A. Judul Percobaan: Menentukan Kekentalan Relatif Zat Cair dengan Viskometer Ostwald B. Waktu Percobaan: Senin, 26 maret 2012
C. Tujuan Percobaan:
1. Melatih cara menggunakan viskometer Ostwald dengan benar 2. Menentukan sifat-sifat molekul
3. Menyelidiki angka kental relatif suatu zat cair dengan menggunakan air sebagai pembanding
D. Dasar Teori
Viskositas (kekentalan) berasal dari perkataan Viscous (Soedojo, 1986). Suatu bahan apabila dipanaskan sebelum menjadi cair terlebih dulu menjadi viscous yaitu menjadi lunak dan dapat mengalir pelan-pelan. Viskositas dapat dianggap sebagai gerakan di bagian dalam (internal) suatu fluida (Sears & Zemansky, 1982).
Viskositas diartikan sebagai resistensi atau ketidakmauan suatu bahan untuk mengalir yang disebabkan karena adanya gesekan atau perlawanan suatu bahan terhadap deformasi atau perubahan bentuk apabila bahan tersebut dikenai gaya tertentu (Kramer, 1996). Viskositas secara umum dapat juga diartikan sebagai suatu tendensi untuk melawan aliran cairan karena internal friction atau resistensi suatu bahan untuk mengalami deformasi bila bahan tersebut dikenai suatu gaya (Lewis, 1987).
Viskositas biasanya berhubungan dengan konsistensi yang keduanya merupakan sifat kenampakan (appearance property) yang berhubungan dengan indera perasa. Konsistensi dapat didefinisikan sebagai ketidakmauan suatu bahan untuk melawan perubahan bentuk (deformasi) bila suatu bahan mendapat gaya gesekan (sheering fore). Gesekan yang timbul sebagai hasil perubahan bentuk cairan yang disebabkan karena adanya resistensi yang berlawanan yang diberikan oleh cairan tersebut dinamakan gaya irisan (sheering stress). Jika tenaga diberikan pada suatu cairan, tenaga ini akan menyebabkan suatu bentuk atau deformasi. Perubahan bentuk ini disebut sebagai aliran (Lewis, 1987).
Lapisan fluida tipis ditempatkan di antara 2 pelat. Gaya adhesi bekerja antara pelat dan lapisan fluida yang nempel dengan pelat (molekul fluida dan molekul pelat saling tarik menarik). Sedangkan gaya kohesi bekerja di antara selaput fluida (molekul fluida saling tarik menarik).
Mula-mula pelat dan lapisan fluida diam (gambar 1). Setelah itu pelat yang ada di sebelah atas ditarik ke kanan (gambar 2). Pelat yang ada di sebelah bawah tidak ditarik (pelat sebelah bawah diam). Besar gaya tarik diatur sedemikian rupa sehingga pelat yang ada di sebelah atas bergeser ke kanan dengan laju tetap (v tetap). Karena ada gaya adhesi yang bekerja antara pinggir pelat dengan bagian fluida yang menempel dengan pelat, maka fluida yang ada di sebelah bawah pelat juga ikut bergeser ke kanan. Karena ada gaya kohesi antara molekul fluida, maka fluida yang bergeser ke kanan menarik yang ada di sebelah bawah. Sedangkan yang ada di sebelah bawah juga ikut bergeser ke kanan, begitu seterusnya.
Pelat yang ada di sebelah bawah diam, karena itu bagian fluida yang menempel dengan pelat tersebut juga ikut diam (ada gaya adhesi). Fluida yang menempel dengan pelat menahan fluida yang ada di sebelah atas. Fluida yang ada di sebelah atas juga menahan fluida yang ada di sebelah atas, demikian seterusnya.
Sebuah bola padat memiliki rapat massa ρb dan berjari-jari r dijatuhkan tanpa
kecepatan awal ke dalam fluida kental memiliki rapat massa ρf, di mana ρb > ρf Telah
diketahui bahwa bola mula-mula mendapat percepatan gravitasi, namun beberapa saat setelah bergerak cukup jauh bola akan bergerak dengan kecepatan konstan. Kecepatan yang tetap ini disebut kecepatan akhir VT atau kecepatan terminal yaitu pada saat gaya
berat bola sama dengan gaya apung ditambah gaya gesekan fluida. Gambar 3 menunjukkan sistem gaya yang bekerja pada bola kelereng yakni FA = gaya Archimedes,
FS = gaya Stokes, dan W= mg = gaya berat kelereng.
Gambar 3. Gaya yang Bekerja Pada Saat Bola
Dengan Kecepatan Tetap.
Jika saat kecepatan terminal telah tercapai, pada Gambar 1 berlaku prinsip Newton tentang GLB (gerak lurus beraturan), yaitu Persamaan (2).
FA + FS = W (2)
Jika ρb menyatakan rapat massa bola, ρf menyatakan rapat massa fluida, dan Vb
menyatakan volume bola, serta g gravitasi bumi, maka berlaku Persamaan (3) dan (4).
W = ρb.Vb.g (3)
FA = ρf .Vb.g (4)
Rapat massa bola ρb dan rapat massa fluida ρf dapat diukur dengan menggunakan
dengan mgu menyatakan massa gelas ukur, mf massa fluida, Vf volume fluida.
Dengan mensubstitusikan Persamaan (3) dan (4) ke dalam Persamaan (2) maka diperoleh Persamaan (7).
FS = Vbg (ρb - ρf) (7)
Dengan mensubstitusikan Persamaan (1) ke dalam Persamaan (7) diperoleh Persamaan (8).
Perubahan kecepatan lapisan fluida (v) dibagi jarak terjadinya perubahan (l) = v / l. v / l dikenal dengan julukan gradien kecepatan. Pelat yang berada di sebelah atas bisa bergerak karena ada gaya tarik (F). Untuk fluida tertentu, besarnya Gaya tarik yang dibutuhkan berbanding lurus dengan luas fluida yang menempel dengan pelat (A), laju fluida (v) dan berbanding terbalik dengan jarak l. Secara matematis, dapat ditulis sebagai berikut:
Keterangan :
Satuan Sistem Internasional (SI) untuk koofisien viskositas adalah Ns/m2 = Pa.s
(pascal sekon). Satuan CGS (centimeter gram sekon) untuk si koofisien viskositas adalah dyn.s/cm2 = poise (P). Viskositas juga sering dinyatakan dalam sentipoise (cP). 1
cP = 1/100 P. Satuan poise digunakan untuk mengenang seorang Ilmuwan Perancis, Jean Louis Marie Poiseuille.
Viskositas suatu bahan dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu (Bambang Kartika, 1990):
1. Suhu
Viskositas berbanding terbalik dengan suhu. Jika suhu naik maka viskositas akan turun, dan begitu pula sebaliknya. Hal ini disebabkan karena adanya gerakan partikel-partikel cairan yang semakin cepat apabila suhu ditingkatkan dan menurun kekentalannya.
2. Konsentrasi larutan
3. Berat molekul solute
Viskositas berbanding lurus dengan berat molekul solute, karena dengan adanya solute yang berat akan menghambat atau memberi beban yang berat pada cairan sehingga akan menaikkan viskositasnya.
4. Tekanan
Viskositas berbanding lurus dengan tekanan, karena semakin besar tekanannya, cairan akan semakin sulit mengalir akibat dari beban yang dikenakannya. Viskositas akan bernilai tetap pada tekanan 0-100 atm.
Pengukuran viskositas absolut secara langsung mendapat banyak kendala yang sukar diatasi. Viskositas relatif suatu cairan merupakan perbandingan viskositas cairan Absolut air pada suhu yang bersamaan. Hubungan ini dapat dinyatakan sebagai berikut:
2
Macam-macam Viskometer Dan Pengukuran Kekentalan
Cara menentukan viskositas suatu zat menggunakan alat yang dinamakan viskometer. Ada beberapa tipe viskometer yang biasa digunakan antara lain:
a. Viskometer kapiler / Ostwald
Viskositas dari cairan newton bisa ditentukan dengan mengukur waktu yang dibutuhkan bagi cairan tersebut untuk lewat antara 2 tanda ketika ia mengalir karena gravitasi melalui viskometer Ostwald. Waktu alir dari cairan yang diuji dibandingkan dengan waktu yang dibutuhkan bagi suatu zat yang viskositasnya sudah diketahui ( biasanya air ) untuk lewat 2 tanda tersebut ( Moechtar,1990 ). b. Viskometer Hoppler
Berdasrkan hukum Stokes pada kecepatan bola maksimum, terjadi keseimbangan sehingga gaya gesek = gaya berat – gaya archimides. Prinsip kerjanya adalah menggelindingkan bola ( yang terbuat dari kaca ) melalui tabung gelas yang hampir tikal berisi zat cair yang diselidiki. Kecepatan jatuhnya bola merupakan fungsi dari harga resiprok sampel ( Moechtar,1990 ).
c. Viskometer Cup dan Bob
konsentrasi. Penurunan konsentrasi ini menyebabkab bagian tengah zat yang ditekan keluar memadat. Hal ini disebt aliran sumbat ( Moechtar,1990 ).
d. Viskometer Cone dan Plate
Cara pemakaiannya adalah sampel ditempatkan ditengah-tengah papan, kemudian dinaikkan hingga posisi dibawah kerucut. Kerucut digerakkan oleh motor dengan bermacam kecapatan dan sampelnya digeser didalam ruang semit antara papan yang diam dan kemudian kerucut yang berputar ( Moechtar,1990 ).
Tabel viskositas berbagai macam fluida:
Fluida Temperatur (o C) Koofisien Viskositas
Air
0 1,8 x 10-3
20 1,0 x 10-3
60 0,65 x 10-3
100 0,3 x 10-3
Darah (keseluruhan) 37 4,0 x 10-3
Plasma darah 37 1,5 x 10-3
Ethyl alkohol 20 1,2 x 10-3
Oli mesin(SAE 10) 30 200 x 10-3
Gliserin
0 10.000 x 10-3
20 1500 x 10-3
60 81 x 10-3
Udara 20 0,018 x 10-3
Hidrogen 0 0,009 x 10-3
Uap air 100 0,013 x 10-3
E. Alat dan Bahan
Alat
Bahan
Aseton Aquades Larutan Gliserol 1 M Larutan Gliserol 0,75 M Larutan Gliserol 0,5 M Larutan Gliserol 0,25 M
F. Langkah Kerja
1. Menghitung densitas air dari tiap-tiap larutan gliserol berbagai konsentrasi dengan menggunakan piknometer
- dicuci dengan aseton
- dialiri dengan zat yang akan dicari viskositasnya
- dimasukkan 5 ml larutan gliserol 0,25 M dengan pipet volume
- meniup larutan sampai berada di atas tanda batas bagian atas viskometer
-- dibiarkan turun
- dicatat waktu yang diperlukan untuk melewati dua tanda
- diulang sebanyak dua kali untuk perhitungan waktu - diulang lagkah-langkah di atas untuk larutan gliseol
0,5 M ; 0,75 M ; 1 M ; dan air. Viskometer Ostwald
Viskometer besih
5 ml Gliserol 0,25 M dalam viskometer
Larutan berada pada bagian atas tanda viskometer
Waktu (t)
Data pengamatan untuk t1, t2, t3, t4,
dan t5
Viskositas gliserol
G. Tabel Pengamatan
No Perlakuan Pengamatan Kesimpulan
1 larutan gliserol 0,25 M dalam viskometer dengan pipet volume Meniup larutan sampai cairan berada di atas tanda batas viskometer cairan dari data yang telah didapat
Massa jenis gliserol 0,25 M
gr/ml
Massa jenis gliserol 0,5 M
gr/ml
Massa jenis gliserol 0,75 M gr/ml
Massa Jenis Gliserol 1 M
H. Analisa Data dan Pembahasan
Percobaan yang berjudul menentukan kekentalan relatif zat cair dengan viskometer Ostwald bertujuan untuk melatih menggunakan viskometer Ostwald, menentukan sifat-sifat molekul, dan menyelidiki angka kekentalan (viskositas) suatu zat cair dengan menggunakan air sebagai pembanding.
Percobaan ini dilakukan dengan langkah awal yaitu mencuci viskometer air sebagai pembanding, kemudian meniup larutan sampai berada pada bagian atas tanda batas, lalu larutan dibiarkan turun dan mencatat waktu yang dibutuhkan untuk melewati dua tanda tersebut.
Waktu yang diperlukan untuk melewati tanda itulah yang akan dicatat sebagai t. Waktu tersebut digunakan untuk mengukur viskositas dari larutan gliserol masing-masing konsentrasi. Langkah tersebut diulang sebanyak 2 kali dengan menggunakan larutan dengan kosentrasi yang sama, selanjutnya digunakan larutan dengan konsentrasi yang berbeda.
Setelah mengetahui waktu dari masing-masing konsentrasi, kemudian membandingkan dengan harga viskositas dari air. Dengan mengetahui viskositas air, maka penentuan viskositas relative larutan gliserol untuk masing-masing konsentrasi dapat ditentukan dengan persamaan berikut:
2
viskositas relatif larutan gliserol sebagai berikut:
Konsentrasi (M) Viskositas relative (gr s/cm3)
0.25 1.2655
0.5 1.6084
0.75 1.697
Dari hasil viskositas di atas kemudian dibuat grafik hubungan antara konsentrasi dengan viskositas larutan gliserol. Seperti ditunjukkan grafik di bawah ini:
dari grafik tersebut diperoleh hubungan bahwa semakin besar konsentrasi suatu larutan maka semakin besar pula viskositasnya. Hal tersebut dibuktikan pada percobaan dimana semakin besar konsentrasinya maka cairan semakin sulit mengalir (waktu yang dibutuhkan besar).
Semakin besar viskositas cairan, maka semakin sulit cairan tersebut mengalir. Konsentrasi yang besar, maka semakin kuat interaksi antar molekul sejenis (gaya kohesi), semakin besar gaya kohesi maka semakin kecil kemampuan untuk mengalir karena untuk dapat mengalir, harus mengatasi gaya Van Der Walls. Jika zat cair tersebut sudah dapat mengalir, maka proporsi kecepatan molekul sesuai dengan Distribusi Boltzman.
Viskositas juga dipengaruhi oleh berat molekul solute. Viskositas berbanding lurus dengan berat molekul solute, karena dengan adanya solute yang berat akan menghambat atau memberi beban yang berat pada cairan sehingga akan menaikkan viskositasnya.
I. Simpulan
1. Viskometer Ostwald bekerja berdasarkan metode kenaikan pipa kapiler.
2. Zat-zat yang mempunyai konsentrasi tinggi, semakin kuat interaksi antar molekul sejenis (gaya kohesi), semakin besar gaya kohesi maka semakin kecil kemampuan untuk mengalir karena untuk dapat mengalir, harus mengatasi gaya Van Der Walls. 3. Viskositas relatif larutan gliserol 0,25 M, 0,5 M, 0,75 M, dan 1 M berturut-turut
J. Daftar Pustaka
Atkins, P. W. 1996. Kimia Fisik Jilid 2. Jakarta: Erlangga.
Nasruddin, Harun, dkk. 2010. Panduan Praktikum Kimia Fisika IV. Surabaya: FMIPA Unesa.
Olovan s, Daniel. 2011. Viskositas. Laporan Praktikum.Universitas Padjadjaran. Pratama, dkk. 2000. Buku Materi Pokok Kimia Fisika II. Jakarta: Universits Terbuka. Bird, Tony, 1987. Penuntun Praktium Kimia Fisik untuk Universitas. Jakarta. PT
Gramedia.
