LAPORAN PRAKTIKUM KIMIA FISIKA II PERCOBAAN 5 Penentuan Tegangan Permukaan Cara Cincin Du Nouy
Dosen Pembina Bapak Sumari dan Bapak Yahmin
Kelompok : 10 Anggota Kelompok 1. Novita Putri Islamiyah (140332600407) 2. Nurakhma Yuniawati (140332600586) 3. Qurrota A’yun (140332600933)
UNIVERSITAS NEGERI MALANG FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENFETAHUAN ALAM JURUSAN KIMIA Agustus 2016 PERCOBAAN 5
Penentuan Tegangan Permukaan Cairan Cara Cincin Du Nouy A. Tujuan Percobaan Menentukan Tegangan Permukaan Cairan Tunggal dan atau Larutan B. Dasar Teori Molekul pada permukaan mengalami tarikan kedalam rongga cairan, karena gaya tarik mearik dalam rongga cairan lebih besar daripada gaya tarik oleh uap molekul yang ada diatas pemukaan. Akibat tarikan ini, maka permukaan cenderung mengkerut untuk mencapai luas sekecil mungkin sehingga mempunyai tegangan permukaan. Tegangan permukaan didefinisikan sebagai gaya tiap satuan panjang yang bekerja pada permukaan, atau sebagai energi per satuan luas yang diperlukan untuk memperluas permukaan tiap satu satuan luas pada suhu, tekanan, dan komposisi tetap. Selain tegangan permukaan untuk sistem cair uap , dikenal pula tegangan antar muka untuk 2 cairan yang tak saling bercampur. Faktor faktor yang mempengarui antara lain suhu, tekanan, dan konsentrasi larutan Terdapat 4 metode untuk menentukan tegangan permukaan cairan, yaitu: 1. Metode kenaikan kapiler (capillary-rise method) Metode ini diadasarkan pada kenyataan bahwa kebanyakan cairan dalam pipa kapiler mempunyai permukaan lebih tinggi daripada permukaan di luar pipa. Metode ini dilakukan dengan cara membenamkan kapiler ke dalam larutan. Tinggi dimana mencapai solusi di dalam kapiler berhubungan dengan tekanan pada permukaan. 2. Metode cincin (Du-Nouy method) Metode ini merupakan metode tradisional untuk menghitung tegangan permukaan. Metode cincin Du-Nouy bisa digunakan untuk mengukur tegangan permukaan ataupun tegangan antar muka. Prinsip dari metode ini adalah gaya yang diperlukan untuk memisahkan suatu cincin Pt, yang dimasukkan dalam cairan yang diselidiki, dari permukaan cairan diukur. Gaya yang diperlukan untuk melepaskan cincin sebanding dengan tegangan permukaan atau tegangan antar muka dari cairan tersebut.
3. Metode tetes (drop-weight method) Sebuah metode untuk menentukan tegangan permukaan sebagai fungsi antarmuka. Cairan dari konsentrasi tertentu akan dipompa ke dalam cairan yang lain dan waktu yang berbeda saat tetes dihasilkan diukur (Daniels, 1956). 4. Tekanan maksimal gelembung (bubble-pressure method) Sebuah metode universal terutama cocok untuk memeriksa tekanan pada permukaan atas interval waktu panjang. Sebuah vertikal sepiring dikenal perimeter terlampir untuk keseimbangan, dan memaksa karena pembasahan diukur (Daniels, 1956). Kenaikan Kapiler Dalam penentuan tegangan permukaan, cara yang paling sering digunakan adalah metode kenaikan kapilaritas. Kapilaritas adalah gejala naik atau turunnya zat cair dalam tabung kapiler yang dimasukkan sebagian ke dalam zat cair karena ada pengaruh adhesi dan kohesi. Kohesi adalah gaya tarik-menarik antar molekul yang sama jenisnya. Gaya kohesi yang kuat pada permukaan merupakan tegangan permukaan. Ketika gaya tarik-menarik terjadi antar molekul yang berbeda disebut gaya adhesi. Gaya adhesi terjadi antara molekul air dan dinding pada pipa kaca yang menyebabkan kenaikan cairan ke atas. Tegangan
permukaan
zat
cair
merupakan
kecenderungan
permukaan zat cair untuk menegang, sehingga permukaannya seperti ditutupi oleh suatu lapisan elastic. Selain itu, tegangan permukaan juga diartikan sebagai suatu kemampuan atau kecenderungan zat cair untuk selalu menuju ke keadaan yang luas permukaannya lebih kecil yaitu permukaan datar atau bulat seperti bola atau ringkasnya didefinisikan sebagai usaha yang membentuk luas permukaan baru. Dengan sifat tersebut zat cair mampu untuk menahan benda-benda kecil di permukaannya. Seperti silet, berat silet menyebabkan permukaan zat cair sedikit melengkung ke bawah tampak silet itu berada. Lengkungan itu memperluas permukaan zat cair namun zat cair dengan tegangan
permukaannya berusaha mempertahankan luas permukaan-nya sekecil mungkin. Tegangan permukaan terjadi karena permukaan zat cair cenderung untuk menegang, sehingga permukaannya tampak seperti selaput tipis. Hal ini dipengaruhi oleh adanya gaya kohesi antara molekul air. Pada zat cair yang adesiv berlaku bahwa besar gaya kohesinya lebih kecil dari pada gaya adesinya dan pada zat yang non-adesiv berlaku sebaliknya. Salah satu model peralatan yang sering digunakan untuk mengukur tegangan permukaan zat cair adalah pipa kapiler. Salah satu besaran yang berlaku pada sebuah pipa kapiler adalah sudut kontak, yaitu sudut yang dibentuk oleh permukaan zat cair yang dekat dengan dinding. Sudut kontak ini timbul akibat gaya tarik-menarik antara zat yang sama (gaya kohesi) dan gaya tarik-menarik antara molekul zat yang berbeda (adesi). C. Alat dan Bahan Alat Tensiometer Du Nouy Cincin Platina Termometer 100 ℃
Bahan Aquadest Larutan Alkohol Larutan NaCl
Gelas Kimia 50 mL Gelas Ukur 50 mL Cawan Petri D. Prosedur Percobaan 1. Digunakan pinset untuk memegang cincin (Jangan menjepit cincin pada bagian yang melingkar) 2. Dibersihkan cincin dengan mencelupkannya ke dalam alkohol
3. Dibakar sebentar dengan pembakar bunsen
4. Digantungkan cincin pada lengan torsi 5. Cairan yang hendak ditentukan petri
(D
± 4,5 cm )
dan
γ −nya
ditempatkan dalam cawan
diletakkan
diatas
penyangga
cuplikan.Penyangga ini harus pada kedudukan sedemikian rupa sehingga kalau diturunkan cincin Pt dapat mencapai permukaan cairan
6. Dinaikkan penyangga cuplikan sampai cincin tercelup sedalam ± 0,5 cm dari permukaan
7. Diatur lengan torsi, sehingga lengan menunjuk angka (0) pada piringan skala. Cincin harus tetap tercelup di dalam cairan selama pengerjaan ini. 8. Diturunkan penyangga cuplikan perlahan-lahan sehingga cincin berada tepat pada permukaan cairan 9. Diputar lengan torsi perlahan-lahan sampai cincin terlepas dari permukaan cairan.
10. Dicatat besar sudut torsi ( ∅ ) E. DATA PENGAMATAN Keterangan
Besar Sudut Torsi
Rata-Rata ∅
Air Murni
Dua Cairan yang saling larut Komposisi 25% volume etanol
Komposisi 50% volume etanol
Komposisi 75% volume etanol
Sistem padat-cair (Lar. NaCl) Larutan NaCl 1 M
Larutan NaCl 0,5 M
Larutan NaCl 0,25 M
Larutan NaCl 0,1 M
∅
∅
∅
(1) 74,5
(2) 75,9
(3) 75,1
°
°
°
43,6
43,0
45,1
°
°
°
33,2
32,3
32,2
°
°
°
28,5
25,9
26,3
°
°
°
50,4
55,2
59,7
°
°
°
73 °
74,3
73,2
°
°
75,3
73,5
72,7
°
°
°
70 °
73,1
72,1
°
°
75,2 °
43,9 °
32,6 °
26,9 °
55,1 °
73,5 °
73,8 °
71,7 °
F. Analisis Data Pada percobaan ini bertujuan untuk menentukan tegangan permukaan cairan tunggal dan atau larutan dengan menggunakan alat Tensiometer Du Nouy. Cairan tunggal yang diukur yakni aquades sebagai cairan murninya. Larutan kedua berupa campuran dua cairan yang saling larut (etanol dan air) sebanyak 50 mL pada komposisi etanol yang berbeda, yakni etanol 25%; 50% ; dan 75%. Dan larutan ketiga berupa campuran padat-cair yang membentuk larutan homogen dengan konsentrasi yang berbeda (larutan NaCl 1 M; 0,5 M; 0,25 M; 0,1 M).. Berikut adalah perhitungan tegangan permukaan cairan tunggal dan atau larutan pada percobaan diatas Tegangan permukaan diperoleh melalui Persamaan sebagai berikut γ ∅ = γ 0 ∅0 Dimana; γ
= tegangan pemukaan cairan
γ0
= tegangan permukaan air
∅
= besar sudut putar cairan
∅0
= besar sudut putar murni
1. Diketahui
γ 0=7,28 ×10−4 ∅0=75,2
2. a. Tegangan Permukaan Komposisi 25% volume etanol ∅ γ= × γ0 ∅0 43,9 ° −4 ×7,28 ×10 N /m 75,2 °
γ=
γ =4,25× 10−4 N /m
b. Tegangan Permukaan Komposisi 50% volume etanol ∅ γ= × γ0 ∅0
γ=
32,6 ° ×7,28 ×10−4 N /m 75,2°
−4
γ =3,15 ×10
N/m
c. Tegangan Permukaan Komposisi 75% volume etanol ∅ γ= × γ0 ∅0 26,9° ×7,28 ×10−4 N /m 75,2°
γ=
γ =2,60 ×10−4 N/m
3. a. Tegangan permukaan Larutan NaCl 1 M ∅ γ= × γ0 ∅0 55,1° × 7,28× 10−4 N /m 75,2°
γ=
γ =5,33 ×10−4 N/m
b. Tegangan Permukaan Larutan NaCl 0,5 M ∅ γ= × γ0 ∅0 73,5° ×7,28 ×10−4 N /m 75,2°
γ=
γ =7,11 ×10−4 N /m
c. Tegangan Permukaan Larutan NaCl 0,25 M ∅ γ= × γ0 ∅0 73,8° −4 ×7,28 ×10 N /m 75,2°
γ=
γ =7,14 × 10−4 N /m
d. Tegangan Permukaan 0,1 M ∅ γ= × γ0 ∅0 71,7 ° N ×7,28 ×10−4 75,2° m
γ=
γ =6,94 × 10 N /m
−4
G. Pembahasan Penentuan tegangan permukaan ini dilakukan menggunakan metode cincin Du Nouy dengan cara mencelupkan cincin Pt ke dalam
cairan. Kemudian penentuan didasarkan atas gaya yang diperlukan untuk menarik cincin Pt tersebut ke permukaan cairan. Pada percobaan diperoleh Besar sudut torsi komposisi 25% volume etanol sebaesar 43,9 ° , komposisi 50% volume etanol sebesar 32,6 °
dan komposisi 75%
volume etanol sebesar 26,9 ° . Dari data tersebut dapat diketahui bahwa semakin bertambahnya komposisi etanol dalam campuran maka skala sudut torsi yang terbaca juga semakin kecil. Semakin kecil skala yang terbaca pada alat maka semakin kecil pula gaya yang dibutuhkan untuk melepaskan cincin yang tercelup kedalam zat cair. Begitu pula dengan larutan NaCl, semakin bertambahnya konsentrasi NaCl maka besar sudut torsi yang terbaca pada skala alat tensiometer juga semakin kecil. Pada percobaan pengkuran dengan larutan NaCl didapat besar sudut torsi Larutan NaCl 1 M sebesar 55,1 ° , Larutan NaCl 0,5 M sebesar 73,5 ° , Larutan NaCl 0,25 M sebesar 73,8 °
dan Larutan NaCl 0,1 M sebesar
71,7 ° . Namun pada percobaan ini terjadi kesalahan saat pengukuran sudut torsi pada larutan NaCl 0,1 M. Kesalahan percobaan disebabkan karena pembacaam skala yang kurang teliti dan cincin kurang tepat berada pada permukaan cairan NaCl. Setelah didapat data sudut torsi pada percobaan, selanjutnya data tersebut digunakan untuk menghitung tegangan permukaan Cairan tunggal dan atau larutan dengan persamaan sebagai berikut γ ∅ = γ 0 ∅0 Pada persamaan diatas,
∅ dalam hal ini sebanding dengan nilai
tegangan permukaan aquades yaitu 7,28
×10−4
N/m, dimana tegangan
permukaan cairan murni lebih besar daripada larutan karena faktor dari adanya zat terlarut. Dapat diketahui bahwa nilai dari tegangan permukaan
antar muka larutan 50 mL etanol dalam aquades yang telah dilakukan diperoleh tegangan permukaan komposisi 25% volume etanol sebesar −4
γ =4,25× 10 N /m , komposisi 50% etanol sebesar
γ =3,15 ×10
−4
−4
γ =2,60 ×10 N /m . Faktor yang
N/m dan 75% etanol sebesar
mempengaruhi tegangan permukaan pada percobaan menggunakan larutan 50 mL etanol dalam aquades dengan komposisi etanol 25%, 50% dan 75% adalah berdasarkan adanya zat terlarut. Dari perhitungan dapat dilihat bahwa semakin besar komposisi etanol (konsentrasi kecil) dalam aquades maka nilai tegangan permukaan semakin kecil. Hal itu dikarenakan semakin banyaknya zat terlarut dalam campurannya sehingga menurunkan tegangan permukaan cairan karena memiliki konsentrasi dipermukaan yang lebih besar dibandingkan dibawah. Selanjutnya tegangan permukaan dari campuran (padat-cair yang membentuk larutan homogen) yakni
larutan NaCl 1 M sebesar
γ =5,33 ×10−4 N/m,
Larutan
NaCl
0,5
M
sebesar
γ =7,11 ×10−4 N /m ,
Larutan
NaCl
0,25
M
sebesar
γ =7,14 × 10−4 N /m
dan
Larutan
NaCl
0,1
M
sebesar
γ =6,94 × 10−4 N /m . Dapat diketahui bahwa faktor-faktor yang mempengaruhi tegangan permukaan antara lain; suhu, tekanan dan konsentrasi zat terlarut.
Pada percobaan menggunakan larutan NaCl
(larutan elektrolit) dengan berbagai konsentrasi diperoleh hasil bahwa semakin kecil konsentrasi suatu larutan NaCl maka tegangan permukaan semakin naik. Hal ini terdapat ketidaksesuaian pada teori yang seharusnya tegangan permukaan menurun seiring dengan menurunnya konsentrasi karena solute yang penambahnnya ke dalam larutan dapat menaikkan tegangan muka mempunyai konsentrasi dipermukaan yang lebih kecil daripada dalam larutan sedangkan pada percobaan tegangan permukaan
naik seiring dengan menurunnya konsentrasi dan turun kembali saat konsentrasi 0,25 M ke 0,1 M. Kesalahan saat percobaan disebabkan oleh berbagai hal, antara lain kurang telitinya saat pembacaan skala sudut torsi dan kurang tepatnya penempatan cincin saat berada dipermukaan. H. Kesimpulan 1. Tegangan permukaan cairan murni lebih besar daripada tegangan permukaan pada larutan karena adanya zat terlarut 2. Tegangan permukaan yang diperoleh pada komposisi 25% volume etanol, komposisi 50% etanol, dan komposisi 75% etanol berturutturut yaitu
−4
−4
γ =4,25× 10 N /m ,
γ =3,15 ×10 N /m
dan
−4
γ =2,60 ×10 N /m . Semakin tinggi komposisi etanol dalam aquades maka maka tegangan permukaan akan semakin kecil 3. Tegangan permukaan yang diperoleh pada larutan NaCl 1 M sebesar
−4
γ =5,33 ×10 N /m , Larutan NaCl 0,5 M sebesar −4
γ =7,11 ×10 N /m , γ =7,14 × 10−4 N /m
Larutan dan
NaCl
Larutan
0,25
NaCl 0,1
M M
sebesar sebesar
γ =6,94 × 10−4 N /m . Terdapat kesalahan saat percobaan yang seharusnya semakin kecil konsentrasi maka tegangan permukaan akan semakin kecil. I. Jawaban Pertanyaan 1. Karena harga γi merupakan niai rata-rata (pertengahan) antara nilai C cairan-cairan murninya yang menyusun larutan C yang dihitung . 2. Cara lain untuk menentukan tegangan permukaan cairan dengan prinsip yang sama seperti cara cincin Du Nouy yaitu dengan cara kenaikan kapiler. Tegangan permukaan diukur dengan melihat ketinggian air atau cairan yang naik melalui suatu kapiler. Metode kenaikan kapiler hanya dapat digunakan untuk mengukur tegangan permukaan, tidak bisa untuk mengukur tegangan antar muka. Bila cairan yang membasahi gelas diberi pipa kapiler dari gelas maka
permukaan cairan akan naik. Kenaikan cairan ini disebabkan oleh adanya tegangan permukaan cairan. 3. Pengaruh suhu pada tegangan permukaan menyebabkan tegangan permukaan menurun dengan meningkatnya suhu, karena meningkatnya energi kinetik molekul. DAFTAR PUSTAKA Atkins, Peter dan Julio De Paula.2010.Physical Chemistry 9thedition.New York: W. H. Freeman and Company Sumari, Nazriati, Muhadi.2016.PetunjukPraktikumKimiaFisikaII.Malang:Kimia FMIPA Universitas Negeri Malang Oktaviani. Juni 2015. Tegangan permukaan Cincin Du Nouy (Online), (http://dokumen.tips/Laporan G-3 Tegangan Permukaan Cairan Cara Cincin Du Nuoy Versi Jurnal Internasional - Documents.htm), diakses tanggal 5 September 2016.
