LAPORAN RESMI PRAKTIKUM KIMIA FISIKA 1
VISKOMETRI
Oleh:
Anggelina Purnama 15/383264/PA/16924
Senin, 28 November 2016 Asisten Pembimbing: Desi Rahma P.
LABORATORIUM KIMIA FISIKA DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS GADJAH MADA
VISKOMETRI
I. TUJUAN
1. Menentukan angka kental relatif suatu zat cair terhadap zat standar dengan metode pipa kapiler dan metode bola jatuh.
2. Menentukan energi aktivasi suatu zat cair dengan cara viskometri. II. HASIL DAN PEMBAHASAN
II.1 HASIL PERCOBAAN II.1.1 Penentuan densitas
Tabel II.1.1 Penentuan densitas
II.1.2 Hasil viskositas bahan (air, etanol, dan minyak) dengan metode Ostwald (pipa kapiler) dan metode Hoppler (bola jatuh) pada 27°C (suhu ruang)
Tabel II.1.2 Hasil viskositas pada suhu 27°C (suhu ruang)
II.1.3 Hasil viskositas bahan (air dan etanol) pada variasi suhu (30°C, 33°C, dan 36°C) Tabel II.1.3 Hasil viskositas pada variasi suhu (30°C, 33°C, dan 36°C)
II.1.4 Nilai Energi Aktivasi (Ea) Tabel II.1.4 Nilai Ea
II.2 PEMBAHASAN
Pada percobaan berjudul “Viskometri” dengan tujuan menentukan angka kental relatif suatu zat cair terhadap zat standar dengan metode pipa kapiler dan metode bola jatuh serta menentukan energi aktivasi suatu zat cair dengan cara viskometri ini dilakukan penentuan nilai viskositas larutan dengan 2 metode, yaitu metode pipa kapiler (Ostwald) dan metode bola jatuh (Hoppler). Selain itu, pada percobaan ini dilakukan pula penentuan
Densitas (ρ) Nilai (g/cm3)
Bola 1,755
Air 0,996512
Etanol 0,805
Minyak 0,909
Viskositas (ƞ) Metode Ostwald (cP) Metode Hoppler (cP)
Air 0,8513 0,8513
Etanol 0,947 1,141
Minyak 33,863 2,636
Viskositas (ƞ) 30 Suhu (°C)33 36
Air 0,7818 0,7146 0,6474
Etanol 0,857 0,612 0,359
Energi Aktivasi (Ea) Nilai (kJ) Air 7,799 x 10-4kJ
tenaga aktivasi aliran berdasarkan hubungan waktu alir dengan suhu larutan yang diuji. Percobaan diawali dengan menentukan densitas melalui penimbangan piknometer kosong. Piknometer setelahnya dituangkan akuades (air) lalu ditimbang, piknometer dituangkan etanol selanjutnya ditimbang, dan juga dilakukan penimbangan terhadap piknometer berisi minyak. Piknometer digunakan dalam penentuan densitas karena alat ini didesain khusus untuk penentuan densitas. Ukuran piknometer relatif kecil sehingga berat bahan (larutan) lebih mudah untuk diukur. Pengisian larutan ke dalam piknometer harus sampai meluber dan kemudian ditutup rapat. Hal ini bertujuan untuk memastikan tidak ada ruang kosong ataupun gelembung udara karena dapat mempengaruhi hasil penimbangan dan pada akhirnya didapat nilai densitas yang tidak akurat. Piknometer sebelum dilakukan penimbangan, bagian luar tabungnya perlu dibersihkan dengan tisu agar kering serta tidak ada tetesan-tetesan air yang tertinggal yang dapat mempengaruhi hasil penimbangan.
Dalam percobaan mengenai penentuan viskositas, larutan yang digunakan dalam percobaan ini berupa etanol dan minyak dengan akuades (air) sebagai pembanding pada suhu ruang 27°C. Penentuan viskositas diawali dengan menggunakan metode pipa kapiler (Ostwald). Metode ini menggunakan viskometer berbentuk pipa kapiler. Metode Ostwald ini dilakukan dengan cara larutan sampel dialirkan melalui pipa kapiler serta waktu alir sampel akan dihitung (waktu yang dibutuhkan sampel untuk mengalir). Prinsip utama metode Ostwald adalah membandingkan gesekan atau aliran zat cair pada pipa viskometer. Terjadinya proses alir ini dikarenakan berat dari sampel berdasarkan hukum gravitasi sehingga sampel akan mengalir dari atas ke bawah.
Viskometer sebelum digunakan harus dipastikan dalam keadaan bersih dan bebas kontaminasi zat lain (pengotor) karena kontaminan dapat mempengaruhi hasil pengukuran. Larutan dimasukkan ke dalam pipa kapiler sebelah kiri lalu pipa kapiler sebelah kanan dipasangkan pipet pump dan disedot larutannya. Tujuan dilakukannya penyedotan adalah untuk memberikan tekanan pada pipa kapiler sebelah kanan sehingga larutan akan mengalir naik menuju pipa kapiler kanan. Pipet pump setelah dilepaskan akan menyebabkan larutan mengalir turun (karena gravitasi) sehingga larutan dengan berat lebih besar akan membutuhkan waktu lebih lama untuk turun melewati pipa kapiler.
Hasil yang didapat dari percobaan ini berupa waktu alir untuk air 53,66 detik, etanol 1,2315 detik, dan minyak 39 menit (2340 detik). Berdasarkan hasil ini, kemudian dapat dicari nilai viskositas etanol dan minyak. Perhitungan terhadap nilai densitas bahan (ρetanol dan ρminyak) dilakukan dengan menggunakan perbandingan antara sampel dengan akuades sehingga didapat ρetanol yaitu 0,805 g/cm3 dan ρminyak yaitu 0,909
g/cm3. Melalui data-data yang didapat serta tetapan densitas dan viskositas air pada 27°C
yang diketahui, maka dapat ditentukan nilai viskositas bahan. Viskositas etanol (ƞetanol) yaitu 0,947 cP dan viskositas minyak (ƞminyak) yaitu 33,836 cP.
Menurut hasil penelitian Perry dkk., (1999), sifat-sifat fisika etanol antara lain memiliki berat molekul 46,07 g/mol; titik lebur -112°C; titik didih 78,4°C; densitas 0,7893 g/cm3; viskositas pada 20°C 1,17 cP, tidak berwarna, serta beraroma khas. Hal ini
menandakan nilai densitas etanol hasil percobaan sebesar 0,805 g/cm3 terlalu besar
dibandingkan dengan literatur yang bernilai 0,7893 g/cm3. Selain itu, nilai viskositas pada
Adapun nilai hasil percobaan yang tidak sangat akurat dapat disebabkan karena ketidakakuratan proses penimbangan, kontaminasi bahan, maupun suhu ruangan yang belum tentu persis 27°C saat proses percobaan. Adapun untuk minyak, tidak dapat dibuat perbandingan yang tepat dikarenakan minyak dalam percobaan ini tidak digunakan minyak yang spesifik melainkan diambil sampel minyak secara umum.
Percobaan selanjutnya yaitu penentuan viskositas dengan metode bola jatuh (Hoppler). Pada metode ini digunakan media berupa bola yang telah diketahui densitasnya melalui penimbangan dan pengukuran volume untuk digunakan dalam pengukuran densitas. Prinsip percobaan ini mengikuti aturan hukum Stokes, yang berbunyi “Gaya gesek yang bersifat menahan gerakan bola di dalam medium adalah sebesar 6πƞrv, dengan r dan v adalah jari-jari dan kecepatan bola jatuh”. Prinsip metode ini yaitu bola kaca digelindingkan pada tabung berukuran sedang di dalam viskometer Hoppler yang terlebih dahulu telah diisi sampel larutan. Gaya gravitasi akan membuat bola jatuh melewati media larutan dengan kecepatan tertentu. Kecepatan bola untuk jatuh merupakan fungsi dari harga resiprokal sampel. Kecepatan bola jatuh maksimum terjadi saat keseimbangan gaya dan berlaku gaya gesek = gaya berat - gaya Archimedes. Selain itu, dalam percobaan ini pengukuran dilakukan pada jarak tertentu melalui tanda batas awal dan akhir yang tertera pada viskometer Hoppler.
Hasil yang didapat dari percobaan ini adalah waktu alir pada 27°C untuk air 1,18 detik dan 1,24 detik sehingga reratanya 1,21 detik, etanol 1,31 detik dan 1,28 detik sehingga reratanya 1,295 detik, dan minyak 3,47 detik dan 3,25 detik sehingga reratanya 3,36 detik. Berdasarkan hasil ini, kemudian dapat dihitung nilai viskositas etanol dan minyak. Hal ini pada dasarnya serupa dengan perhitungan viskositas yang dilakukannya sebelumnya, hanya saja formula yang digunakan diawal berdasarkan pendekatan metoda Ostwald sedangkan perhitungan kali ini menggunakan formula dari pendekatan metode Hoppler. Viskositas etanol (ƞetanol) yang didapat adalah 1,141 cP dan viskositas minyak (ƞminyak) yang didapat adalah 2,636 cP.
Apabila dibandingkan dengan literatur sebelumnya seperti pada metode Ostwald, maka nilai viskositas etanol pada 27°C 1,141 cP sudah cukup mendekati dengan literatur yaitu 1,17 cP pada 20°C. Seiring kenaikan suhu, nilai viskositas cenderung akan menurun. Hal ini disebabkan karena gaya-gaya kohesi pada zat cair apabila dalam suhu lebih tinggi akan mengalami penurunan sehingga viskositas suatu zat cair cenderung menurun dalam suhu yang semakin tinggi. Secara keseluruhan nilai viskositas minyak cenderung besar. Hal ini dikarenakan laju alir minyak pada umumnya lambat dibanding zat cair jenis lainnya. Viskositas juga meningkat seiring kenaikan berat molekul zat, hal ini menandakan minyak memiliki berat molekul relatif besar apabila dibandingkan dengan etanol pada percobaan ini. Viskositas juga dipengaruhi oleh kekuatan gaya antarmolekul, misalkan pada akuades (air) dan etanol yang memiliki ikatan OH (ikatan hidrogen) maka kekuatan antarmolekul akan semakin besar sehingga viskositas semakin tinggi pula.
Pada penentuan energi aktivasi (Ea) dalam percobaan ini, digunakan hubungan antara nilai viskositas dengan suhu. Suhu yang digunakan dalam percobaan ini adalah 30°C, 33°C, dan 36°C. Pada awalnya, untuk menentukan nilai densitas (ρair) pada suhu 30°C, 33°C, dan 36°C dibuat suatu pendekatan dengan metode grafik dengan data densitas air pada suhu 10°C, 15°C, 20°C, dan 25°C. Dari grafik didapat nilai y = -0,0002x + 1,0016, dengan R2 = 0,9806. Metode substitusi dilakukan untuk mendapatkan nilai
dan 36°C didapat 0,9956 g/cm3, 0,995 g/cm3, dan 0,9944 g/cm3. Selanjutnya, dilakukan
penentuan nilai vikositas (ƞair) pada suhu 30°C, 33°C, dan 36°C dengan suatu pendekatan menggunakan metode grafik berupa data viskositas air pada suhu 21°C hingga 27°C. Dari grafik didapat nilai y = -0,0224x + 1,4538, dengan R2 = 0,9830.
Metode substitusi dilakukan untuk mendapatkan nilai viskositas air pada suhu 30°C, 33°C, dan 36°C. Nilai densitas air pada suhu 30°C, 33°C, dan 36°C didapat 0,7818 cp, 0,7146 cP, dan 0,6474 cP. Dilihat dari nilai R2grafik masing-masing, maka sudah cukup
baik karena hampir mendekati 1.
Nilai densitas dan viskositas air pada suhu 30°C, 33°C, dan 36°C yang telah diketahui kemudian digunakan untuk menentukan nilai viskositas etanol pada suhu-suhu tersebut. Viskositas etanol didapat pada suhu 30°C, 33°C, dan 36°C berturut-turut adalah 0,857 cP, 0,612 cP, dan 0,359 cP. Nilai ini cenderung menurun seiring kenaikan suhu sebagaimana telah dibahas sebelumnya yang diakibatkan karena penurunan gaya-gaya kohesi dalam larutan.
Untuk menentukan viskositas zat cair diperlukan nilai angka kental zat cair. Viskositas adalah ukuran besarnya gesekan internal suatu fluida riil. Viskositas ini merupakan gaya gesekan antara lapisan-lapisan yang tersusun pada fluida (baik zat cair maupun gas), waktu lapisan-lapisan tersebut bergerak satu melewati yang lain. Penentuan nilai angka kental untuk penentuan viskositas karena viskositas adalah cerminan angka kekentalan suatu fluida tersebut. Semakin besar angka kental fluida, nilai viskositas juga semakin besar.
Berdasarkan hubungan nilai viskositas dan suhu (dalam satuan K), dibuat suatu hubungan 1/T sebagai x dan In ƞ sebagai y untuk masing-masing air dan etanol. Nilai grafik untuk air yang didapat yaitu y = -0,0938x - 0,1511 (y = mx + c) dengan R2 =
0,9994, sehingga dapat ditentukan nilai Ea/R dari slope, slope = m, maka nilai Ea didapat dari mengalikan slope (m) dengan R (8,314 J) serta didapat Ea sebesar 0,7799 J atau 7,799 x 10-4 kJ. Selain itu, nilai R2 0,9994 sudah sangat baik dan mendekati 1. Hal ini
menandakan data hasil percobaan cukup akurat. Nilai grafik yang didapat untuk etanol yaitu y = -0,6317x - 1,4042 (y = mx + c) dengan R2= 0,9364, sehingga dapat ditentukan
nilai Ea/R dari slope, slope = m, maka nilai Ea didapat dari mengalikan slope (m) dengan R (8,314 J) serta didapat Ea sebesar 7,785 J atau 7,785 x 10-3kJ. Nilai R2 0,9364 cukup
baik namun masih jauh dari grafik sempurna dengan R2 = 1. Hal ini dapat disebabkan
oleh berbagai kesalahan, seperti tidak murninya bahan yang diuji karena telah terkontaminasi zat-zat lain dari luar. Hal lain yang menjadi faktor ketidakakuratan hasil juga dapat berupa perhitungan menggunakan stopwatch yang terlalu cepat ataupun terlalu lama sehingga waktu alir tidak tepat serta suhu yang dengan cepat dapat turun.
III. KESIMPULAN
1. Angka kental relatif zat cair dalam percobaan ini (etanol dan minyak) terhadap akuades (air) dengan viskositas 0,8513 cP pada suhu 27°C menggunakan metode pipa kapiler (Ostwald) berturut-turut adalah 0,947 cP dan 33,863 cP serta dengan metode bola jatuh (Hoppler) berturut-turut adalah 1,141 cP dan 2,636 cP. Pada suhu 30°C, 33°C, dan 36°C untuk air dan etanol berturut-turut adalah 0,7818 cP; 0,7146 cP; 0,6474 cP serta 0,857 cP; 0,612 cP; 0,359 cP.
kJ.
IV. DAFTAR PUSTAKA
