VISKOSITAS DAN TEGANGAN MUKA BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Dalam setiap fluida, baik gas maupuncairan, masing-masing memiliki suatu sifat yang dikenal dengan sebutan viskositas. Viskositas dapat disebut juga sebagai kekentalan. Viskositas dibagi menjadi viskositas dinamis dan viskositas kinematis. Ada beberapa cara dalam perhitungan viskositas suatu larutan, antara lain viskositas relatif, viskositas spesifik, viskositas inheren, dan viskositas intrinsik. Salah satu cara untuk menentukan viskositas cairan adalah dengan metode Ostwald dari
Poiseulle.
Metode
Ostwald
adalah
salah
satu
cara
untuk
menentukan
nilaiviskositasdimana prinsip kerjanya berdasarkan perbedaan suhu, jenis larutan, dan waktu yang dibutuhkan oleh sejumlah cairan untuk dapat mengalir melalui pipa kapiler dengan gaya yang disebabkan oleh berat cairan itu sendiri. Viskositas sendiri banyak digunakan dalam dunia industri untuk mengetahui koefisien kekentalan zat cair. Dari perhitungan itu dapat dihitung berapa seharusnya kekentalan yang dapat digunakan dalam mengomposisikan zat fluida itu dalam sebuah larutan. Salah satu penerapannya yaitu pada industri oli. Oli memiliki kekentalan yang lebih besar b esar daripada zat cair lainnya. Dengan mengetahui komposisi dari oli tersebut, penerapan viskositas sangat berpengaruh dalam menjaga kekentalan oli agar a gar tetap terjaga selama proses p roses produksi. produ ksi. Oleh karena itu, percobaan tentang viskositas ini perlu dilakukan agar mahasiswa mampu memahami viskositas dan pengaruhnya serta dapat mengaplikasikannya dalam kehidupan sehari-hari.
1.2. Tujuan Praktikum
1. Menentukan viskositas dinamis Susu Kedelai dan Floridina 2. Membuat grafik antara % V vs ηx, ρxvsη vsηx, dan Tx vs ηx. 3. Menentukan hubungan antara viskositas dengan % volume, densitas larutan, dan waktu alir Susu Kedelai dan Floridina.
1.3. Manfaat Praktikum
1. Mahasiswa mampu menentukan viskositas dinamis Susu Kedelai dan Floridina 2. Mahasiswa mampu membuat grafik antara % V vs ηx, ρx vs ηx, dan Tx vs ηx. 3. Mahasiswa mampu menentukan hubungan antara viskositas dengan % volume, densitas larutan, dan waktu alir Susu Kedelai dan Floridina
VISKOSITAS DAN TEGANGAN MUKA BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Pengertian
Viskositas dapat dianggap sebagai suatu gesekan antara lapisan zat cair atau gas yang mengalir. Tiap molekul dalam cairan dianggap dalam kedudukan setimbang. Maka sebelum lapisan molekul dapat melewati lapisan molekul lainnya diperlukan suatu energi tertentu sehingga suatu lapisan zat cair dapat meluncur diatas lapisan lainnya. Karena adanya gaya gesekan antara lapisan zat cair, maka suatu zat akan bersifat menahan aliran. Besar kecilnya gaya gesekan tersebut tergantung dari sifat zat cair yang dikenal dengan nama viskositas. Dirumuskan;
Dengan: η
G A.dv d
= viskositas
G = gaya gesek A = luas permukaan zat cair dv = perbedaan kecepatan antara dua lapisan zat cair yang berjarak dy Jadi viskositas dapat didefinisikan sebagai gaya tiap satuan luas (dyne/cm3) yang diperlukan untuk mendapatkan beda kecepatan sebesar 1 cm/dt antara dua lapisan zat cair yang sejajar dan berjarak 1 cm. Dalam satuan cgs, viskositas sebesar 1 dyne dt cm-2 disebut 1 poise. Untuk kekentalan yang kecil dapat digunakan centipoise (10-2 poise).
2.2. Macam-Macam Viskositas
Ada dua macam viskositas, antara lain : 1. Viskositas Dinamis Adalah viskositas yang disebabkan apabila dua lapisan zat cair saling bergeseran sehingga besarnya gaya gesekan zat cair dinyatakan dengan banyaknya 1 gram zat cair yang mengalir sejauh 1 cm dt-1, satuannya dalam satuan SI adalah dyn.s/cm2 atau poise. 2. Viskositas Kinematis Adalah viskositas yang ditimbulkan bila dua zat cair saling bergesekan sehingga besarnya gaya gesekan zat cair dinyatakan dengan banyaknya zat cair yang mengalir per satuan luas tiap detik, satuannya adalah cm2dt-1 atau stokes. Satu stokes didefinisikan sebagai gaya sebesar 1 dyne yang diperlukan untuk mendapatkan sejumlah zat cair yang mengalir dalam penampang seluas 1 cm2 dalam satu detik.
VISKOSITAS DAN TEGANGAN MUKA Hubungan antara angka kental dinamis (ηd) dengan angka kental kinematis (ηk ) berdasarkan satuannya adalah: ηd = gr cm-1 det-1 ηk = cm2/dt jadi ηd/ ηk = gr/cm3 = ρ (densitas)
2.3. ViskositasSuatuLarutan
Dalam suatu larutan, η0 merupakan viskositas dari pelarut murni dan η merupakan viskositas dari larutan yang menggunakan pelarut tersebut. Ada beberapa cara untuk menghitung pengaruh penambahan zat terlarut terhadap viskositas larutan. Perhitungan viskositas suatu larutan sering dihubungkan dengan penentuan berat molekul suatu polimer yang terdapat dalam suatu pelarut. Beberapa perhitungan viskositas suatu larutan yang paling umum yaitu: 1. Viskositas Relatif Adalah rasio antara viskositas larutan dengan viskositas dari pelarut yang digunakan. Dinyatakan dengan rumus:
2. Viskositas Spesifik Adalah rasio antara perubahan viskositas yang terjadi setelah penambahan zat terlarut dengan viskositas pelarut murni. Dinyatakan dengan rumus:
3. Viskositas Inheren Adalah rasio antara logaritma natural dari viskositas relatif dengan konsentrasi dari zat terlarut (biasanya berupa polimer).Viskositas inheren dinyatakan dengan rumus:
4. Viskositas Intrinsik Adalah rasio antara viskositas spesifik dengan konsentrasi zat terlarut yang diekstrapolasi sampai konsentrasi mendekati nol (saat pengenceran tak terhingga). Viskositas intrinsik menunjukkan kemampuan suatu polimer dalam larutan untuk menambah viskositas larutan tersebut. Nilai viskositas dari suatu senyawa makromolekul di dalam larutan adalah salah satu cara yang paling banyak digunakan dalam karakterisasi senyawa tersebut.Secara umum, viskositas intrinsik dari makromolekul linear berkaitan dengan berat molekul atau derajat polimerisasinya. Viskositas intrinsik dinyatakan dengan rumus:
VISKOSITAS DAN TEGANGAN MUKA
2.4. Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Viskositas:
1.
Densitas Pengaruh densitas terhadap viskositas dapat dilihat dari rumus: X
. X X t
.
.t a
2.
a
Suhu Untuk gas, semakin besar suhu maka tekanan semakin besar. Akibatnya jarak antar molekul makin kecil dan gesekan antar molekul bertambah sehingga viskositas makin besar. Pada cairan, viskositas meningkat dengan naiknya tekanan dan menurun bila suhu meningkat.
3.
Tekanan Dari percobaan rontgen dan dilanjutkan oleh loney dan Dr.Ichman memperlihatkan bahwa untuk semua cairan, viskositas akan bertambah bila tekanan naik. Rumus:
η p = ηl + (1+αP)
dengan
η p =viskositas pada tekanan total P (kg/cm2) ηl = viskositas pada tekanan total i (kg/cm2) α = konstanta
4.
Gaya gesek Semakin besar gaya gesek antar lapisan maka viskositasnya semakin besar.
2.5. Cara-Cara PenentuanViskositas
1. Cara Ostwald DasarnyaadalahhukumPoiseuille II yang menyatakan bahwa volumen cairan yang mengalir dalam waktu t keluar dari pipa dengan radius R, panjang L dan beda tekanan P 4
dirumuskan sebagai:
V
R P L 8
Viskosimeter Ostwald terdiri dari dua labu pengukur dengan tanda s1 dan s2, pipa kapiler dan labu contoh. Dengan alat ini viskositas tidak diukur secara langsung tapi menggunakan cairan pembanding misalnya aquadest atau cairan lain yang Gambar2.1 :Viskosimeter Ostwald
telah diketahui viskositas dan densitasnya. Cairan dihisap melalui labu pengukur dari viskosimeter sampai permukaan
cairan lebih tinggi daripada batas ”s1”.Cairan kemudian dibiarkan turun. Ketika permukaan cairan turun melewati batas ”s2”, stopwatch dinyalakan dan ketika cairan
VISKOSITAS DAN TEGANGAN MUKA melewati batas ”s2”, stopwatch dimatikan. Jadi waktu yang diperlukan untuk melewati jarak antyara ”s1” dan ”s2” dapat ditentukan. Perlakuan yang sama juga dilakukan terhadap zat x yang akan dicari harga viskositasnya. 2. Cara Hoppler Dasarnya adalah hukum stokes yang menyatakan bahwa jika zat cair yang kental mengalir melalui bola yang diam dalam aliran laminer atau jika bola bergerak dalam zat cair yang kental yang berda dalam keadaan diam, maka akan terdapat gaya penghalang (gaya stokes) sebesar: f = 6ηπrv dengan :
f = frictional resistance η = viskositas r = jari-jari bola v = kecepatanyaitujarak yang ditempuh per satuanwaktu
2.6. Kegunaan Viskositas
Pada umumnya viskositas sering digunakan untuk menentukan jenis pompa.
VISKOSITAS DAN TEGANGAN MUKA BAB III METODE PRAKTIKUM
3.1. Bahan dan Alat yang digunakan
3.1.1. Bahan yang digunakan 1. Susu Kedelai 40% (350C, 450C, 550C, 650C) basis 100 ml 2. Floridina (35%V, 45%V, 55%V, 65%V) basis 100 ml 3. Aquadest 3.1.2. Alat yang digunakan 1. Viskosimeter Ostwald 2. Beaker glass 3. Picnometer 4. Corong 5. Stopwatch 6. Neraca analitik 7. Gelas ukur 8. Erlenmeyer
3.2.GambarAlat Utama
Data yang diperlukan
1.
Massa jenis larutan
2.
Waktu alir
3.3. Cara Kerja
1. Tentukan densitas sampel dengan menggunakan picnometer. 2. Tentukan batas atas ”s1” dan batas bawah ”s2” pada viskosimeter ostwald. 3. Isi viskosimeter ostwald dengan menggunakan 15 ml cairan pembanding (aquadest). 4. Hisap air (melalui selang karet) sampai permukaan cairan lebih tinggi dari batas atas ”s1” yang telah ditentukan. Kemudian biarkan cairan mengalir secara bebas. 5. Hidupkan stopwatch pada saat cairan tepat berada di garis batas atas ”s1” danmatikan stopwatch saat cairan tepat berada pada garis batas bawah ”s2”.
VISKOSITAS DAN TEGANGAN MUKA 6. Catat waktu yang diperlukan oleh cairan untuk mengalir dari batas atas ”s1” ke batas bawah ”s2”. 7. Ulangi langkah 1 s/d 6 untuk sampel yang akan dicari viskositasnya. 8. Tentukan harga viskositas dengan rumus X
. X X t
.a a t
.
VISKOSITAS DAN TEGANGAN MUKA
DAFTAR PUSTAKA
Badger, W.Z. and Bachero, J.F., ”Introduction to chemical Engineering”,International student edition, McGraw Hill Book Co.,Kogakusha,Tokyo. Chandler, David. 2012. Density vsConcentration.http://www.ehow.com/facts_5779387_ density-vs_-concentration.html. Diaksestanggal 8 April 2015 Daniels, F.,1961, “experimental physical Chemistry”,6th ed., McGraw Hill book., Kogakusha, Tokyo. Indian
Academy
of
Sciences.
“Chapter
6:
Viscosity”
www.ias.ac.in/initiat/sci_ed/resources/chemistry/Viscosity J.P.
Prismas,
Antonius,
dkk.
2012.
PengaruhKonsentrasidanViskositasLarutanPolistirenterhadapMorfologiPermukaand anKe tebalanLapisanZnPcpadaPermukaan http://physics.studentjournal.ub.ac.id/index.php/psj/article/download/142/77. Diaksestanggal8 April 2015
QCM .
VISKOSITAS DAN TEGANGAN MUKA BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Tegangan muka merupakan gaya atau tarikan yang arahnya ke dalam cairan yang menyebabkan permukaan zat cair tersebut berkontraksi. Tegangan permukaan suatu zat cair terjadi karena adanya resultan gaya tarik-menarik molekul yang berada di permukaan zat cair tersebut. Gaya tarik-menarik antar molekul dalam cairan bernilai sama ke segala arah, akan tetapi molekul-molekul pada permukaan cairan akan lebih tertarik ke dalam cairan. Hal inilah yang menyebabkan cairan akan cenderung mempunyai luas yang sekecil-kecilnya bila keadaan memungkinkan, sehingga tetesan zat cair akan cenderung berbentuk bulat. Dalam menentukan nilai tegangan muka suatu zat dapat menggunakan metode kenaikan pipa kapiler dan metode tetes. Penentuan tegangan muka dengan metode pipa kapileryaitu berdasarkan pada tinggi kenaikan cairan dalam pipa kapiler tersebut. Sedangkan penentuan tegangan muka dengan metode tetes yaitu berdasarkan pada jumlah tetesan dan volume tetesan yang didapat. Fenomena tegangan muka dapat diaplikasikan dalam berbagai industri, seperti dalam industri barang-barang ekstrak plastik untuk melepaskan hasil cetakan dari cetakannya. Selain itu masih banyak lagi aplikasi mengenai fenomena tegangan muka baik dalam bidang industri maupun dalam kehidupan sehari-hari. Maka dari itu, tegangan muka penting untuk dipelajari.
1.2. Tujuan Percobaan
1. Menentukan nilai tegangan muka berdasarkan metode kenaikan pipa kapiler dan metode tetes pada Sunlight dan Hydrococo. 2. Menentukan pengaruh %V terhadap tegangan muka pada Sunlight dan Hydrococo. 3. Mengetahui pengaruh tinggi, jumlah tetesan, dan volume tetesan terhadap tegangan muka.
1.3. Manfaat Percobaan
1. Mahasiswa mampu menentukan nilai tegangan muka berdasarkan metode kenaikan pipa kapiler dan metode tetes 2. Mahasiswa mampu menentukan pengaruh %V terhadap tegangan muka. 3. Mahasiswa mampu mengetahui pengaruh tinggi, jumlah tetesan, dan volume terhadap tegangan muka.
VISKOSITAS DAN TEGANGAN MUKA BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Pengertian
Molekul-molekul yang terletak didalam cairan dikelilingi oleh molekul-molekul lain sehingga mempunyai resultan gaya sama dengan nol. Sedangkan untuk molekul yang berada di permukaan cairan, gaya tarik ke bawah tidak diimbangi oleh gaya tarik ke atas. Akibat dari gaya tarik ke bawah ini, maka bila keadaan memungkinkan cairan akan cenderung mempunyai luas permukaan yang sekecil-kecilnya. Misalnya tetesan cairan akan berbentuk bola, karena untuk suatu volume tertentu bentuk bola akan mempunyai luas permukaan yang sekecil-kecilnya, maka ada tegangan pada permukaan cairan yang disebut tegangan permukaan. Sehingga tegangan permukaan dapat didefinisikan sebagai gaya yang bekerja sepanjang permukaan cairan dengan sudut yang tegak lurus pada garis yang panjangnya 1 cm yang mengarah ke dalam cairan.
3.2. Metode Penentuan Tegangan Muka
Ada beberapa metode yang dapat digunakan untuk mengukur tegangan muka, antara lain : 1. Metode Kenaikan Pipa Kapiler Berdasarkan rumus: γ = Dengan:
1
2
hρgr
γ = tegangan muka h = tinggi kenaikan zat cair ρ = densitas zat cair 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 mukan ya. 2. Metode Tetes Jika cairan tepat akan menetes maka gaya tegangnan permukaan sama dengan gaya yang disebabkan oleh gaya berat itu sendiri, maka: mg = 2πγr 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. ρ/n 3. Metode Cincin
VISKOSITAS DAN TEGANGAN MUKA 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 gaya sehingga cincin terangkat di permukaan cairan. 4. Metode Tekanan Maksimum Gelembung Dasarnya adalah bahwa tegangan muka sama dengan tegangan maksimum dikurangi gaya yang menekan gas keluar
2.3. Faktor-faktor yang mempengaruhi tegangan muka:
Beberapa faktor yang dapat mempengaruhi tegangan muka, antara lain : 1. Densitas 2. Konsentrasi 3. Suhu 4. Viskositas
2.4. Kegunaan Tegangan Muka
1. Mengetahui kelembaban tanah seperti yang ditunjukan tumbuhan dengan proses kapilaritas 2. Digunakan pada industri barang-barang ekstrak plastik untuk melepaskan hasil cetakan dari cetakannya 3. Mengetahui konsentrasi suatu larutan dengan membuat kurva kalibrasi γ vs konsentrasi
VISKOSITAS DAN TEGANGAN MUKA BAB III METODE PERCOBAAN
3.1. Bahan dan Alatyang digunakan
3.1.1. Bahan yang digunakan 1. Sunlight (5%V, 8%V, 11%V, 14%V) dengan basis 100 ml 2. Hydrococo (15%V, 8%V, 11%V, 14%V) dengan basis 100 ml 3. Aquade secukupnya. 3.1.2. Alat yang digunakan 1. Pipa Kapiler 2. Alat Metode Tetes 3. Picnometer 4. Corong 5. Beaker glass 6. Neraca analitik 7. Gelas ukur 8. Mistar 9. Erlenmeyer
3.2. Gambar Alat Utama
Keterangan:
1. Alat untuk metode tetes 2. Alat untuk metode pipa kapiler Data yang diperlukan:
- Densitas
- Jumlah tetesan
- Tinggi cairan
- Volume tetesan
3.3. Cara Kerja
3.3.1. Metode Kenaikan pipa kapiler 1. Tentukan densitas sampel dengan menggunakan picnometer. 2. Tuangkan 100 ml cairan pembanding (air) ke dalam beaker glass 100 ml.
VISKOSITAS DAN TEGANGAN MUKA 3. Masukan
pipa
kapiler
ke
dalam
beaker
glass,
biarkan
beberapa
saat
agaraquadestnaik ke pipa. 4. Setelah tinggi air konstan, tutup bagian atas dari pipa kapiler dengan ibu jari lalu angkat, kemudian ukur tingginya menggunakan mistar . 5. Ulangi langkah 1, 2 dan 3 untuk sampel yang akan dicari tegangan mukanya . 6. Hitung tegangan mukanya dengan rumus:
X
. X X h
.
. a a h
a
3.3.2. Metode Tetes A . Volume Konstan 1. Tentukan densitas sampel dengan menggunakan air sebagai cairan pembanding. 2. Isi alat metode tetes dengan menggunakan air sebanyak 15 ml sebagai cairan pembanding. 3. Buka kran dengan sudut tertentu dan tetap selama percobaan, biarkan air menetes sampai habis. 4. Hitung jumlah tetesan. 5. Lakukan langkah 1 s/d 4 untuk sampel yang akan dicari tegangan mukanya. 6. Hitung tegangan mukanya dengan rumus
.n X
X
a
. a
.n a
X
B. Tetes Konstan 1. Tentukan densitas sampel dengan menggunakan picnometer. 2. Isi alat metode tetes dengan menggunakan air sebagai cairan pembanding. 3. Buka kran dengan sudut tertentu dan tetap selam percobaan, biarkan air menetes sejumlah tetesan yang telah ditentukan (30 tetesan). 4. Hitung volume tetesan. 5. Lakukan langkah 1 s/d 4 untuk sampel yang akan dicari tegangan mukanya. 6. Hitung tegangan mukanya dengan rumus
.v X
X
X
.
.v a
a
VISKOSITAS DAN TEGANGAN MUKA DAFTAR PUSTAKA
Badger, W.Z. and Bachero, J.F., ”Introduction to chemical Engineering”,International student edition, McGraw Hill Book Co.,Kogakusha,Tokyo. Daniels, F.,1961, “experimental physical Chemistry”,6th ed., McGraw Hill book., Kogakusha, Tokyo.
