) metode metode putaran) putaran) atau metode metode viskositas viskositas permukaan. permukaan. Sedangkan metode relati+ tidak mengu mengukur kur shear stress stress dan shear dan shear rate) rate) namun menghasilkan pemeriksaan kualitas #ang bagus untuk membandingkan secara relati+ bahan 0 bahan #ang berbeda. ada pengukuran secara relati+) digunakan alat 0 alat seperti viskometer) bola -atuh) atau penghisap 'Nugraha) 212(. 212(.
1
!iskositas din#atakan dalam simbol 4. !iskositas 4 merupakan perbandingan antara shearing stress 56 dan rate o+ shear dv6d7. Satuan viskositas adalah poise atau d#ne detik cm 02. Menurut Newton: 56
9 dv6d7
56
9 4 dv6d7
4
9
F 6 A dv 6 dx
8eterangan : 4
9 koe+isie sien viskosit sitas satuan #ang ang serin ring digunakan ada adalah centipoises
cp
' -amak : cps (
1 *p 9 )1 )1 poise 'Martin et al.) al.) 2/( imana !iskositas dipengaruhi oleh; %esar dan bentuk molekul) !iskositas cairan cairan semaki semakin n berkur berkurang ang dengan dengan bertam bertambah bahn# n#aa suhu suhu tapi tapi tak cukup cukup ban#a ban#ak k dipe dipeng ngar aruh uhii oleh oleh peru peruba baha han n teka tekana nan. n. dan# dan#aa kolo koloid id dapa dapatt memp memperb erbesa esar r viskositas sedang adan#a elektrolit akan sedikit menurunkan viskositas dari cairan 'Martin et al .) .) 2/(. enggo enggolon longan gan sistem sistem cair menuru menurutt tipe tipe aliran aliran dan de+orm de+ormasin asin#a #a ada dua #aitu: sistem Newton dan sistem non0Newton. ada cairan Newton) hubungan antara shearing antara shearing rate dan rate dan shearing shearing stress adalah stress adalah linear) dengan suatu tetapan #ang dikena dikenall dengan dengan viskos viskosita itass atau koe+isi koe+isien en viskos viskosita itas. s. ipe ipe alir alir ini umumn# umumn#aa dimiliki oleh "at cair tunggal serta larutan dengan struktur molekul sederhana dengan dengan volume volume molek molekul ul kecil. kecil. ipe ipe aliran aliran #ang #ang mengik mengikuti uti sistem sistem Newton Newton)) viskositasn#a tetap pada suhu dan tekanan tertentu dan tidak tergantung pada kecepatan geser) sehingga viskositasn#a cukup ditentukan pada satu kecepatan geser. Sedangkan pada cairan non0Newton) shearing non0Newton) shearing rate dan rate dan shearing shearing stress tidak stress tidak memiliki hubungan linear) viskositasn#a berubah0ubah tergantung dari besarn#a tekanan #ang diberikan. ipe aliran non0Newton ter-adi pada dispersi heterogen antara cairan dengan padatan seperti pada koloid) emulsi) dan suspensi. %erdasarkan gra+ik si+at alirann#a 'rheogram() cairan non Newton terbagi men-adi dua kelompok) #aitu :
2
*airan #ang si+at alirann#a tidak dipengaruhi waktu. 8elompok ini terbagi atas tiga -enis) #aitu : liran plastis • liran pseudoplastik • liran dilatan • *airan #ang si+at alirann#a dipengaruhi waktu. 8elompok ini terbagi atas tiga -enis) #akni : • • •
liran tiksotro+ik liran antitiksotro+ik liran rheopeksi
liran lastis 8urva aliran plastis tidak melalui titik ')( tapi memotong sumbu shearing stress 'atau stress 'atau akan memotong -ika bagian lurus dari kurva tersebut diekstrapolasikan ke sumbu( sumbu( pada suatu suatu titik titik terten tertentu tu #ang #ang dikena dikenall dengan dengan sebagai sebagai harga harga yield . *airan plastis plastis tidak akan mengalir sampai shearing stress dicapa dicapaii sebesar sebesar yield value terse tersebu but. t. ada ada harga harga shearing stress di bawa bawah h harg arga yield value) value) "at bertindak sebagai bahan elastis 'meregang lalu kembali ke keadaan semula) tidak mengalir( 'Martin et al .) .) 2/(.
liran seudoplastis Sebaga Sebagaii aturan aturan umum) umum) aliran aliran pseudo pseudopla plastis stis ter-adi ter-adi pada pada moleku molekull berant berantai ai enggolongan sistem cair menurut tipe aliran dan de+ormasin#a ada dua #aitu: sistem Newton dan sistem non0Newton. ada cairan Newton) hubungan antara shearing rate dan rate dan shearing shearing stress adalah stress adalah linear) dengan suatu tetapan #ang dikenal dengan viskositas atau koe+isien viskositas. ipe alir ini umumn#a dimiliki oleh "at cair tunggal serta larutan dengan struktur molekul sederhana dengan volume molekul kecil. ipe aliran #ang mengikuti sistem Newton) viskositasn#a tetap
3
pada suhu dan tekanan tertentu dan tidak tergantung pada kecepatan geser) sehingga viskositasn#a cukup ditentukan pada satu kecepatan geser. Sedangkan pada cairan non0Newton) shearing rate rate da dan shearing stress tidak memiliki memiliki hubungan hubungan linear) linear) viskositasn viskositasn#a #a berubah0uba berubah0ubah h tergantun tergantung g dari besarn#a besarn#a tekanan tekanan #ang diberikan. ipe aliran non0Newton ter-adi pada dispersi heterogen antara cairan dengan padatan seperti pada koloid) emulsi) dan suspensi. %erdasarkan gra+ik si+at alirann#a 'rheogram() cairan non Newton terbagi men-adi dua kelompok) #aitu : *airan #ang si+at alirann#a tidak dipengaruhi waktu. 8elompok ini terbagi atas tiga -enis) #aitu : liran plastis • liran pseudoplastik • liran dilatan • *airan #ang si+at alirann#a dipengaruhi waktu. 8elompok ini terbagi atas tiga -enis) #akni : • • •
liran tiksotro+ik liran antitiksotro+ik liran rheopeksi
liran lastis 8urva aliran plastis tidak melalui titik ')( tapi memotong sumbu shearing stress 'atau stress 'atau akan memotong -ika bagian lurus dari kurva tersebut diekstrapolasikan ke sumbu( sumbu( pada suatu suatu titik titik terten tertentu tu #ang #ang dikena dikenall dengan dengan sebagai sebagai harga harga yield . *airan plastis plastis tidak akan mengalir sampai shearing stress dicapa dicapaii sebesar sebesar yield value terse tersebu but. t. ada ada harga harga shearing stress di bawa bawah h harg arga yield value) value) "at bertindak sebagai bahan elastis 'meregang lalu kembali ke keadaan semula) tidak mengalir( 'Martin et al .) .) 2/(. ter-adi pada molekul berantai pan-ang seperti polimer0polimer termasuk gom) tragakan) Na0alginat) metil selulose dan karboksimetilselulose #ang merupakan kebalikan dari sistem plastis) dimana dimana tersusu tersusun n dari dari partik partikel0p el0part artike ikell #ang #ang ter+lok ter+lokula ulasi si dalam dalam suatu suatu suspen suspensi si 'Martin et al .) .) 2/(.
4
liran ilatan !iskosit !iskositas as cairan dilatan dilatan meningkat meningkat dengan dengan meninggin meninggin#a #a kecepatan kecepatan geser) geser) karena karena ter-adi peningka peningkatan tan volume volume antar partikel sehingga sehingga pembawa tidak lagi mencukupi. mencukupi. liran liran dilatan dilatan ter-adi ter-adi pada suspensi #ang memiliki memiliki presentase presentase "at padat terdispersi dengan konsentrasi tinggi. er-adi er-adi peningkatan da#a hambat untuk untuk mengal mengalir ir 'visko 'viskosit sitas( as( dengan dengan mening meningkat katn# n#aa rate rate of shea shear r . ,ika ,ika stres stresss dihila dihilangk ngkan) an) suatu suatu sistem sistem dilata dilatan n akan akan kembal kembalii ke keadaa keadaan n +luidi +luiditas tas aslin# aslin#aa '>achman) 1??(.
liran iksotropik iksotropik dide+inisikan sebagai suatu pemulihan #ang isoterm dan lambat pada pendiaman suatu bahan #ang kehilangan konsistensin#a karena shearing . Sistem tiksotropik biasan#a mengandung partikel0partikel asimetris #ang melalui berbagai titik hubungan men#usun kerangka tiga dimensi diseluruh sampel
5
tersebut 'Martin et 'Martin et al .) .) 2/(. ada aliran ini) kurva menurun berada di sebelah kiri kurva menaik. 5enomena ini umumn#a di-umpai pada "at #ang mempun#ai alir aliran an plast plastik ik dan dan pseu pseudo dopl plas asti tik. k. 8ond 8ondisi isi sema semacam cam ini ini diseb disebab abka kan n karen karenaa ter-adin#a perubahan struktur #ang tidak segera kembali ke keadaan semula pada saat tekanan geser diturunkan. Si+at aliran semacam ini umumn#a ter-adi pada partikel asimetrik 'misaln#a polimer( #ang memiliki ban#ak titik kontak dan tersusun membentuk -aringan tiga dimensi 'Martin et al .) .) 2/(.
liran ntitiksotropik alam alam antiti antitikso ksotro tropi pi keadaa keadaan n keseim keseimban bangan gan adalah adalah sol. sol. Sam#n Sam#n dan ,ung ,ung men#atakan men#atakan antitiksotro antitiksotropi pi disebabkan disebabkan oleh meningkatn meningkatn#a #a +rekuensi +rekuensi tumbukan tumbukan dari partikel0partikel terdispersi atau molekul0molekul polimer dalam suspensi. @al ini akan meningkatkan ikatan antarpartikel dengan bertambahn#a waktu.
liran $heopeksi $heopeksi adalah suatu ge-ala dimana suatu sol membentuk suatu gel lebih cepat cepat -ika -ika diaduk diaduk perlahan perlahan0lah 0lahan an atau atau kalau kalau di shear daripada daripada -ika dibiarkan dibiarkan membentuk gel tersebut tanpa pengadukan 'Martin et al .) .) 2/(.
6
Gambar 6. Rheogram Rheopeksi (Martin et al., 2006)
enent enentuan uan dan evalua evaluasi si si+at si+at – si+at si+at rheolo rheologis gis dari dari suatu suatu sistem sistem terten tertentu tu bergantung pada pemilihan metode peralatan #ang tepat. 8arena rate of shear pada sistem Newton berbanding langsung dengan shear stress) stress) maka maka dapa dapatt digunakan alat #ang beroperasi pada rate of shear tunggal. tunggal. pabila sistem tersebut merupakan sistem non Newton) peralatan #ang digunakan harus bisa beker-a pada berbagai rate of shear 'Martin et al.) al.) 2/( . ,enis – -enis viskometer) #aitu : 1. !iskometer Sa Satu i itik !iskometer !iskometer ini beker-a pada satu titik rate of shear sehingga sehingga han#a dihasilkan satu titik pada rheogram 'gra+ik si+at alir(. Bkstrapolarisasi dari titik tersebut ke titi titik k nol nol akan akan meng mengha hasil silka kan n gari gariss luru lurus. s. lat ini ini han# han#aa dapa dapatt mene menent ntuk ukan an viskositas cairan Newton. *ontoh viskometer satu titik adalah viskometer bola -atuh dan viskometer kapiler 'Martin et al.) al.) 2/( rinsi rinsip p viskom viskometer eter bola bola -atuh -atuh adalah adalah menguk mengukur ur kecepa kecepatan tan bola bola -atuh -atuh melalu melaluii cairan cairan dalam dalam tabung tabung pada pada suhu suhu tetap. tetap. !iskom iskomete eterr ini cocok cocok diguna digunakan kan untuk untuk cairan #ang mempun#ai viskositas #ang sulit diukur dengan viskometer kapiler. !iskositas !iskositas cairan dapat dihitung dengan persamaan Stokes 'raset#a) 'ra set#a) dkk.) 212( !iskosimeter !iskosimeter %ola ,atuh rinsip viskosimeter bola -atuh #aitu pengukuran benda ker-a berupa bola
•
#ang terbuat dari bahan #ang telah ditentukan di-atuhkan kedalam tabung #ang telah diisi +luida +luida dengan dengan viskositas viskositas atau kekentalan kekentalan #ang ditentukan ditentukan '$idwan) 1???(. !iskosita !iskosita cairan dapat dihitung dengan persamaan Stokes :
4 9
2r 2 ' ρ 1
−
7 ?v
ρ 2 ( g
8eterangan : r
: -ari0-ari bola 'cm(
C1 : bobot bobot -enis bola C2 : bobot -enis cairan g : ga#a gravitasi v : kece kecepa pata tan n bola bola 'cm. 'cm.det detik ik01( 01( ersamaan di atas dapat disederhanakan men-adi : 4 9 % 'C 1 – C2( t
8eterangan : %
: konstanta bola
t
: waktu tempuh bola -atuh 'detik(
!iskosimeter !iskosimeter %an#ak itik Menggunakan viskosimeter semacam ini dapat dilakukan pengukuran pada beberapa harga kecepatan geser sehingga diperoleh rheogram #ang sempurna. !iskosimeter #ang termasuk ke dalam -enis viskosimeter ini adalah viskosimeter rotasi tipe Stormer) %rook+ield) $otovisco dan lain0lain. !iskosimeter Brookfield !iskosimeter Brookfield •
8
III. III.
ALAT LAT DAN BAH AHAN AN
III.1 I.1 lat : 0 0 0 0 0
!isko skometer eter %ola ola ,atu ,atuh h !iskometer Brookfield %ola Stopwatch iknometer
III. II.2 %ahan : 0 Euadest 0
PERHITUNGAN IV. IV.1 Bobot Bobot Jeni Jenis s Caira Cairan n
ir
91
9
gr m>
%obot piknom pikn ometer eter ( berisi beris i gliserin ) bobot bobo t piknom pikn ometer eter ( kosong ) %obot piknom pikn ometer eter ( berisi beris i air ) bobot bob ot piknom pikn ometer eter ( kosong ) −
−
2/)1= gr − 1=)11 gr
9 2A)/= gr − 1=)11 gr 12)1? gr
?)D23 gr G ?)D23 m>
9 ?)D23 gr 9 1)2
Fleum ri ricini
gr m>
9
%obot piknome pikn ometer ter ( berisi beris i gliserin ) bobot bobo t piknome pikn ometer ter ( kosong ) %obot piknom pik nometer eter ( berisi beris i air ) bobot bob ot piknome pikn ometer ter ( kosong ) −
−
2A)33 gr − 1=)11 gr
9 2A)/= gr − 1=)11 gr ?)1=2 gr
?)D23 gr G ?)D23 m>
9 ?)D23 gr 9 )?
gr m>
IV. IV.2 Visos isosit itas as Cairan Cairan
4
=
t ( C1
−
C 2 ) . k . 5
4
9 viskositas
C1
9 densitas bola
C2
9 dernsitas cairan
k
9 konstanta bola
5
9 multiplikator working angle
!iskositas !iskositas air : I.
4
=
t ( C1
−
C 2 ) . k . 5
= )3 s D)=D31
gr 3 cm
3 cm . =)== ma . .1 3 gr cm
− 1 gr
9 1?)121? ma . s
II.
4
=
t ( C1
−
C 2 ) . k . 5
= ) s D)=D31
gr cm 3
3 cm . =)== ma . .1 gr cm 3
− 1 gr
9 1D)D/D/ ma . s
III.
4
=
t ( C1
−
C 2 ) . k . 5
= )3/ s D)=D31
gr cm 3
− 1 gr
cm
10
3
3 . =)== ma . cm gr . 1
9 1=)/?/ ma . s
4 air =
1?)121? ma . s
+
1D)D/D/ ma . s
+
1=)/?/ ma . s
3
9 1D)?3= ma . s
!iskositas !iskositas gliserin : I.
4
=
t ( C1
−
C 2 ) . k . 5
= /)2 s D)=D31
gr 3 cm
3 cm . =)== ma . .1 3 gr cm
− 1)2 gr
9 3=)?==? ma . s
II.
4
=
t ( C1
−
C 2 ) . k . 5
= /) s D)=D31
gr 3 cm
cm 3 . 1 . =)== ma . 3 gr cm
− 1)2 gr
9 3=)1?A ma . s
III.
4
=
t ( C1
−
C 2 ) . k . 5
= /)32 s D)=D31
gr 3 cm
3 cm . =)== ma . .1 3 gr cm
− 1)2 gr
9 3A=)=D?? ma . s
4 gliserin
=
3=)?==? ma . s
+
3=)1?A ma . s
+
3A=)=D?? ma . s
3
9 3A?)2A21 ma . s
!iskositas !iskositas oleum ricini : I.
4
=
t ( C1
−
C 2 ) . k . 5
= 11)A? s D)=D31
gr 3 cm
3 cm . =)== ma . .1 3 gr cm
− )? gr
9 A2)3=1 ma . s
11
II.
4
=
t ( C1
−
C 2 ) . k . 5
= 11)3 s D)=D31
gr 3 cm
3 cm . =)== ma . .1 3 gr cm
− )? gr
9 AD)2 ma . s
III.
4
=
t ( C1
−
C 2 ) . k . 5
= 11)// s D)=D31
gr 3 cm
− )? gr
cm
3
3 . =)== ma . cm gr . 1
9 A33)/2 ma . s
4 oleum ricini
=
A2)3=1 ma . s
+
AD)2 ma . s
+
A33)/2 ma . s
3
9 A2)3=1 ma . s
V.
PROSEDUR !ERJA
!.1
Menguk Mengukur ur visko viskosita sitass cairan cairan Newton Newton abung abung pada viskometer bola -atuh diisi dengan cairan #ang akan diukur viskositasn#a sampai hampir penuh. imasukkan bola #ang sesuai. itambahkan cairan sampai tabung penuh dan ditutup sedemikian rupa sehingga tidak terdapat gelembung udara di dalam tabung. pabila bola sudah turun melampaui garis awal) bola dikembalikan ke posisi semula dengan cara membalikkan tabung. Haktu Ha ktu tempuh bola melalui tabung mulai dari garis m1 sampai m3 dicatat 'dalam detik(. %obot -enis cairan ditentukan dengan menggunakan piknometer. piknometer.
ihitung viskositas cairan u-i.
12
!.2
Meng Menguk ukur ur si+a si+att ali alira ran n Spindel dipasang pada gantungan spindel.
Spindel diturunkan sedemikian rupa sehingga batas spindel tercelup ke dalam cairan #ang akan diukur viskositasn#a. Stop kontak dipasang dan motor dihidupkan sambil menekan tombol. Spindel dibiarkan berputar dan diperhatikan -arum merah pada skala 'dicatat angka #ang ditun-ukkan -arum merah tersebut(. Jntuk menghitung viskositas : angka pembacaan dikalikan dengan suatu +aktor #ang dapat dikutip dari tabel #ang terdapat pada brosur alat. engan mengubah – ubah ppm) akan diperoleh viskositas cairan pada berbagai cps. Jntuk mengetahui si+at aliran : dibuat kurva antara ppm dengan usaha #ang dibutuhkan untuk memutar spindel.
DA"TAR PUSTA PUS TA!A !A
Martin Martin)) .N.) .N.) ,. Swarbr Swarbrick ick)) . *ammar *ammarata. ata. 2=. 2=. Physical Pharmacy, th ed . hiladelphia: >ea 5ebiger. Martin) . 2/. Farmasi 2/. Farmasi Fisik !asar"!asar #imia Fisik dalam $lmu Farmasetik . Farmasetik . ,akarta: enerbit Jniversitas Indonesia. Neuwald)5. 1?==. $heological Studies F+ New *ream %ases %as es Hith he %rook+ield S#nchro0>ectric !iscometer. !iscometer. %. %. Soc. &osmetic &hemists !ol.1D: &hemists !ol.1D: p2130233. Nugraha) >inus Seta di. 212. Pengaruh #adar &'&"(a se)agai Bahan Pengental terhadap Sifat Fisik *otion +epelan 'inyak Atsiri Akar wangi -e -etive tivera ra
ia ian nioid ioides es
'>(
nogh(.
vailable
at
http:66september.uco".com6BN<$J@K8$ http:66september. uco".com6BN<$J@K8$K*M*KNaKSB%<IK K*M*KNaKSB%<IK %@NKBNK[email protected]+ Fpened at : 1 pril 212
13
:
14 
