VISKOSITAS DAN TENAGA PENGAKTIFAN ALIRAN

(1)

VISKOSITAS DAN TENAGA PENGAKTIFAN ALIRAN

I. TUJUAN

1. Menentukan viskositas cairan dengan metoda Ostwald

2. Mempelajari pengaruh suhu terhadap viskositas cairan

II. DASAR TEORI

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).

Menurut Suyitno (1988) ada dua tipe aliran, yaitu :

1. Newtonian

Viskositas cairan yang bersifat Newtonian tidak berubah dengan

adanya perubahan gaya irisan dan kurva hubungan antara shear stress dan

shear ratenya linier melewati titik (0,0) atau dengan kata lain viskositasnya

tidak berubah dengan adanya perubahan gaya gesekan antar permukaan

cairan dengan dinding. Cairan newtonian biasanya merupakan cairan murni

secara kimiawi dan homogen secara fisikawi. Contohnya adalah larutan gula,

air, minyak, sirup, gelatin, dan susu.

2. Non-newtonian

Viskositas cairan yang bersifat Non-newtonian berubah dengan

adanya perubahan gaya irisan dan kurva hubungan antara shear stress dan

(2)

adanya perubahan gaya gesekan antar permukaan cairan dengan dinding.

Cairan non newtonian ini termasuk cairan yang bersifat non true liquid/non

ideal. Contohnya yaitu soas tomat, kecap, slurry permen, dan susu kental

manis.

Menurut Kartika (1990), viskositas suatu bahan dipengaruhi oleh beberapa

factor, yaitu :

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

Viskositas berbanding lurus dengan konsentrasi larutan. Suatu larutan

dengan konsentrasi tinggi akan memiliki viskositas yang tinggi pula, karena

konsentrasi larutan menyatakan banyaknya partikel zat yang terlarut tiap

satuan volume. Semakin banyak partikel yang terlarut, gesekan antar partikel

semakin tinggi dan viskositasnya semakin tinggi pula.

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.

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.

b. Viskometer Hoppler

Berdasarkan hukum Stokes pada kecepatan bola maksimum,

(3)

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.

c. Viskometer Cup dan Bob

Prinsip kerjanya sampel digeser dalam ruangan antara dinding luar

dari bob dinding dalam dari cup dimana bob masuk persis ditengah-tengah.

Kelemahan viskometer ini adalah terjadinya aliran sumbat yang

disebabkan geseran yang tinggi disepanjang keliling bagian tube

sehingga menyebabkan penurunan konsentrasi. Penurunan konsentrasi ini

menyebabkan bagian tengah zat yang ditekan keluar memadat. Hal ini

disebut aliran sumbat.

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.

Metoda Ostwald merupakan suatu variasi dari metoda Poisseuille. Prinsip

dari metode ini dapat dipelajari dari gambar 1. sejumlah tertentu cairan

dimasukkan ke dalam A, kemudian dengan cara menghisap atau meniup, cairan

dibawa ke B, sampai melewati garis m. Selanjutnya cairan dibiarkan mengalir

secara bebas dan waktu yang diperlukan untuk mengalir bebas dan waktu yang

diperlukan untuk mengalir dari garis ke n diukur. Pada proses pengaliran melalui

kapiler C, tekanan penggerak tidak tetap dan pada setiap saat sama dengan h.g.ρ,

dengan h adalah beda tinggi permukaan cairan pada kedua reservoir alat, g adalah percepatan gravitasi dan ρ adalah rapat massa cairan.

(4)

Karena pada metode ini selalu diperhatikan aliran cairan dari m ke n dan

menggunakan viskometer yang sama, maka viskositas suatu cairan dapat ditentukan dengan membandingkan hasil pengukuran waktu t, rapat massa ρ cairan tersebut terhadap waktu to dan rapat massa ρo, cairan pembanding yang

telah diketahui viskositasnya pada suhu pengukuran. Perbandingan viskositas

kedua cairan dapat dinyatakan sebagai :

(Persamaan 1) :

Dari persamaan (1), viskositas cairan dapat dihitung dengan merujuk pada

viskositas cairan pembanding.

Viskositas cairan adalah fungsi dari ukuran dan permukaan molekul, gaya

tarik antar molekul dan struktur cairan. Tiap molekul dalam cairan dianggap dalam

kedudukan setimbang maka sebelum suatu lapisan molekul dapat melewati

lapisan molekul lainnya diperlukan suatu energi tertentu. Sesuai dengan hukum

distribusi Maxwell-Boltzmann, jumlah moleul yang memiliki energi yang diperlukan

untuk mengalir dihubungkan dengan faktor eE/RT. Secara kuantitatif pengaruh suhe

terhadap viskositas dinyatakan dengan persamaan empirik:

(Persamaan 2) :

volume molar cairan dan E adalah energi ambang per mol yang diperlukan untuk

(5)

III. ALAT DAN BAHAN

1. Alat-alat yang digunakan:

a. Viskometer Ostwald

b. Termostat

c. Termometer 0-100ºC

d. Pencatat waktu atau stopwatch

e. Pipet ukur 25 ml

f. Pipet filter

g. Piknometer atau neraca westphal

2. Bahan-bahan yang digunakan:

a. Cairan yang akan ditentukan viskositasnya, yaitu: air sabun 5% dan

alkohol 10%

(6)

IV. CARA KERJA

Viskometer Otswald

Diletakkan pada thermostat dengan posisi vertikal

Memipet cairan ke reservoir A sehingga :

Mengatur suhu thermostat (30oC, 35oC, 40oC, 45oC, 50oC

Viscometer dan isinya dibiarkan 10 menit untuk mencapai suhu termostat

Mencatat waktu yang diperlukan cairan untuk mengalir dari m ke n.

Lakukan beberapa kali

Menentukan ρ cairan dengan piknometer

Melakukan pengerjaan pertama sampai terakhir untuk cairan

(7)

V. HASIL DAN PEMBAHASAN

0.00305 0.0031 0.00315 0.0032 0.00325 0.0033 0.00335

lo

0.00305 0.0031 0.00315 0.0032 0.00325 0.0033 0.00335

lo

g



(8)

Praktikum viskositas dan tenaga pengaktifan aliran ini bertujuan untuk

menentukan besarnya harga viskositas dan mempelajari pengaruh suhu terhadap

viskositas cairan dengan menggunakan metoda Otswald. Adapun cairan yang

akan diuji viskositas dan energy pengaktifan aliran nya dalam praktium ini adalah

larutan alkohol 10% dan larutan air sabun 5%, dengan air suling (aquades)

sebagai cairan pembanding.

Massa piknometer kosong dan massa piknometer setelah diisi air, larutan

alkohol 10% dan air sabun 5% ditimbang. Hal ini dimaksudkan untuk menghitung massa jenis (ρ) masing-masing cairan tersebut.

Adapun hasil yang diperoleh, yaitu : ρ air = 0,998 gr/mL

ρ alkohol 10% = 0,988 gr/mL ρ air abun 5% = 0,999 gr/mL

Untuk menghitung besarnya koefisien viskositas (η) air sebagai cairan pembanding dan besarnya koefisien viskositas larutan yang akan diuji, yaitu

larutan alkohol 10% dan air sabun 5%, digunakan viskometer Viskometer terlebih

dahulu dibilas dengan aquades atau alkohol untuk menjaga validitas viskometer

yang digunakan sehingga data praktikum yang diperoleh benar-benar tepat.

Adapun rata-rata waktu yang diperoleh pada suhu 30oC, 35oC, 40oC, 45oC,

50oC berturut-turut berdasarkan hasil praktikum pada : (1) air : 78,6 ; 75 ; 69,6 ;

66,6 ; 62,4 ; (2) larutan alkohol 10% : 76,8 ; 69 ; 58,8 ; 50,4 ; 43,2 ; (3) larutan air

sabun 5% : 96 ; 90 ; 81 ; 75,6 ; 66,6. Data tersebut selanjutnya diolah untuk menghitung besarnya koefisien viskositas (η) air, alkohol dan air sabun. Nilai koefisien viskositas (η) yang diperoleh dicari hubungannya dengan suhu (T) melalui grafik log η vs 1/T seperti pada gambar 2 dan 3. Energi pengaktifan aliran

larutan alkohol 10% dan larutan air sabun 5% berturut-turut berdasarkan grafik

yaitu 12,795 kJ/mol dan 8,92 kJ/mol.

Berdasarkan gambar 2 dan 3, dapat ditarik kesimpulan bahwa ternyata

viskositas berbanding terbalik dengan suhu. Hal ini sesuai dengan teori yang ada.

Jika suhu naik maka viskositas akan turun, dan begitu pula sebaliknya. Hal ini

disebabkan karena adanya gerakan partikel-partikel cairan yang semakin cepat

(9)

VI. KESIMPULAN DAN SARAN 1. Kesimpulan

a. Berikut merupakan viskositas air, larutan alcohol 10% dan larutan air

sabun 5% dalam berbagai suhu :

Suhu (oC) Viskositas ( N detik/m

2

)

Air Lar. Alkohol 10% Lar. Air Sabun 5%

30 0,000800 0,00077 0,00098

35 0,000725 0,00066 0,00087

40 0,000650 0,00054 0,00076

45 0,000600 0,00045 0,00068

50 0,000550 0,00038 0,00059

b. Viskositas berbanding terbalik dengan suhu. Semakin tinggi suhu reaksi,

semakin kecil nilai koefisien viskositasnya. Sebaliknya, semakin rendah

suhu reaksi, semakin besar nilai koefisien viskositasnya.

2. Saran

a. Praktikan lebih teliti dalam melakukan praktikum sehingga data yang

diperoleh tepat

b. Praktikum harus menguasai materi praktikum sebelum pelaksanaan

VII. DAFTAR PUSTAKA

Kartika.1990.Viskositas.Makassar : Universitas Hasanuddin.

Kramer.1996.Penuntun Praktium Kimia Fisik untuk Universitas.Jakarta : PT

Gramedia.

Lewis.1978.Kimia Fisika Jilid 2.Jakarta : Erlangga.

Suyitno.1988.Kimia Fisika.Jakarta : Bumi Pustaka.

Tim Dosen Kimia Fisika.2007.Diktat Petunjuk Praktikum Kimia Fisik.Semarang :

FMIPA UNNES.

Mengetahui, Semarang, 12 November 2012

Dosen Pengampu Praktikan,

Ir. Sri Wahyuni, M.Si Ana Yustika

(10)

PERTANYAAN DAN JAWABAN

1. Bilangan Reynold adalah bilangan tidak berdimensi NR

NR =





V

r

2

Hubungan bilangan Reynold dengan aliran laminer bahwa aliran suatu fluida

laminer (non turbulen) dipengaruhi oleh bilangan Reynold. Bila V suatu fluida

menjadi cukup besar, maka aliran laminer rusak dan turbulensi terjadi.

2. Cara lain untuk menentukan viskositas yaitu dengan metode kapiler oleh

sevolume tertentu cairan V1 untuk mengalir melalui pipa kapiler di bawah

tekanan penggerak pertemuan yang tetap. Dapat dinyatakan sebagai berikut.

Vl

Massa piknometer kosong = 19.9261 gram

Massa piknometer + air = 44.8845 gram

Massa piknometer + air sabun = 44.8951 gram

(11)

ρ air sabun =

Massa piknometer + alkohol = 44.6260 gram

Massa alkohol (m) = 24.6999 gram

 Menghitung viskositas larutan

Rumus viskositas relatif

 Viskositas air

Berdasaran literatur, viskositas air pada suhu :

30ºC = 0,0080 dyne detik/cm2 = 0,00080 N detik/m2

50ºC = 0,0055 dyne detik/cm2 = 0,00055 N detik/m2  Viskositas larutan alkohol 10%

(12)

40ºC = N detik/m2

45ºC = N detik/m2

50ºC = N detik/m2

 Menghitung Energi Pengaktifan Aliran (E)  Larutan alkohol 10%

y = 1549x – 8,216

m = 1549

b = - 8,216

E = m x R

= 1549 x 8,314 J/mol

= 12795 J/mol

= 12,795 kJ/mol  Larutan air sabun 5%

y = 1073x – 6,549

m = 1073

b = - 6,549

E = m x R

= 1073 x 8,314 J/mol

= 8920,92 J/mol