LAPORAN PRAKTIKUM FARMASI FISIKA
VISIKOSITAS DAN RHEOLOGI
Disusun oleh:
Andi Aulia Fajerin 1443050007
Mitha Kurnia 1443050014
Anita Rahayu 1443050064
Oktavianna 1443050062
FAKULTAS FARMASI, JURUSAN ILMU FARMASI
UNIVERSITAS 17 AGUSTUS 1945
TAHUN 2014/2015
Tujuan
Menerangi arti visikositas dan rheologi
Membedakan cairan Newton dan non-Newton
Mengenal beberapa metode pengukuran visikositas dan alat yang digunakan
Menentukan visikositas beberapa cairan dengan viskometer Ostwald
Teori
Viskositas adalah suatu cara untuk menyatakan berapa daya tahan dari aliran yang diberikan oleh suatu cairan. Kebanyakan viskometer mengukur kecepatan dari suatu cairan mengalir melalui pipa gelas (gelas kapiler), bila cairan itu mengalir cepat maka berarti viskositas dari cairan itu rendah (misalnya air). Dan bila cairan itu mengalir lambat, maka dikatakan cairan itu viskositas tinggi. Viskositas dapat diukur dengan mengukur laju aliran cairan yang melalui tabung silinder. Cara ini merupakan salah satu cara yang paling mudah dan dapat digunakan baik untuk cairan maupun gas. Menurut poiseulle, jumlah volume cairan yang mengalir melalui pipa per satuan waktu. (Dudgale. 1986).
Viskositas biasanya diterima sebagai "kekentalan" atau penolakan terhadap penuangan. Viskositas menggambarkan penolakan dalam fluid kepada aliran dapat dipikir sebagai cara untuk mengukur gesekan fluid. Prinsip dasar penerapan viskositas digunakan dalama sifat alir zat cair atau rgeologi. Rheologi merupakan ilmu tentang sifat alir suatu zat. Rheologi terlibat dalam pembuatan, pengemasan atau pemakaian, konsistensi, stabilitas dan ketersediaan hayati sediaan. (Moechtar, 1990). Cairan mempunyai gaya gesek yang lebih besar untuk mengalir daripada gas, hingga cairan mempunyai koefisien viskositas yang lebih besar daripadagas. Viskositas gas bertambah dengan naiknya temperatur, sedang viskositas cairan turun dengan naiknya temperatur. Koefisien viskositas gas pada tekanan tidak terlalu besar, tidak tergantung tekanan, tetapi untuk cairan naik dengan naiknya tekanan (Martin, 1993). Viskositas merupakan fungsi dari waktu yang artinya dengan bertambahnya waktu viskositas semakin meningkat. Sifat ini penting diketahui sewaktu material cetak dicampur atau saat dimasukkan ke dalam mulut karena viskositas material cetak kosistensi light pada 5 menit setelah pencampuran akan sama dengan kosistensi regular pada 3 menit. Makin tinggi viskositas maka akan semakin besar tahanannya. Bila viskositas gas meningkat dengan naiknya temperatur, maka viskositas cairan justru menurun jika temperatur dinaikkan. (Martin, 1993).
Alat dan Bahan
Viskometer Ostwald
Piknometer
Stopwatch
Gelas Kimia
Batang Pengaduk
Kompor
Timbangan
Air
Propilen glikol
Minyak
Sukrosa
Amilum
Percobaan
Penyiapan Larutan Uji
Larutan Sukrosa
Tara gelas kimia dengan sejumlah volume air yang dibutuhkan
Timbang sejumlah sukrosa untuk membuat larutan sukrosa dengan konsentrasi 20, 40, 60, 80% (b/v)
Larutkan sukrosa dengan sejumlah air yang dibutuhkan. Panaskan larutan tersebut sampai semua sukrosa larut
Larutan Amilum
Tara gelas kimia dengan sejumlah volume air yang dibutuhkan
Timbang konsentrasi amilum untuk membuat larutan amilum dengan konsentrasi 0,5; 1; 5; 10% (b/v)
Masukkan serbuk amillum kedalam gelas kimia dengan sebagian air. Aduk hingga larut. Kemudian panaskan hingga mendidih dan campuran berwarna jernih
Tambahkan sejumlah air hangat hingga volume yang diinginkan
Pengukuran Viskositas
Timbang piknometer kosong, kemudian masukkan masing- masing sampel kedalam piknometer dan tenntukan bobot jenis masing- masing sampel
Masukkan masing- masing sampel ke dalam viskometer Ostwald, kemudian ukur waktu yang dibutuhkan untuk melewati jarak tertentu. Tentukan viskositas masing- masing sampel. Pengukuran dilakukan duplo untuk masing- masing sampel.
Hasil dan Pembahasan
Hasil
Sampel
Bobot Jenis
(g/ mL)
Waktu tempuh (detik)
1
2
Rata- rata
Air
1
4,25
4,06
4,15
Sukrosa 20%
1,08
9,18
7,46
8,32
Sukrosa 40%
1,19
12,38
9,48
10,93
Sukrosa 60%
1,22
10,82
6,78
8,8
Sukrosa 80%
1,26
5,5
2,8
3,15
Berat Piknometer kosong = 28,6
Berat Piknometer + Air = 57,4
ρair = mv = 57,4 -28,625
= 1,15
BJ = kerapatan zat cairkerapatan air = 1,151,15 = 1
Berat Piknometer + Sukrosa 20% =59,9
ρ sukrosa 20% = mv = 59,9-28,625
= 1,25
BJ = 1,251,15 = 1,08
Berat Piknometer + Sukrosa 40% = 63,0
ρ sukrosa 20% = mv = 63,0-28,625
= 1,37
BJ = 1,371,15 = 1,19
Berat Piknometer + Sukrosa 60% = 64,0
ρ sukrosa 60% = mv = 64,0-28,625
= 1,41
BJ = 1,411,15 = 1,22
Berat Piknometer + Sukrosa 80% = 65,1
ρ sukrosa 80% = mv = 65,1-28,625
= 1,46
BJ = 1,461,15 = 1,26
Pengukuran Visikositas
Sukrosa 20% = n1n2 = t1 x ρ1t2 x ρ2
= 0,194n2 = 4,15 x 18,32 x 1,08
n2 = 0,420
Sukrosa 40% = 0,194n2 = 4,15 x 110,93 x 1,19
n2 = 0,609
pengukuran visikositas sukrosa 40% = 1 menit 26 detik
Sukrosa 60% = 0,194n2 = 4,15 x 18,8 x 1,22
n2 = 0,501
pengukuran visikositas sukrosa 60% = 1 menit 43 detik= 0,5
Sukrosa 80% = 0,194n2 = 4,15 x 13,15 x 1,26
n2 = 0,185
pengukuran visikositas sukrosa 80% = 2 menit 27 detik = 0,5
Pembahasan
Viskositas adalah suatu cara untuk menyatakan berapa daya tahan dari aliran yang diberikan oleh suatu cairan. Kebanyakan viskometer mengukur kecepatan dari suatu cairan mengalir melalui pipa gelas (gelas kapiler), bila cairan itu mengalir cepat maka berarti viskositas dari cairan itu rendah (misalnya air). Dan bila cairan itu mengalir lambat, maka dikatakan cairan itu viskositas tinggi. Viskositas dapat diukur dengan mengukur laju aliran cairan yang melalui tabung silinder. Cara ini merupakan salah satu cara yang paling mudah dan dapat digunakan baik untuk cairan maupun gas. Menurut poiseulle, jumlah volume cairan yang mengalir melalui pipa per satuan waktu. (Dudgale. 1986). Viskositas biasanya diterima sebagai "kekentalan" atau penolakan terhadap penuangan. Viskositas menggambarkan penolakan dalam fluid kepada aliran dapat dipikir sebagai cara untuk mengukur gesekan fluid. Prinsip dasar penerapan viskositas digunakan dalama sifat alir zat cair atau rgeologi. Rheologi merupakan ilmu tentang sifat alir suatu zat. Rheologi terlibat dalam pembuatan, pengemasan atau pemakaian, konsistensi, stabilitas dan ketersediaan hayati sediaan. (Moechtar, 1990). Cairan mempunyai gaya gesek yang lebih besar untuk mengalir daripada gas, hingga cairan mempunyai koefisien viskositas yang lebih besar daripadagas. Viskositas gas bertambah dengan naiknya temperatur, sedang viskositas cairan turun dengan naiknya temperatur. Koefisien viskositas gas pada tekanan tidak terlalu besar, tidak tergantung tekanan, tetapi untuk cairan naik dengan naiknya tekanan (Martin, 1993). Viskositas merupakan fungsi dari waktu yang artinya dengan bertambahnya waktu viskositas semakin meningkat. Sifat ini penting diketahui sewaktu material cetak dicampur atau saat dimasukkan ke dalam mulut karena viskositas material cetak kosistensi light pada 5 menit setelah pencampuran akan sama dengan kosistensi regular pada 3 menit. Makin tinggi viskositas maka akan semakin besar tahanannya. Bila viskositas gas meningkat dengan naiknya temperatur, maka viskositas cairan justru menurun jika temperatur dinaikkan. (Martin, 1993).
Pada mekanika dari suatu aliran viskos. Geseran dalam viskositas (fluida) adlah konstan sehubungan dengan gesekannya. Hubungan tersebut berlaku untuk fluida Newtonian, dimana perbandingan antara tegangan geser (s) dengan kecepatan geser (g) nya konstan. Parameter inilah yang disebut dengan viskositas. Aliran viskositas dapat digambarkan dengan dua buah bidang tersebut. Suatu bidang permukaan bawah yang tetap dibatasi oleh lapisan fluida setebal h, sejajar dengan permukaan atas itu ringan, yang berarti tidak memberikan beban pada lapisan fluida dibawahnya, maka tidak ada gaya tekan yang berkerja pada lapidan fluida. (Dudgale, 1986).
Faktor- fator yang mempengaruhi viskositas adalah sebagai berikut:
1. Tekanan
Viskositas cairan naik dengan naiknya tekanan, sedangkan viskositas gas tidak dipengaruhi oleh tekanan.
2. 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.
3. 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.
4. 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.
5. Berat molekul
Viskositas akan naik jika ikatan rangkap semakin banyak.
6. Kekuatan antar molekul
Viskositas air naik denghan adanya ikatan hidrogen, viskositas CPO dengan gugus OH pada trigliseridanya naik pada keadaan yang sama. (Bird, 1987)
Macam-macam Viskositas
a. Viskositas dinamik, yaitu rasio antara shear, stress, dan shear rate.
Viskositas dinamik disebut juga koefisien viskositas.
b. Viskositas kinematik, yaitu viskositas dinamik dibagi dengan densitasnya. Viskositas ini dinyatakan dalam satuan stoke (St) pada cgs dan m²/s pada SI.
c. Viskositas relatif dan spesifik, pada pengukuran viskositas suatu emulsi atau suspensi biasanya dilakukan dengan membandingkannya dengan larutan murni. Untuk mengukur besarnya viskositas menggunakan alat viskometer. Berbagai tipe viskometer dikelompokkan menurut prinsip kerjanya. (Dudgale. 1986)
Cara Menentukan Viskositas
Cara menentukan viskositas suatu zat menggunakan alat yang dinamakan viskometer. Ada beberapa tipe viskometer yang biasa digunakan antara lain:
1. Viskometer Brookfield
Pada viscometer ini nilai viskositas didapatkan dengan mengukur gaya puntir sebuah rotor silinder (spindle) yang dicelupkan ke dalam sample. Viskometer Brookfield memungkinkan untuk mengukur viskositas dengan menggunakan teknik dalam viscometry. Alat ukur kekentalan (yang juga dapat disebut viscosimeters) dapatmengukur viskositas melalui kondisi aliran berbagai bahan sampel yang diuji. Untuk dapat mengukur viskositas sampel dalam viskometer Brookfield, bahan harus diam didalam wadah sementara poros bergerak sambil direndam dalam cairan. (Atkins 1994).
Pada metode ini sebuah spindle dicelupkan ke dalam cairan yang akan diukur viskositasnya. Gaya gesek antara permukaan spindle dengan cairan akan menentukan tingkat viskositas cairan. Sebuah spindle dimasukkan ke dalam cairan dan diputar dengan kecepatan tertentu. Bentuk dari spindle dan kecepatan putarnya inilah yang menentukan Shear Rate. Oleh karena itu untuk membuat sebuah hasil viskositas dengan methode pengukuran Rotational harus dipenuhi beberapa hal sebagai berikut:
a. Jenis Spindle
b. Kecepatan putar Spindle
c. Type Viscometer
d. Suhu sample
e. Shear Rate (bila diketahui)
f. Lama waktu pengukuran (bila jenis sample-nya Time Dependent). (Sukardjo. 1997).
Viskometer Brookfield merupakan salah satu viscometer yang menggunakan gasing atau kumparan yang dicelupkan kedalam zat uji dan mengukur tahanan gerak dari bagian yang berputar. Tersedia kumparan yang berbeda untuk rentang kekentalan tertentu, dan umumnya dilengkapi dengan kecepatan rotasi. (FI IV,1038). Prinsip kerja dari viscometer Brookfield ini adalah semakin kuat putaran semakin tinggi viskositasnya sehingga hambatannya semakin besar. (Moechtar,1990).
2. Viskometer Oswald
Pada viscometer ini yang diukur adalah waktu yang dibutuhkan oleh sejumlah cairan tertentu untuk mengalir melalui pipa kapiler dengan gaya yang disebabkan oleh berat cairan itu sendiri. Didalam percobaan diukur waktu aliran untuk volume V (antara tanda a dan b) melalui pipa kapiler yang vertical. Jumlah tekanan (P) dalam hokum Poiseuille adalah perbedaan tekanan antara permukaan cairan, dan berbanding lurus dengan r. (Moechtar,1990).
3. Viskometer Hoppler
Yang diukur adalah waktu yang diperlukan oleh sebuah bola untuk melewati cairan pada jarak atau tinggi tertentu. Karena adanya gravitasi benda yang jatuh melalui medium yang berviskositas dengan kecepatan yang semakin besar sampai mencapai kecepatan maksimum. Kecepatan maksimum akan dicapai jika gaya gravitasi (g) sama dengan gaya tahan medium (f) besarnya gaya tahan (frictional resistance) untuk benda yang berbentuk bola stokes. (Moechtar,1990).
4. Viskometer Cup dan Bob
Prinsip kerjanya sample digeser dalam ruangan antaradinding luar dari bob dan dinding dalam dari cup dimana bob masuk persis ditengah-tengah. Kelemahan viscometer ini adalah terjadinya aliran sumbat yang disebabkan geseran yang tinggi di sepanjangkeliling bagian tube sehingga menyebabkan penurunan konsentrasi. Penurunan konsentras ini menyebabkab bagian tengah zat yang ditekan keluar memadat. Hal ini disebut aliran sumbat (Moechtar,1990).
5. Viskometer Cone dan Plate
Cara pemakaiannya adalah sampel ditempatkan ditengah-tengah papan, kemudian dinaikkan hingga posisi di bawah kerucut. Kerucut digerakkan oleh motor dengan bermacam kecepatan dan sampelnya digeser di dalam ruang semitransparan yang diam dan kemudian kerucut yang berputar (Moechtar,1990).
Cairan yang mengikuti hukum Newton, viskositasnya tetap, tidak dipengaruhi oleh kecepatan geser. Sehingga untuk menentukan viskositas cairan Newton dapat ditentukan hanya menggunakan satu titik rate og shear saja. Cairan non Newton ini dibagi ke dalam ke dalam dua kelompok, yaitu:
1. Cairan yang sifat alirannya tidak dipengaruhi waktu, diantaranya:
a. Aliran plastis
b. Aliran pseudoplastis
c. Aliran dilatan
2. Cairan yang sifat alirannya dipengaruhi waktu, diantaranya:
a. Aliran thisotropik
b. Aliran rhepeksi
c. Aliran antihitksotropik
Viskositas cairan non Newton bervariasi pada setiap rate of shear, sehingga untuk mengetahui sifat alirannya harus dilakukan pengamatan pada berbagi rate of shear. Nilai viskositas dinyatakan dalam viskositas spesifik, kinematik dan instrinsik. Viskositas spesifik ditentukan dengan membandingkansecara langsung kecepatan aluran suatu larutan dengan pelarutnya. Viskositas kinematik diperoleh dengan memperhitungkan densitas larutan. Baik viskositas spesifik maupun kinematik dipengaruhi oleh konsentrasi larutan. Pengukuran viskositas dilakukan dengan menggunakan viskometer Ubbelohde yang termasuk jenis viskometer kapiler. Untuk penentuan viskometer larutan primer, viskometer kapiler yang paling tepat adalah viskometer Ubbelohde. (Wiroatmojo, 1988).
Nilai viskositas dinyatakan dalam viskositas spesifik, kinematik dan intrinsik. Viskositas spesifik ditentukan dengan membandingkan secara langsung kecepatan aliran suatu larutan dengan pelarutnya. Viskositas kinematik diperoleh dengan memperhitungkan densitas larutan. Baik viskositas spesifik maupun kinematik dipengaruhi oleh konsentrasi larutan. Pengukuran viskositas dilakukan dengan menggunakan viskometer Ubbelohde yang termasuk jenis viskometer kapiler. Untuk penentuan viskometer larutan polimer, viskometer kapiler yang paling tepat adalah viskometer Ubbelohde. (Wiroatmojo, 1988).
Istilah rheologi, berasal dari bahasa Yunani rheo (mengalir) dan logos (ilmu), diusulkan oleh Bingham dan Crawford (seperti dilaporkan oleh Fischer) untuk menggambarkan aliran-aliran cairan dan deformasi dari padatan. Viskositas adalah suatu pernyataan tentang tahanan dari suatu pernyataan tentang tahanan dari suatu cairan untuk Smengalir, semakin tinggi viskositas, semakin besar tahanan tersebut. Seperti akan dijelaskan berikutnya, cairan sederhana (biasa) dapat dijelaskan dalam istilah viskositas absolute. Akan tetapi, sifat-sifat reologi dispersi heterogen lebih kompleks dan tidak dapat dinyatakan dengan suatu nilai tunggal. (Martin, farmasi fisika dan ilmu farmasetika, edisi 5,hal 706 )hukum aliran viskositas Newton menyatakan hubungan antara gaya-gaya.
Viskositas adalah ukuran resistensi zat cair untuk mengalir. Viskositas dapat berpengaruh pada formulasi sediaan-sediaan farmasi, misalnya pada sediaan suspensi, tidak boleh terlalu kental (viskositas tinggi) sehingga menyebabkan suspensi sulit dituangkan.
Pada praktikum ini, dilakukan percobaan mengenai viskositas
Kesimpulan
Viskositas adalah ukuran resistensi zat cair untuk mengalir. Viskositas dapat berpengaruh pada formulasi sediaan-sediaan farmasi, misalnya pada sediaan suspensi, tidak boleh terlalu kental (viskositas tinggi) sehingga menyebabkan suspensi sulit dituangkan.
Daftar Pustaka
Atkins, P.W. 1994. Kimia Fisika jilid 1. Jakarta: Erlangga
Bird, Tony. 1993. Kimia Fisik Untuk Universitas. Jakarta : PT Gramedia
Dudgle. 1986. Mekanika Fluida Edisi 3. Jakarta : Erlangga
Martin, A. 1993. Farmasi Fisika, edisi II, Jilid 3. Jakarta: UI Press
Martin, Alfred dkk. 1990, Farmasi Fisika edisi kelima, Jakarta: UI-Press
Moechtar. 1990. Farmasi Fisik. Yogyakarta: UGM-Press
Retno, D. Dan Teddy H. 2012 Pengolahan Limbah Pabrik Sabun Dari Gliserin Menjadi Triasetin. Jurnal Ilmiah Teknik Lingkungan Vol. 2, No. 2.
Sukardjo. 1997 Kimia Fisika I. Jakarta: Rineka Cipta
Wiroatmojo. 1988. Kimia Fisika. Jakarta: Depdikbud
