LAPORAN AKHIR PRAKTIKUM FARMASI FISIKA II TEGANGAN PERMUKAAN
NAMA
: NITA SARI
NPM
: 260110140044 260110140044
HARI/TANGGAL PRAKTIKUM
: SELASA , 21 APRIL 2015
ASISTEN
: 1. IMAM HAFIZ RAHAYUDA 2. KHOIRUNNISA ALFITRIA
LABORATORIUM FARMASI FISIKA II FAKULTAS FARMASI UNIVERSITAS PADJADJARAN JATINANGOR 2015
ABSTRAK
Tegangan permukaan adalah gaya yang diperlukan untuk menarik atau memperluas permukaan sebesar satu satuan luas. 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. Apabila dua cairan bercampur dengan sempurna, tegangan permukaan tidak akan terjadi. Surfaktan adalah zat yang dapat menurunkan tegangan pemukaan, sehingga penambahan surfaktan pada suatu zat dapat menurunkan tegangan permukaannya. Pada percobaan dilakukan uji tegangan permukaan dengan sampel olive oil dan penambahan surfkatan dengan berbagai variasi volume. Surfaktan yang digunakan adalah tween 80 . Dari percobaan dapat disimpulkan bahwa alat penentu tegangan permukaan dapat ditentukan dengan mengkalibrasi dengan menentukan titik nolnya, tegangan permukaan dapat ditentukan dengan metode lempengan wilhelmy, tegangan permukaan dapat ditentukan dengan menggunakan perbandingan antara gaya dengan dua kali luas pelat kaca. Penambahan surfaktan dapat menurunkan tegangan permukaan. Kata kunci : Tegangan permukaan, kohesi, surfaktan,
metode lempengan wilhelmy,
ABSTRACT
Surface tension is the force required to pull or expand the surface by one unit area. Surface tension occurs because the surface of the liquid tends to stiffen, so the surface looks like a thin membrane. This is influenced by the force of cohesive force between water molecules. If the two liquids mix perfectly, surface tension will not occur. Surfactants are substances that can lower the surface tension, so that the addition of surfactant to a substance can reduce the surface tension. In experiments conducted by the surface tension of the test sample olive oil and the addition of surfactant to the volume variations. The surfactant used is tween 80. From the experiments it can be concluded that the decisive tool surface tension can be determined by calibrating to determine the null point, the surface tension can be determined by the Wilhelmy plate method, the surface tension can be determined by using a comparison between the styles with twice the size of the glass plates. The addition of surfactant can lower the surface tension. Keywords: surface tension, cohesive force, Wilhelmy plate method, surfactants.
TEGANGAN PERMUKAAN
I.
TUJUAN 1. Mengkalibrasi alat penentu tegangan permukaan 2. Menentukan tegangan permukaan 3. Menghitung tegangan permukaan dengan menggunakan alat tegangan permukaan.
II.
PRINSIP 1. Tegangan Permukaan Tegangan permukaan adalah jumlah energi yang dibutuhkan untuk menarik atau memperluas permukaan sebesar satu satuan luas (Chang,2005). Rumus tegangan permukaan: ɣ =
keterangan :
ɣ =
tegangan permukaan ( N/m atau dyne/cm)
d = panjang permukaan ( m atau cm) ( Kamajaya,2007). 2. Adhesi dan Kohesi
Adhesi didefinisikan sebagai sebagai gaya tarik menarik antar partikel yang berbeda jenis. Kohesi didefinisikan sebagai gaya tarik menarik antar partikel sejenis (Febriyani,2014). 3. Konsentrasi Misel Kritis
Misel adalah kumpulan molekul berukuran koloid, walaupun tidak ada tetesan lemak. Misel hanya terbentuk diatas konsentrasi misel kritis (CMC) dan di atas temperatur kraft (Atkins, 1997).
III.
REAKSI -
IV.
TEORI DASAR
Tegangan permukaan adalah gaya persatuan panjang yang terdapat pada antar muka dua fase cair yang tidak tercampur dan selalu lebih kecil daripada tegangan permukaan karena gaya adesif antara dua fase cair yang membentuk suatu antar muka adalah lebih besar daripada bila suatu fase cair dan suatu fase gas berada bersama sama (Martin, 2008). Gaya tarik molekul molekul dalam cairan sama ke segala arah. Tetapi molekul molekul pada permukaan lebih menarik ke dalam cairan. Hal ini dikarenakan jumlah molekul molekul dalam fase uap lebih kecil daripada fase cair yang ada gelembung gas berbentuk bulat yang menyebabkan memiliki luas permukaan terkecil (Sukardjo, 2002). Molekul biasanya saling tarik-menarik. Dibagian dalam cairan, setiap molekul cairan dikelilingi oleh molekul-molekul cairan di samping dan di bawah. Di bagian atas tidak ada molekul cairan lainnya karena molekul cairan tarik-menarik satu dengan yang lainnya, maka terdapat gaya total yang besarnya nol pada molekul yang berada di bagian dalam caian. Sebaliknya molekul cairan yang terletak di permukaan di tarik oleh molekul cairan yang berada di samping dan bawahnya. Akibatnya, pada permukaan cairan terdapat gaya total yang berarah ke bawah karena adanya gaya total yang arahnya ke bawah, maka cairan yang terletak di permukaan cenderung memperkecil luas permukaannya dengan menyusut sekuat mungkin. Hal ini yang menyebabkan lapisan cairan pada permukaan seolah-olah tertutup oleh selaput elastis yang tipis (Anief, 1993).
Tegangan dalam permukaan ini adalah gaya per satuan panjang yang harus sejajar pada permukaan untuk mengimbangi tarikan ke dalam . Tegangan permukaan mempunyai satuan dyne/cm , dalam sistem cgs ( Martin,1990). Tegangan antar muka adalah gaya per satuan panjang yang terjadi pada antar muka antara fase cair yang tidak dapat tercampur. Seperti tegangan muka, satuannya adalah dyne/cm. Tegangan antar muka selalu lebih kecil dari tegangan muka, sebab gaya adesi antara dua fase cair yang membentuk antar muka lebih besar dari gaya adesi antara fase cair dan fase gas yang membentuk antar muka. Dengan demikian, jika dua macam zat cair dapat campur sempurna, maka tidak akan ada tegangan antar muka diantara mereka( Moechtar,1990). Bila dua cairan bercampur dengan sempurna tidak ada tegangan antar muka yang terjadi (Atkins, 1999). 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 nonadesiv 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 tarikmenarik antara molekul zat yang berbeda (adesi) ( Ansel, 1985) . Istilah permukaan biasanya dipakai bila membicarakan suatu antarmuka gas/cair. Walaupun istilah ini akan dipakai dalam penentuan tegangan permukaan. Karena setiap artikel zat, apabila itu
bakteri, sel, koloid, granul atau manusia, mepunyai suatu antarmuka pada batas sekelilingnya, maka pada topik ini memang penting. Tegangan permukaan adalah gaya persatuan panjang yang terdapat antarmuka dua fase cair yang tidak bercampur, sedangkan tegangan permukaan adalah gaya persatuan panjang bias juga digambarkan dengan suatu rangka kawat tiga sisi dimana suatu bidang datar bergerak diletakkan (Martin, 1990). Molekul-molekul zat aktif permukaan (surfaktan) mempunyai gugus polar dan non polar. Bila suatu zat surfaktan didispersikan dalam air pada konsentrasi yang rendah, maka molekul-molekul surfaktan akan terabsorbsi pada permukaan membentuk suatu lapisan monomolekuler. Bagian gugus polar akan mengarah ke udara. Hal ini mengakibatkan turunnya tegangan permukaan air. Pada konsentrasi yang lebih tinggi nolekul-molekul surfaktan masuk ke dalam air membentuk agregat yang dikenal sebagai misel. Konsentrasi pada saat misel ini mulai terbentuk disebut konsentrasi misel kritik (KMK). Pada saat KMK ini dicapai maka tegangan permukaan zat cair tidak banyak lagi dipengaruhi oleh perubahan konsentrasi misel kritik suatu surfaktan dapat ditentukan dengan metode tegangan permukaan (Kosman, 2006). Pengukuran tegangan permukaan dan tegangan antar muka ada beberapa metode (cara) yang ada untuk mendapatkan tegangan permukaan dan antar muka yaitu metode kenaikan dan Du Noy Ring ( Ginting, 2002).
V.
ALAT DAN BAHAN 5.1 Alat
5.2 Bahan
a. alat pengukur tegangan
a. Minyak jarak
permukaan
( oleum ricini)
b. cawan petri
b. Minyak wijen ( oleum sesami)
c. gelas beaker
c. Natrium lauril sulfat d. oleum olivarum ( olive oil) e. tween 80
VI.
PROSEDUR
Percobaan dimulai dengan mengkalibrasi alat penentu tegangan permukaan . Titik nol ditentukan untuk mengkalibrasi alat penentu tegangan permukaan. Penentuan tegangan permukaan. Zat cair uji dituangkan ke wadah yang cocok ( cawan petri atau beaker glass). Bagian kaca dicelupkan tepat pada permukaan cairan. Beban diberikan hingga kawat atau pelat kaca lepas dari permukaan. Perhitungan tegangan permukaan. Tegangan permukaan dapat dihitung dengan kawat menggunakan rumus ɣ = kaca dengan rumus ɣ =
.
. Atau dengan pelat
VII.
HASIL PENGAMATAN
a. Tabel pengamatan NO Bahan Uji
Surfaktan (ml)
Bobot Beban ( mg)
1
20 ml
0 ml
4 mg
2
20 ml
0 ml
5,3 mg
3.
20 ml
0 ml
5,1 mg
1.
19,9 ml
0,1 ml
4,5 mg
2.
19,9 ml
0,1 ml
5 mg
3.
19,9 ml
0,1 ml
4,6 mg
1.
19,7 ml
0,3 ml
4,9 mg
2.
19,7 ml
0,3 ml
4 mg
3.
19,7 ml
0,3 ml
4 mg
1.
19,5 ml
0,5 ml
4,3 mg
2.
19,5 ml
0,5 ml
3,9 mg
3.
19,5 ml
0,5 ml
3,6 mg
1.
19,2 ml
0,8 ml
4 mg
2.
19,2 ml
0,8 ml
3,9 mg
3.
19,2 ml
0,8 ml
4,5 mg
1.
19 ml
1 ml
4,2 mg
2.
19 ml
1 ml
4,3 mg
3.
19 ml
1 ml
4,5 mg
Panjang kaca = 4,16 cm Tebal kaca = 0,50 cm
Rata Rata ( g)
ɣ (
dyne/cm)
0,0048 g
0,505
0,0047 g
0,494
0,0043 g
0,452
0,0039 g
0,410
0,0041 g
0,431
0,0043 g
0,452
b. Perhitungan ɣ =
1.
ɣ =
2.
ɣ =
3.
ɣ =
4.
ɣ =
5.
ɣ =
6.
ɣ =
= 0,505 dyne/cm
= 0,494 dyne/cm
= 0,452 dyne/cm
= 0,410 dyne/cm
= 0,431 dyne/cm
= 0,452 dyne/cm
c. Grafik GRAFIK TEGANGAN PERMUKAAN DENGAN VOLUME SURFAKTAN ) 0,6 m c / 0,5 e n y d ( 0,4 n a a k 0,3 u m r 0,2 e p n 0,1 a g n a 0 g e t
0
0,1
0,3
0,5
volume surfaktan (ml)
0,8
1
VIII.
PEMBAHASAN Pada percobaan kali ini dilakukan penentuan tegangan permukaan dengan menggunakan metode wilhelmy. Metode ini menggunakan pelat kaca untuk menentukan tegangan permukaannya. Percobaan dilakukan untuk menentukan tegangan permukaan pada sampel olive oil. Sampel juga ditambahkan surfaktan dengan berbagai variasi volume surfaktan. Surfaktan yang digunakan adalah tween 80. Alat penentu tegangan permukaan sebelumnya dilakukan kalibrasi dengan menentukan titk nol dari alat penentu tegangan permukaan. Kalibrasi ini bertujuan agar alat yang digunakan benar benar telah akurat telah menunjukkan titik nol sehingga mempermudah dalam pengamatan. Percobaan tegangan permukaan menggunakan sampel olive oil. Selain olive oil juga dapat menggunakan oleum ricini,oleum sesami,parafin cair. Dan surfaktan yang digunakan adalah tween 80. Surfaktan adalah zat yang dapat menurunkan tegangan permukaan. Selain tween 80 juga terdapat surfaktan lain yaitu natrium lauril sulfat. Surfaktan menurunkan tegangan permukaan air dengan mematahkan ikatan-ikatan hidrogen pada permukaan. Hal ini dilakukan dengan menaruh kepala-kepala hidrofiliknya pada permukaan air dengan ekorekor hidrofobiknya terentang menjauhi permukaan air. Sabun dapat membentuk misel (micelles), suatu molekul sabun mengandung suatu rantai hidrokarbon panjang plus ujung ion. Bagian hidrokarbon dari molekul sabun bersifat hidrofobik dan larut dalam zat-zat non polar, sedangkan ujung ion bersifat hidrofilik dan larut dalam air. Karena adanya rantai hidrokarbon, sebuah molekul sabun secara keseluruhan tidaklah benar-benar larut dalam air, tetapi dengan mudah akan tersuspensi di dalam air.
Cara kerja dari surfaktan sangatlah unik karena bagian yang hidrofilik akan masukkedalam larutan yang polar dan bagian yang hidrofilik akan masuk kedalam bagian yang non polar sehingga surfaktan dapat menggabungkan (walaupun sebenarnya tidak bergabun g )kedua senyawa yang seharusnya tidak dapat bergabung tersebut. Namun semua tergantung pada komposisi dari komposisi surfaktan tersebut. Jika bagian hidrofilik lebih dominandari hidrofobik maka ia akan
melarut
kedalam
air,
sedangkan
jika
ia
lebih
banyak
bagianhidrofobiknya maka ia akan melarutdalam lemak dan keduanya tidak
dapat
surfaktan
berfungsi adalah
sebagaisurfaktan.Bagian bagian
nonpolar,
liofilik
molekul
biasanya
terdiri
dari persenyawaanhidrokarbon aromatik atau kombinasinya, baik jenu h maupun tidak jenuh.Bagian dari molekul,
seperti
hidrofilik
gugusan
merupakan
sulfonat,
bagian
polar
karboksilat,ammonium
kuartener, hidroksil, amina bebas, eter, ester, amida. Biasanya, perbandingan bagian hidrofilik dan liofilik dapat diberi angka yang di sebut keseimbangan Hidrofilik dan Liofilik yang disingkat KHL, dari surfaktan. Dari data pengamatan diketahui bahwa 20 ml olive oil tanpa penambahan surfaktan memiliki tegangan permukaan sebesar 0,505 dyne/cm. Penambahan surfaktan sebanyak 0,1 ml dalam olive oil sebanyak 19,9 ml memiliki tegangan permukaan sebesar 0,494 dyne/cm. Penambahan surfaktan pertama ini menyebabkan penurunan tegangan permukaan. Penambahan surfaktan sebanyak 0,3 ml dalam olive oil 19,7 ml memiliki tegangan permukaan sebesar 0,452 dyne/cm. Dari data ini juga tegangan permukaan mengalami penurunan dari penambahan surfaktan yang pertama. Penambahan surfaktan sebanyak 0,5 ml dalam olive oil sebanyak 19,5 ml memiliki tegangan permukaan sebesar 0,410 dyne/cm. Dari data tersebut tegangan permukaan mengalami penurunan dari semula dan bila
dibandingkan dengan penambahan surfaktan yang kedua. Penambahan surfaktan sebanyak 0,8 ml dalam olive oil sebanyak 19,2 ml memiliki tegangan permukaan sebesar 0,431dyne/cm. Dari data tersebut tegangan permukaan mengalami kenaikkan bila dibandingkan dengan penambahan surfaktan sebelumnya. Penambahan surfaktan sebanyak 1 ml dalam 19 ml olive oil memiliki tegangan permukaan sebanyak 0,452 dyne/cm. Dari data tersebut tegangan mengalami kenaikkan bila dibandingkan dengan penambahan surfaktan sebelumnya. Dari data pengamatan, dihasilkan grafik tegangan permukaan dengan volume surfaktan seperti pada data pengamatan. Grafik yang dihasilkan seharusnya menurun seiring dengan penambahan surfaktan. Grafik
yang
menurun
seharusnya
dihasilkan
karena
tegangan
permukaan akan menurun ketika dilakukan penambahan pada volume surfaktan. Namun dalam percobaan terdapat sampel yang justru meningkat tegangan permukaanya. Hal ini dapat dikarenakan penambahan surfaktan yang kurang tepat seperti data yang seharusnya. Misalkan saja pada data ke lima yang seharusnya penambahan surfaktan 0,5 ml namun tegangan permukaan justru naik dibanding penambahan surfaktan sebelumnya. Hal ini dikarenakan volume surfaktan tersebut tidak tepat 0,5 ml atau kurang dari 0,3 ml sehingga tegangan permukaan mengalami kenaikkan dibanding sebelumnya. Volume yang hilang ini terjadi karena surfaktan masih tersisa pada gelas ukur sehingga volumenya berkurang. Variasi volume surfaktan pada percobaan bertujuan untuk mengetahui jumlah volume maksimal surfaktan yang diberikan sehingga dapat memepengaruhi tegangan permukaan. Dengan kata lain untuk mengetahui pada volume berapakah ketika terbentuk kmk atau konsentrasi mise kritis dimana penambahan surfaktan sebanyak apapun tidak akan memberikan pengaruh pada tegangan permukaan.
Pada suatu permukaan cairan, untuk menambah luas permukaan caira, diperlukan kerja untuk membawa molekul molekul bagian dalam dan melawan gay tariknya. Semakin besar luas permukaannya maka semakin besar pula energi permukaan . Manfaat tegangan permukaan dalam bidang farmasi yaitu dalam mempengaruhi penyerapan obat pada bahan pembantu padat pada sediaan
obat, penetrasi
molekul
melalui
membrane
biologis, pembentukan dan kestabilan emulsi dan dispersi partikel tidak
larut
dalam
media
cair
untuk
membentuk
sediaan
suspensi. Tegangan muka ini dalam farmasi adalah faktor yang mempengaruhi adsorbsi obat dalam bentuk sediaan padat, penetrasi molekul melalui membrane biologi, penting pada sediaan emulsi dan stabilitasnya.
IX.
SIMPULAN
1. Alat
penentu
tegangan
permukaan
dapat
ditentukan
dengan
menentukan titik nolnya. 2. Tegangan permukaan dapat ditentukan dengan metode lempengan
Wilhelmy 3. Tegangan permukaan dapat dihitung dengan rumus
ɣ
=
DAFTAR PUSTAKA
Anief, Moh.1993. Ilmu Meracik Obat . Yogyakarta :UGM Press. Ansel, Howard C. 1985 . Pengantar Bentuk Sediaan Farmasi. Jakarta : UI Press. Atkins, P. W. 1999. Kimia Fisika. Jakarta : Erlangga. Chang, Raymond. 2005. Kimia Dasar . Jakarta : Erlangga. Febriyani, Eka. 2014. Adhesi Kohesi. Avaible online at http://www.informasipendidikan.com/2014/12/kohesi-dan-adhesi.html?m=1 [ 18 April 2015]. Giancolli, Douglas. 2001. Fisika jilid 1. Jakarta : Erlangga. Ginting, H dan Metti H. 2002. Tegangan Permukaan Cairan dengan Metode Dropout dan Metode Buble. Avaible online at http://library.usu.ac.id/download/ft/kimia-Hendia.3.pdf [ 19 April 2015].
Kamajaya. 2007. Cerdas Belajar Fisika. Jakarta : Grafindo. Kosman, R. dkk. 2006. Bahan Ajar Farmasi Fisika . Makassar : Universitas Muslim Indonesia. Martin, A.S. dan Arthur C . 1990. Farmasi Fisik . Jakarta : UI Press. Moechtar. 1990. Farmasi Fisik . Yogyakarta : Universitas Gadjah Mada Press. Sukardjo. 2002. Kimia Fisika. Yogyakarta : Rineka Cipta.
