BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Suatu molekul dalam fasa cair dapat dianggap secara sempurna dikelilingi oleh molekul lainnya yang secara rata-rata mengalami daya tarik yang sama ke semua arah. Bila terdapat molekul-molekul yang terletak di permukaan cair maka gaya tarik molekul lain pada fasa uapnya. Gejala ini menyebabkan permukaan cairan cenderung berubah menuju ke luas permukaan yang sekecil mungkin, sehingga nampak dalam keadaan tegang. Pada percobaan kali ini kita akan menganalisa tegangan permukaan pada cairan dengan menggunakan metode berat tetes. Dengan menganalisa tegangan permukaan menggunakan metode berat tetes, kita dapat mengetahui nilai tegangan permukaan dari suatu larutan.
1.2 Prinsip
Pengukuran tegangan permukaan berdasarkan metode berat tetes
1.3 Tujuan
1.Menentukan nilai tegangan permukaan suatu zat cair dengan menggunakan metode berat tetes. Zat cair yang digunakan antara lain alkohol, aseton, dan air.
2.Membuat grafik hubungan antara suhu terhadap tegangan suatu permukaan.
3. Membandingkan tegangan permukaan yang didapat dari hasil percobaan dengan tegangan permukaan literatur.
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Definisi Tegangan Permukaan
Tegangan permukaan adalah suatu kemampuan atau kecenderungan zat cair menuju keadaan yang luas pemukaannya lebih kecil, seperti contoh yaitu permukaan datar, atau bulat seperti bola. Dengan sifat tersebut zat cair mampu untuk menahan benda-benda kecil di permukaannya. Seperti silet, berat dari silet menyebabkan permukaan zait cair sedikit melengkung kebawah dimana silet itu berada. Lengkungan itu memperluas permukaan zat cair namun zat cair dengan tegangan permukaannya berusaha mempertahankan luas permukaannya sekecil mungkin. Tegangan permukaan merupakan fenomena menarik yang terjadi pada zat cair (fluida) yang berada dalam keadaan diam (statis). Tegangan permukaan γ didefinisikan sebagai gaya F persatuan panjang L yang bekerja tegak lurus pada setiap garis di permukaan fluida.
L F = γ
Permukaan fluida yang berada dalam keadaan tegang meliputi permukaan luar dan dalam (selaput cairan sangat tipis tapi masing jauh lebih besar dari ukururan satu molekul pembentuknya), sehingga untuk cincin dengan keliling L yang diangkat perlahan dari permukaan fluida, besarnya gaya F yang dibutuhkan untuk mengimbangi gaya-gaya permukaan fluida 2γ L dapat ditentukan dari
pertambahan panjang pegas halus penggantung cincin (Dinamometer). Sehingga tegangan permukaan fluida memiliki nilai sebesar :
L F
2
= γ
dimana, γ = tegangan permukaan (N/m) F = gaya (Newton)
L = panjang permukaan selaput fluida (m)
Ada beberapa model peralatan yang sering digunakan untuk mengukur tegangan permukaan suatu zat cair yaitu :
1. Metode pipa kapiler yaitu mengukur tegangan permukaan zat cair dan sudut kelengkungannya dengan memakai pipa berdiameter. Salah satu ujung pipa tersebut dicelupkan kedalam permukaan zat cair maka zat cair tersebut permukaannya akan naik sampai ketinggian tertentu. Pada percobaan ini salah satu aspek yang mudah diamati adalah tentang sifat zat cair yaitu apakah zat cair
Gambar 2.1 Sudut kontak zat cair pada pipa kapiler
Pada zat cair yang adhesive berlaku bahwa besar gaya kohesinya lebih kecil daripada gaya adhesinya dan pada zat yang non-adhesive berlaku sebaliknya. Salah satu besaran yang berlaku pada sebuah pipa kapiler adalah sudut kontak (θ ) yaitu sudut yang dibentuk oleh permukaan zat cair yang dekat dengan dinding (lihat gambar 2.1). Sudut kontak ini timbul akibat gaya tarik-menarik antara zat yang sama (gaya kohesi) dan gaya tarik-menarik antara molekul zat yang berbeda (adhesi). Harga dari sudut kontak ini berubah-ubah dari 0 sampai 180 derajat dan dibagi menjadi dua bagian yaitu : pada zat cair yang adhesive besarnya sudut kontak ( θ ) : 0 < θ < 90 (derajat) dan pada zat cair non-adhesive besarnya (θ ) : 90 < θ < 180 (derajat). Sedangkan besarnya tegangan permukaan ( γ ) yaitu :
γ = F / ( 2 π R cos q )
dimana : F = p . R2 . y . ρ
zat cair . g
maka : γ = R . y . g . ρ zat cair / ( 2 cos θ )
Peristiwa adanya tegangan permukaan bisa pula ditunjukkan pada percobaan sebagai berikut jika cincin kawat yang diberi benang seperti pada gambar II.2a dicelupkan ke dalam larutan sabun, kemudian dikeluarkan akan terjadi selaput sabun dan benang dapat bergerak bebas. Jika selaput sabun yang ada diantara benang dipecahkan, maka benang akan terentang membentuk suatu lingkaran. Jelas pada benag sekarang bekerja gaya-gaya ke luar pada arah radial (gambar II.2b).
(a) (b) Gambar II.2 Tegangan Permukaan
Dalam balon sabun, balon sabun biasanya berusia beberapa detik saja, kemudian menjadi buyar sendiri atau karena menyentuh benda lain. Sering digunakan untuk permainan anak-anak atau pertunjukan seni. Kulit balon sabun terdiri atas lapisan tipis air yang terjebak diantara dua lapisan molekul, biasanya sabun. Balon sabun terbentuk karena permukaan cairan (biasanya air) memiliki tegangan permukaan, yang menyebabkan lapisan itu elastis. Namun balon yang dibentuk dari cairan saja tidak stabil.
Balon sabun yang ditiupkan di udara dengan suhu dibawah -15oC akan membeku ketika menyentuh, biasanya sabun sebuah permukaan. Udara di dalamnya akan keluar secara perlahan melalui proses difusi hingga akhirnya balon menciut. Namun, pada suhu dibawah -25oC, balon akan membeu di udara dan dapat pecah ketika meyentuh tanah.
BAB III
HASIL PERCOBAAN
3.1 Nilai tegangan permukaan alkohol pada masing- masing suhu
No Suhu ( oC ) Tegangan permukaan (dyne/cm)
1 25 41,99
2 48 60,51
3 58 62,89
3.2 Nilai tegangan permukaan aseton pada masing-masing suhu
No Suhu ( oC ) Tegangan permukaan (dyne/cm)
1 25 44,799
2 30 47,799
3 40 55,717
4 50 68,2
5 60 64,38
3.3 Grafik T (suhu) terhadap γ (tegangan permukaan) pada alkohol
3.4 Grafik T ( suhu ) terhadap γ ( tegangan permukaan ) pada aseton
PEMBAHASAN
Berdasarkan hasil percobaan tegangan permukaan yang diperoleh, tegangan permukaan γ alkohol yang diperoleh pada suhu 25oC =41,99 dyne/cm , 48oC = 60,51 dyne/cm, 58oC =62,89 dyne/cm, 68oC= 48,16 dyne/cm. Sedangkan tegangan permukaan aseton yang didapat adalah 25oC= 44,799 dyne/cm, 30oC= 67,51 dyne/cm, 40oC= 65,976 dyne/cm, 50oC= 63,9375 dyne/cm, dan 60oC= 56,252 dyne/cm. Dari hasil, bisa kita lihat bahwa nilai tegangan permukaan yang diperoleh nilainya berbeda-beda, sedangkan tegangan permukaan yang seharusnya didapat pada setiap kenaikan suhu, nilai tegangan permukaan yang diperoleh yaitu semakin kecil. Hal ini dikarenakan molekul cairan akan bergerak semakin cepat ketika suhu meningkat, sehingga gaya tarik menarik antar molekul cairan merenggang. Akibatnya massa larutan menjadi menurun ketika suhu meningkat. Dan dari data percobaan yang diperoleh pun massa yang kami dapat memiliki nilai yang berbeda-beda, hal ini dikarenakan karena pada saat pemanasan larutan berlangsung, ada sebagian molekul yang memiliki gaya tarik menarik antar molekul sehingga molekul yang terdapat pada cairan ada yang merapat sebagian. Oleh karena itu massa yang diperolehnya berbeda-beda.
Dari grafik diperoleh grafik yang tidak linier, hal ini dikarenakan tegangan permukaan yang diperoleh tidak menurun sehingga grafiknya tidak linier. Hal ini dikarenakan hasil tegangan permukaan yang diperoleh meiliki nilai yang berbeda-beda, akan tetapi seharusnya grafik yang diperoleh adalah linier, karena setiap kenaikan suhu, nilai tegangan permukaan yang diperoleh semakin kecil.
BAB V KESIMPULAN
1. Suhu mempengaruhi nilai tegangan permukaan
2. Massa larutan menjadi berkurang ketika suhu meningkat 3. Molekul cairan bergerak lebih cepat ketika suhu meningkat 4. Grafik yang diperoleh tidak linier
1. Giancoli, Douglas C., 2001, Fisika Jilid I (terjemahan), Jakarta : Penerbit Erlangga
2. Halliday dan Resnick, 1991, Fisika Jilid I, terjemahan, Jakarta : Penerbit Erlangga
LAMPIRAN A DATA PERCOBAAN
A.1 Data gelas timbang dan larutan yang dipakai pada praktikum Berat gelas timbang kosong = 9,9 gram
Alkohol 8% dalam 250 mL dan aseton 8% dalam 250 mL
A.2 Aseton
No Aseton 25 oC 30 oC 40 oC 50 oC 60 oC 1 Massa (gram) 11,6 11,6 11,5 11,4 11,5 2 Waktu (sekon) 6,06 10,05 17,09 5,01 3,08
Tabel A.2 Data percobaan pada aseton
A.3 Alkohol
No Alkohol 25 oC 48 oC 58 oC 68 oC 1 Massa (gram) 11,4 11,4 11,4 11,3 2 Waktu (sekon) 16,06 15,03 6,06 5,02 Tabel A.3 Data percobaan pada alkohol
A.4 Air
No Air 25 oC 48 oC 58 oC 68 oC 1 Massa (gram) 12,5 11,6 11,5 11,8 2 Waktu (sekon) 7,04 7,01 6,04 4,01 Tabel A.4 Data percobaan pada air
A.5 Nilai tegangan permukaan air dari literatur
(dyne/cm) 1 0 75,6 2 4 75,4 3 10 74,8 4 20 73,8 5 30 71,8 6 40 70,1 7 50 68,2 8 60 66,8 9 70 65,0 10 80 63,0 11 90 61,2 12 100 59,4 Sumber : library.usu.ac.id/download/ft/tkimia-Hendra3.pdf LAMPIRAN B
CONTOH PERHITUNGAN
B.1 Menghitung pengenceran alkohol Dik : 8% dalam 250 mL pelarut
Dit : Volume alkohol yang harus diambil Jawab
Volume alkohol=8100x 250 mL = 20 mL
B.1 Menghitung pengenceran aseton Dik : 8% dalam 250 mL pelarut
Dit : Volume aseton yang harus diambil Jawab
Volume aseton=8100x 250 mL = 20 mL
B.3 Interpolasi tegangan permukaan air literatur B.3.1 Pada suhu 25 oC γ (25oC)=25-2030-20=X-73,871,8-73,8 = 510 =X-73,8-2 = -10 =10 X-738 = 10 X =728 X = 72,8 dyne/cm B.3.2 Pada suhu 48 oC γ (48oC)=48-4050-40=X-70,168,2-70,1
= 810 =X-70,1-1,9 = -15,2=10 X-701 = 10 X =685,8 X = 68,58 dyne/cm B.3.3 Pada suhu 58 oC γ (58oC)=58-5060-50=X-68,266,8-68,2 = 810 =X-68,2-1,4 = -11,2=10 X-682 = 10 X =670,8 X = 67,08 dyne/cm B.3.4 Pada suhu 68 oC γ (68oC)=68-6070-60=X-66,865,0-66,8 = 810 =X-66,8-1,8 = -14,4=10 X-668 X = 65,36 dyne/cm
B.4 Menghitung interpolasi massa air untuk suhu 30oC, 40oC, 50oC, dan 60oC B.4.1 Pada suhu 30oC m(30oC)=30-2548-25=X-12,511,6-12,5 = 523 =X-12,5-0,9 = -4,5=23 X-287,5 X = 12,304 gr B.4.2 Pada suhu 40oC m(40oC)=40-2548-25=X-12,511,6-12,5
= 1523 =X-12,5-0,9 = -13,5=23 X-287,5 X = 11,913 gr B.4.3 Pada suhu 50oC m(50oC)=50-4858-48=X-11,611,5-11,6 = 210 =X-11,6-1 = -2=10 X-116 X = 11,4 gr B.4.4 Pada suhu 60oC m(60oC)=60-5868-58=X-11,511,8-11,5 = 210 =X-11,5-0,3 = 0,6=10 X-115 X = 11,56 gr
B.5 Menghitung tegangan permukaan alkohol B.5.1 Pada suhu 25oC γ u=mumsγ s γ u=1,5 gr2,6 grx 72,8 dyne/cm γ u=41,99 dyne/cm B.5.2 Pada suhu 48oC γ u=mumsγ s
γ u=1,5 gr1,7 grx 68,58 dyne/cm γ u=60,51 dyne/cm B.5.3 Pada suhu 58 oC γ u=mumsγ s γ u=1,5 gr1,6 grx 67,08 dyne/cm γ u=62,89 dyne/cm B.5.4 Pada suhu 68 oC γ u=mumsγ s γ u=1,3 gr1,9 grx 65,36 dyne/cm γ u=48,16 dyne/cm
B.6 Menghitung tegangan permukaan pada aseton B.6.1 Pada suhu 25 oC γ u=mumsγ s γ u=1,6 gr2,6 grx 72,8 dyne/cm γ u=44,799 dyne/cm B.6.2 Pada suhu 30 oC γ u=mumsγ s γ u=1,6 gr2,404 grx 71,8 dyne/cm γ u=47,87 dyne/cm B.6.3 Pada suhu 40 oC γ u=mumsγ s
γ u=1,6 gr2,013 grx 70,1 dyne/cm γ u=55,717 dyne/cm B.6.3 Pada suhu 50 oC γ u=mumsγ s γ u=1,5 gr1,5 grx 68,2 dyne/cm γ u=68,2 dyne/cm B.6.4 Pada suhu 60 oC γ u=mumsγ s γ u=1,6 gr1,66 grx 66,8 dyne/cm γ u=64,38 dyne/cm LAMPIRAN C PROSEDUR KERJA C.1 Alat
1. Gelas kimia 3 buah
2. Gelas timbang 1 buah
3. Termometer 1 buah
4. Waterbath 1 buah
5. Botol semprot 1 buah
6. Gelas ukur 20 mL 1 buah
7. Pipet tetes 3 buah
8. Neraca teknis 1 buah
9. Stopwatch 1 buah
10. Pipa kapiler 1 buah
11. Ball pipet 1 buah
C.2 Bahan
1. Aquades 2. Alkohol 3. Aseton
C.3 Cara Kerja
Alat dicuci menggunakan aquades
2. Mengencerkan 20 mL alkohol dalam 250 mL dan mengencerkan 20 mL aseton dalam 250 mL pada labu takar 250 mL.
20 mL alkohol dalam 250 mL
3. Menimbang gelas timbang yang akan digunakan
4. Memanaskan waterbath
5. Merangkai alat percobaan
Pipa kapiler
6. Memanaskan larutan alkohol dan air pada waterbath dengan suhu yang sama dengan air yaitu 25, 48, 58, dan 68 oC. Sedangkan aseton dipanaskan hingga suhu 25, 30, 40, 50, 60 oC.
7. Setelah suhu tercapai, masing- masing larutan dimasukan dalam alat percobaan yang telah disusun, kemudian ketika cairan dibiarkan mengalir (setelah cairan dimampatkan terlebih dahulu ) catat waktu yang diperlukan cairan untuk meneteskan cairan sebanyak 15 tetes.
9. Mengulangi langkah 7-8 untuk semua cairan yang digunakan (aseton, alkohol, dan air) pada masing- masing suhu yang telah ditentukan.
