BAB II
TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Dasar Teori
2.1.1 Pengertian Tegangan Permukaan
Tegangan permukaan didefenisikan sebagai kerja yang dilakukan dalam memperluas permukaan cairan dengan suatusatuan luas. Satuan untuk tegangan permukaan (γ) adalah dyne atau cm. Metode yang paling umum untuk mengukurtegangan permukaan adalah kenaikan atau penurunan cairandalam pipa kapiler (Francis Weston, 2014).
Tegangan antar muka adalah gaya persatuan panjang yang terdapat pada antar muka dua fase cair yang tidak bercampur & tegangan antar muka selalu lebih kecil dari pada tegangan permukaan karena gaya adhesi antara dua cairan tidak bercampur lebih besar dari pada adhesi antara cairan dan udara (Giancoli, 2019).
Tegangan permukaan zat cair didefinisikan sebagai kecenderungan permukaan zat cair untuk menegang, sehingga permukaannya seperti ditutupi oleh sebuah lapisan elastis. Selain itu, tegangan permukaan juga diartikan sebagai suatu kemampuan zat cair untuk menuju ke keadaan yang luas permukaannya lebih kecil seperti permukaan datar atau bulat. Dengan sifat tersebut zat cair mampu untuk menahan benda-benda kecil di permukaannya. Seperti silet, berat silet menyebabkan permukaan zat cair sedikit melengkung ke bawah tampak silet itu berada. Lengkungan itu memperluas permukaan zat cair namun zat cair dengan tegangan permukaannya berusaha mempertahankan luas permukaan-nya sekecil mungkin. Beberapa gejala tegangan permukaan yang sering kita jumpai adalah pada sebuah pipet (penetes obat cair) akan mengeluarkan fluida setetes demi setetes dan tidak mengalir, sebatang jarum yang diletakkan dipermukaan air tidak akan tenggelam dan lalat yang hinggap pada permukaan airpun tidak tenggelam (S.sahim, dan Sumnu, 2017).
Tegangan permukaan atau tegangan antar muka adalah suatu gaya nyata yang efeknya tampak pada tingkat makroskopiks eperti halnya pada tingkat molekuler. Hal ini dapat dilukiskan dengan meletakkan sebuah kerangka
kawat dengan batang yang dapat bergerak dalam larutan energi per satuan luas jika kerja yang diperlukan untuk memindahkan batang yang bergerak dengansuatu jarak kecil. Kebanyakan antar yang tercakup dalam system farmasetik berbentuk lengkung (Lachman, 2014).
Tegangan permukaan zat cair pada pipa kapiler dipengaruhi oleh adhesi dan kohesi. Adhesi menyebabkan zat cair yang dekat dengan dinding naik.
Sedangkan kohesi menyebabkan zat cair yang ada di tengah ikut naik. Naiknya zat cair dalam pipa diimbangi oleh berat air itu sendiri. Contoh peristiwa yang membuktikan adanya tegangan permukaan, antara lain, peristiwa jarum, silet, penjepit kertas, atau nyamuk yang dapat mengapung di permukaan air, butiran- butiran embun berbentuk bola pada sarang laba-laba, air yang menetes cenderung berbentuk bulat-bulat dan air berbentuk bola di permukaan daun talas (Riza dkk, 2016).
Tegangan permukaan terjadi karena permukaan zat cair cenderung untuk menegang, sehingga permukaannya tampak seperti selaput tipis. Hal ini dipengaruhi oleh adanya gaya kohesi antara molekul air. Pada zat cair yang adhesi berlaku bahwa besar gaya kohesinya lebih kecil dari pada gaya adesinya dan pada zat yang nonadhesi berlaku sebaliknya. Salah satu model peralatan yang sering digunakan untuk mengukur tegangan permukaan zat cair adalah pipa kapiler.
Salah satu besaran yang berlaku pada sebuah pipa kapiler adalah sudut kontak, yaitu sudut yang dibentuk oleh permukaan zat cair yang dekat dengan dinding.
Sudut kontak ini timbul akibat gaya tarikmenarik antara zat yang sama (gaya kohesi) dan gaya tarik-menarik antara molekul zat yang berbeda (adesi). Molekul biasanya saling tarik menarik. Kohesi adalah gaya tarik menarik antara molekul yang sama, seperti air dengan air atau alkohol dengan alkohol. Kohesi dipengaruhi oleh kerapatan dan jarak antar partikel dalam zat. Gaya kohesi mengakibatkan dua zat bila dicampurkan tidak akan saling melekat. Sedangkan adhesi adalah gaya tarik menarik antara molekul yang tak sejenis seperti air dengan alkohol.
(Indarniati, 2018).
2.1.2 Faktor-faktor yang Mempengaruhi Tegangan Permukaan
Menurut Douglas (2016), adapun faktor-faktor yang mempengaruhi tegangan permukaan suatu zat cair yaitu:
a. Suhu
Tegangan permukaan menurun dengan meningkatnya suhu, karena meningkatnya energy kinetik molekul. Pada umumnya nilai tegangan permukaan zat cair berkurang dengan adanya kenaikan suhu.
b. Zat terlarut (solute)
Keberadaan zat terlarut dalam suatu cairan akan mempengaruhi tegangan permukaan. Penambahan zat terlarut akan meningkatkan viskositas larutan, sehingga tegangan permukaan akan bertambah besar. Tetapi apabila zat yang berada dipermukaan cairan membentuk lapisan monomolecular, maka akan menurunkan tegangan permukaan, zat tersebut biasa disebut dengan surfaktan.
c. Surfaktan
Surfaktan (surface active agents), zat yang dapat mengaktifkan permukaan, karena cenderung untuk terkonsentrasi pada permukaan atau antar muka.
Surfaktan mempunyai orientasi yang jelas sehingga cenderung pada rantai lurus.
Sabun merupakan salah satu contoh dari surfaktan.
d. Jenis Cairan
Pada umumnya cairan yang memiliki gaya tarik antara molekulnya besar, seperti air, maka tegangan permukaannya juga besar. Sebaliknya pada cairan seperti bensin karena gaya tarik antara molekulnya kecil, maka tegangan permukaannya juga kecil.
e. Konsentrasi Zat Terlarut
Konsentrasi zat terlarut (solut) suatu larutan biner mempunyai pengaruh terhadap sifat-sifat larutan termasuk tegangan muka dan adsorbsi pada permukaan larutan. Telah diamati bahwa solut yang ditambahkan kedalam larutan akan menurunkan tegangan muka, karena mempunyai konsentrasi dipermukaan yang lebih besar daripada didalam larutan. Sebaliknya solut yang penambahannya kedalam larutan menaikkan tegangan muka mempunyai konsentrasi dipermukaan yang lebih kecil daripada didalam larutan.
2.1.3 Metode Tegangan Permukaan
Menurut Ali M., dkk. (2023), beberapa metode yang dapat dilakukan dalam tegangan permukaan antara lain yaitu:
a. Metode cincin de-Nouy
Cara ini dapat digunakan untuk mengukur tegangan permukaan dan tegangan antar permukaan zat cair. Prinsip kerja alat ini berdasarkan pada kenyataan bahwa gaya yang dibutuhkan untuk melepaskan cincin yang tercelup pada zat cair sebanding dengan tegangan permukaan atau tegangan antar muka.
Gaya yang dibutuhkan untuk melepaskan cincin dalam hal ini diberikan oleh kawat torsi yang dinyatakan dalam dyne.
b. Metode kenaikan kapiler
Ada beberapa metode penentuan tegangan muka diantaranya adalah metode kenaikan pipa kapiler. Metode kenaikan pipa kapiler merupakan metode bila suatu pipa kapiler dimasukkan kedalam cairan yang membasahi dinding maka cairan akan naik kedalam kapiler karena adanya tegangan muka. Kenaikan cairan sampai suhu tinggi tertentu sehingga terjadi keseimbangan antara gaya keatas dan kebawah.
Gaya kebawah : F = πr2 h ρ g Dimana, h : tinggi muka
g : percepatan gravitasi ρ : berat jenis
r : jari-jari kapiler Gaya keatas : F’ = 2 πr cos
Dimana : adalah tegangan muka dan adalah sudut kontak
Metode ini diadasarkan pada kenyataan bahwa kebanyakan cairan dalam pipa kapiler mempunyai permukaan lebih tinggi daripada permukaan di luar pipa.
Metode in dilakukan dengan cara membenamkan kapiler ke dalam larutan. Tinggi dimana mencapai solusi di dalam kapiler berhubungan dengan tekanan pada permukaan (Setiawan, 2015).
Daya tarik kapiler disebabkan oleh tegangan permuakaan dan oleh nilai relatif adhesi antara cairan dan benda padat terdapat kohesi cairan. Cairan yang
membasahi benda padat mempunyai adhesi yang lebih besar dari pada kohesi.
Kegiatan tegangan permukaan dalam hai ini menyebabkan cairan naik di dalam tabung vertical kecil yang terendam sebagian dalam cairan itu. Bagi cairan yang tidak membasahi benda padat, tegangan permukaan cenderung untuk menekan miniskus dalam tabung vertikel kecil. Bila sudut kontak antara cairan dan zat padat diketahui maka kenaikan kapiler dapat dihitung untuk bentuk miniskus yang diasumsi (Adrian, 2017).
Tegangan permukaan pipa kapiler adalah fenomena di mana cairan, seperti air, naik atau turun dalam pipa yang sangat sempit atau kapiler karena adanya interaksi antara cairan dan permukaan dalam pipa tersebut. Hal ini terjadi karena tegangan permukaan cairan yang mengakibatkan cairan cenderung naik atau turun di dalam pipa kapiler. Ini adalah dasar dari berbagai aplikasi, termasuk dalam alat- alat laboratorium seperti pipet kapiler, serta dalam proses aliran cairan dalam berbagai sistem teknik (Nugroho 2015).
c. Metode bubble pressure,
Dimana tekanan di dalam gelembung sebanding dengan tegangan permukaan, maka tegangan permukaan dapat diukur dengan mengukur tekanan gelembung.
d. Metode cairan itu jatuh (drop weight method), Metode ini mengukur waktu jatuhnya air pada jumlah tertentu atau pada kondisi aliran konstan. Cairan diteteskan melalui suatu pipa kapiler, waktu jatuh maka berat tetes:
� = 2𝜋𝑣� dan � = 𝑚�.
Harus dinyatakan supaya jatuhnya tetesan hanya disebabkan oleh berat tetesan saja (tidak ada faktor-faktor lain yang mempengaruhinya). Disini biasa digunakan metode perbandingan. Dihitung tetesan (n) untuk semua volume tertentu (v). Tegangan permukaan dengan metode cairan jatuh ini dapat dinyatakan.
yx y2=dy
dx−n2 n1
e. Metode Pendant drop,
yaitu metode yang mengukur surface tension dengan melihat bentuk dan dimensi dari tetesan cairan yang menggantung.
2.1.4 Gejala Kapilaritas
Menurut yulianto, dkk (2016), kapilaritas adalah gejala naik atau turunnya zat cair di dalam pipa kapiler (pipa sempit). Kapilaritas dipengaruhi oleh adanya gaya kohesi dan adhesi antara zat cair dengan dinding kapiler. Karena dalam pipa kapiler gaya adhesi antara partikel air dan kaca lebih besar daripada gaya kohesi antara partikelpartikel air, maka air akan naik dalam pipa kapiler. Sebaliknya raksa cenderung turun dalam pipa kapiler, jika gaya kohesinya lebih besar daripada gaya adhesinya. Kenaikan atau penurunan zat cair pada pipa kapiler disebabkan oleh adanya tegangan permukaan (γ) yang bekerja pada keliling persentuhan zat cair dengan pipa
Gambar 2.3 Sudut Kontak Pada Metode Pipa Kapiler Keterangan:
(a) Jika sudut kontak kurang dari 90°, maka permukaan zat cair dalam pipa kapiler naik
(b) Jika sudut kontak lebih besar dari 90°, maka permukaan zat cair dalam pipa kapiler turun.
