WETTING
Wetting/pembasahan: pengusiran suatu fluida oleh zat lain dari permukaan
Contoh: pengusiran udara dari permukaan suatu padatan oleh suatu cairan
Wetting/pembasahan selalu melibatkan 3 fase zat: a.Gas dengan dua cairan tidak saling campur b.Padat dengan dua cairan tidak saling campur c.Gas, cair, dan padatan
Wetting agent: senyawa yang mampu meningkatkan
kemampuan suatu cairan untuk mengusir udara dari permukaan suatu cairan lainnya atau permukaan
SPREADING WETTING B C C B a (Top view) (Side view) Substrate (S) Liquid (L) Air (A) SA SL LA
Cairan (L) membasahi permukaan substrat (S) seluas (a) dengan cara menyebar ke sebelah kiri mengusir
udara di permukaan substrat
Syarat wetting: wetting akan terjadi jika perubahan energi bebas permukaan sistem negatif (-)
1. Perubahan energi bebas permukaan sistem karena pengusiran udara dari permukaan: -aSA
2. Perubahan energi bebas permukaan sistem karena penyebaran cairan pada permukaan: +a dan +aSL LA Perubahan energi bebas total permukaan dengan adanya
wetting:
Gw/a =
SA
(
SL +
LA)
Gw/a = SL/S=
SA
(
SL +
LA)SL/S = koefisien spreading, sebagai ukuran gaya
penggerak untuk terjadinya wetting. Syarat untuk terjadi wetting adalah SL/S positif
When a
thin layer of liquid (L1)
is being spread over a secondliquid (L2) as Substrate
,The value of S can be obtained directly by measuring the surface tensions of the two liquids and the interfacial tension between them
The initial spreading coefficient:
S
L1/L2=
L2A
(
L1L2+
L1A)
After 2 phases become saturated each other then the
Equilibrium Spreading Coefficient will be based on the tensions of the mutually saturated phases, which may be very different.
Contoh:
L1A = Tegangan permukaan benzene murni pada 20
C = 28.9 dyn/cm
L2A = Tegangan permukaan air murni pada 20
C = 72.8 dyn/cm
L1/L2 = Tegangan antarmuka benzena-air pada 20OC= 35.0dyn/cm
Koefisien spreading awal benzena pada air:
SL1/L2 = L2A (L1L2 + L1A)
= 72.8 (35.0+28.9) = 8.9 dyn/cm
Benzena bisa membasahi/bercampur dengan air secara spontan.
Setelah kedua fase air dan benzena saling kontak:
L1A = Tegangan permukaan benzena yang telah jenuh air pada 20
C = 28.8 dyn/cm
L2A = Tegangan permukaan air yang telah jenuh benzena pada pada 20
C = 62.2 dyn/cm
L1/L2 = Tegangan antarmuka benzena air pada 20OC =35.0 dyn/cm
Koefisien spreading setelah kedua fase saling kontak:
SL1/L2 = L2A (L1L2 + L1A)
= 62.2 (35.0+28.8) = 1.4 dyn/cm
Aplikasi wetting
1.FloatasiMetode pemisahan partikulat padat dari campuran satu dengan lainnya.
Contoh:
Pemisahan emas, pyrite, oksida besi, dari campurannya.
Pemisahan kotoran pada pemurnian air/pengolahan limbah.
Deinking pada pengolahan kertas bekas
Floatasi bijih dilakukan dengan menggerus material yang akan dipisahkan menjadi <0.1 mm, dicampur dengan air membentuk SOL (PULP), mengalirkan pulp kedalam
kontainer sambil di bulbing dengan udara. Bijih mineral akan terkumpul dipermukaan melalui interaksi hidrofobik dengan udara yang dialirkan, membentuk FROTH yang siap dikeluarkan
Aplikasi wetting
2.PelumasanPelumasan permukaan logam mutlak diperlukan untuk menghindarkan friksi pada saat salah satu bergerak atau saling bergerak.
Friksi harus dicegah untuk meminimalisir terjadinya keausan (wear) dan menghindarkan kehilangan energi menjadi
panas.
Di bidang otomotif, panas yang ditimbulkan akibat friksi akan mengurangi tenaga dari mesin.
TRIBOLOGY: ilmu tentang FRIKSI, LUBRIKASI, WEAR
Efektivitas pelumasan sangat ditentukan oleh kesesuaian karakter hidrofilitas-lipofilitas antara
Metode penentuan tegangan antarmuka antara dua cairan (Good (1960) & Girifalco (1957)):
L1/L2 =
L1A +
L2A
2
= faktor empiris, yang menyatakan ukuran derajat interaksi antara L1 dan L2 A L A L1
2
SL1/L2 =
L2A (
L1A +
L1A +
L2A
2
)= 2 (
L1A ) = 2
L1A (
) A L A L1
2
A L A L1
2
1 1 / 2A L A L SL1/L2 =
L2A
(
L1L2 +
L1A)SL1/L2 = 2 (
L1A
L2A
L1A ) = 2
L1A (
L2A/L1A 1 )Jika tidak ada interaksi yang kuat antara L1 dan L2, maka
< 1, sehingga untuk terjadinya wetting
L1A <
L2AAgar wetting terjadi, cairan yang akan membasahi harus mempunyai tegangan permukaaan yang lebih rendah dari cairan yang akan dibasahi (substrat)
Jika substrat yang akan dibasahinya suatu padatan maka persamaannya menjadi:
ZISMAN: untuk substrat dengan energi permukaan yang rendah, spreading wetting akan terjadi jika
tegangan permukaan cairan yang akan membasahinya tidak melebihi tegangan permukaan kritik yang
karakteristik dari substrat tersebut.
Material Contoh Energi permukaan (erg/m2)
Padatan bertitik leleh tinggi
Logam Silika
Ratusan sampai ribuan
Padatan bertitik leleh rendah
Polimer organik, lilin, senyawa kovalen
25 - 100
Seluruh Cairan Selain cairan logam < 75
Liquid usually spread readily on metallic or siliceous surfaces but may not spread on low-melting solids
Sudut kontak (θ) suatu cairan pada permukaan suatu padatan umumnya berkurang dengan berkurangnya tegangan permukaan, dan akan mencapai NOL pada saat cairan membasahi sempurna permukaan tersebut. Tegangan permukaan cairan kritis ( ): tegangan
permukaan cairan pada saat terjadi wetting sempurna pada suatu substrat padatan tertentu (θ = 0,Cos θ =1)
C
Substrat Polimer (mN/m) pada 20OC
Polyheksafluoropropilena 16.2 Polyfinilfluoride 28 Polyetilena 31 Polystirena 33 Polyfinilklorida 39 Selulosa 45 C
C
O
N
T
O
H
Untuk substrat padatan, SL/S biasanya ditentukan
secara tidak langsung dengan mengukur sudut kontak
karena tegangan permukaan padatan dan tegangan antarmuka tidak mudah ditentukan secara langsung
The contact angle (
) adalah sudut yang terbentuk ketika cairan berkontak dengan fase lain yang berada dalamkesetimbangan.
Besarnya sudut kontak yang terbentuk akan
berhubungan dengan energi bebas antarmuka persatuan luas antarmuka fase yang terlibat
(Top view) S A a L (Side view) S A L a cos SL SA LA SUDUT KONTAK
Sudut kontak yang terbentuk pada saat cairan (L) berkontak dan berada dalam kesetimbangan
Untuk pergeseran kecil reversibel posisi cairan L pada permukaan substrat S, maka akan menyebabkan:
Kenaikan luas antarmuka L/S (= a)
Penurunan luas antarmuka S/A (= a)
Kenaikan luas antarmuka L/A (= a cos) Dengan demikian,
Gw =
SA
a +
SL
a +
LA
a cos
a
0,
G
0
SA da +
SL da +
LA da cos
= 0 Sehingga:
LA cos
=
SA
SL (6.3)LA
SL
SA
cos
LA SL SA
cos
Persamaan Young’sTegangan Adhesi
LAcos
SL/S =
SA
(
SL +
LA) (6.1)=
SA
SL
LA=
LA cos
LA (6.3)
(6.1) =
LA (cos
1) (6.5)Jika: > 0 (cos -1) < 0 (neg) SL/S < 0 (negatif)
= 0 (cos -1) = 0 SL/S = 0 or >0 (wetting telah
Aplikasi wetting
1.FloatasiMetode pemisahan partikulat padat dari campuran satu dengan lainnya.
Contoh:
Pemisahan emas, pyrite, oksida besi, dari campurannya.
Pemisahan kotoran pada pemurnian air/pengolahan limbah.
Deinking pada pengolahan kertas bekas
Floatasi bijih dilakukan dengan menggerus material yang akan dipisahkan menjadi <0.1 mm, dicampur dengan air membentuk SOL (PULP), mengalirkan pulp kedalam
kontainer sambil di bulbing dengan udara. Bijih mineral akan terkumpul dipermukaan melalui interaksi hidrofobik dengan udara yang dialirkan, membentuk FROTH yang siap dikeluarkan
Aplikasi wetting
2.PelumasanPelumasan permukaan logam mutlak diperlukan untuk menghindarkan friksi pada saat salah satu bergerak atau saling bergerak.
Friksi harus dicegah untuk meminimalisir terjadinya keausan (wear) dan menghindarkan kehilangan energi menjadi
panas.
Di bidang otomotif, panas yang ditimbulkan akibat friksi akan mengurangi tenaga dari mesin.
TRIBOLOGY: ilmu tentang FRIKSI, LUBRIKASI, WEAR
Efektivitas pelumasan sangat ditentukan oleh kesesuaian karakter hidrofilitas-lipofilitas antara
