Praktikum Kimia Fisik I (Tegangan Permukaan Cairan (cara cincin Du Nouy)

Maret 29, 2018

Praktikum Kimia Fisik I (Tegangan Permukaan Cairan (cara cincin Du Nouy)

A. Judul

Tegangan permukaan cairan (cara cincin Du Nouy)

B. Tujuan

Menentukan tegangan permukaan cairan tunggal dan atau larutan atau serta tegangan antar muka dua cairan yang saling tidak campur

C. Dasar Teori

Tegangan permukaan didefinisikan sebagai kerja yang dilakukan dalam memperluas permukaan cairan dengan satu satuan luas. Satuan untuk tegangan permukaan (γ) adalah JM^-2 atau dyne cm^-1 NM^-1. Metode yang paling umum untuk mengukur tegangan permukaan adalah kenaikan atau penurunan cairan dalam pipa kapiler, yaitu :

dimana d adalah kecepatan cairan, r adalah jari-jari kapiler, l adalah panjang cairan yang direkan atau yang akan naik, dan g adalah konstanta gravitasi. Dalam metode perbandingan, tegangan permukaan cairan yang tidak diketahui dapat dihitung dari persamaan di bawah ini :

γ2 cairan pembanding sudah diketahui. Tegangan permukaan dan tekanan uap tetes cairan yang sangat kecil dihubungkan dengan persamaan :

dimana P0 adalah tekanan uap normal cairan dan pP adalah tekanan uap normal dari tetesan kecil ( Dogra, 2008 : 213-214 ).

Cairan cenderung mengambil bentuk yang meminimalkan luas permukaanya, karena dengan demikian, jumlah maksimum molekul ada pada bagian terbesar dikelilingi oleh jumlah tetangga terbanyak. Karena itu tetesan cairan cenderumg berbentuk bulat, karena bulatan adalah obyek geometris dengan perbandingan permukaan atau volume terkecil. Walaupun demikian, mungkin saja ada gaya lain yang bersaing melawan kenderungan membentuk bentuk ideal ini, dan terutama grafitasi dapat meratakn bulatan menjadi kubangan atau lautan.

Kita dapat menyatakan efek permukaan dalam bahasa fungsi Helmoholtz dan Gibbs. Hubungan antara fungsi-fungsi ini dan luas permukaan adalah kerja yang diperlukan untuk mengubah sejumlah tertentu dan luas kenyataan bahwa pada kondisi yang berbeda, dA dan dG sama dengan kerja yang dilakukan dalam mengubah energy sistem. Kerja yang dilakukan dalam mengubah sangat kecil dG luas permukaan suatu sampel sebanding dengan dG, dan kita menuliskannya :

dw = γdG

Koefisien γ disebut tegangan permukaan, dimensinya adalah energy luas (JM^-2), walaupun demikian, nilai γ biasanya dilaporkan dalam NM^-1. Pada volume dan tempeatur tetap, kita dapat mengenal kerja pembentukan permukaan dengan perubahan fungsi Helmholtz dan memisahkannya :

dA = γdG

karena fungsi Helmholtz ( dA< 0 ) jika luas permukaan berkurang ( dG < 0 ), maka secara alamiah permukaan mempunyai kecenderungan untuk menyurut. Ini adalah cara yang lebih formal untuk menyatakan apa yang sudah dijelaskan di atas ( Atkins, 1993 : 160 ).

Sudut kontak ( ɵ ) didefinisikan sebagai sudut yang dibuat oleh permukaan tetesan dengan permukaan padatan. Sudut kontak dihitung dari persamaan

γpadat = γpadat-cair + γcair cos ɵ

Dimana γpadat dan γcair masing-masing adalah tegangan permukaan padatan dan cairan, γpadat-cair adalah tegangan permukaan (tegangan antar muka) antara permukaan padat dan permukaan cair. Jika masing-masing tidak saling melarutkan ( Dogra, 2008 : 215 ).

Tegangan dalam permukaan ini adalah gaya persatuan panjang yang harus diberikan sejajar pada permukaan untuk mengimbangi tarikan ke dalam. Gaya ini tegangan permukaan mempunyai satuan dyne/cm dalam satuan gas. Hal ini analog dengan keadaan yang terjadi bila suatu objek yang menggantung di pinggir jurang pada seutas tali ditarik ke atas oleh seseorang memegang tali tersebut dan berjalan menjaauhi seutas tali ( Martin, 1990 : 426 ).

Menurut Kosman (2005: 325) pengukuran tegangan permukaan dapat dilakukan dengan beberapa metode antara lain :

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 egangan antar muka. Gaya yang dibutuhkan untuk melepaskan cincin dalam hal ini diberikan oleh kawat torsi yang dinyatakan dalam dyne.

b. Metode kenaikan kapiler

Metode ini hanya digunakan untuk menentukan tegangan suatu zat cair dan tidak dapat digunakan untuk menentukan tegangan antar permukaan dua zat cair yang tidak bercampur. Bila pipa kapiler dimasukkan ke dalam suatu zat cair, maka zat tersebut akan naik ke dalam pipa sampai gaya gesek ke atas diseimbangkan oleh gaya gravitasi ke bawah akibat berat zat cair.

Walaupun istilah ini akan dipakai dalam penentuan tegangan permukaan. Karena setiap artikel zat, apabila itu akteri, sel, koloid, granul atau manusia, mempunyai suatu antar muka pada batas sekelilingnya, maka pada topic ini memang penting. Tegangan permukaan adalah gaya persatuan panjang yang terdapat antar dua muka fase cair yang tidak bercampur, sedangkan tegangan permukaan adalah gaya persatuan panjang bisa juga digambarkan dengan suatu rangkat kawat tiga sisi dimana suatu bidang datar bergerak diletakkan. ( Martin, 1990 : 430).

D. Alat dan Bahan

1. Alat

No	Nama Alat	Kategori	Gambar	Fungsi
1	Tensiometer Du-Nouy	2	$Description: C:\Users\Acer\Documents\kimia\kimfis\gambar ,Tensiometer Du Nouy - Google Search_files\images_019.jpg$	- Mengukur tegangan permukaan ataupun tegangan antar muka
2	Termometer	1	$Description: E:\MATERI KULIAH\FITRIANI\GAMBAR ALAT PRAKTIKUM\ALAT PRAKTIKUM\lab-thermometer.jpg$	- Untuk mengukur suhu larutan yang di gunakan
3	Gelas Kimia	1	$Description: E:\MATERI KULIAH\FITRIANI\GAMBAR ALAT PRAKTIKUM\ALAT PRAKTIKUM\gelaskimia.jpg$	- Digunakan sebagai wadah dari suatu larutan dan membuat larutan
4	Neraca Analitik	2		- Digunakan untuk menimbang bahan
5	Gelas Ukur	1		- Digunakan untuk mengukur larutan
6	Pembakar Bunsen	1	$Description: E:\MATERI KULIAH\FITRIANI\GAMBAR ALAT PRAKTIKUM\ALAT PRAKTIKUM\DSC02535.JPG$	- Untuk pembakaran suatu alat atau bahan

2. Bahan

No	Nama Bahan	Kategori	Sifat Fisik	Sifat Kimia
1	Alkohol	Khusus	- Titik cair dan titik didihnya meningkat sesuai dengan bertambahnya Mr alkanol - cairan tidak berwarna (jernih)	- Mudah terbakar - Bersifat heteropolar - mudah larut dalam air dan berbau khas
2	Aseton	Khusus	- berat jenis 0,787 g/mL - titik didih 56oC - titik beku -95oC - tidak berwarna -memiliki berat molekul 58 g/mol	- tidak bercampur dengan air - larut dalam eter dan alcohol - merupakan asam lemah - mudah terbakar - berbau khas - volatile (mudah menguap) beracun
3	Aquadest	Umum	- cairan bening tak berwarna - titik didih 100⁰C - titik lebur 0⁰C (273,15 K)	- pelarut polar merupakan ion H⁺ , yang berasosiasi dengan OH^-
4	MgCl₂	Khusus	- Rapat massa 1,738 gram/cm3 - Massa atom relatimya 24, - dan nomor atomnya 12.	- logam yang kuat, putih keperakan, - akan menjadi kusam jika dibiarkan pada udara.
5	NaCl	Khusus	- penampilan: Solid. (Bubuk kristal padat.) - Berat Molekul: 58,44 g / mol - Warna: Putih. - pH (1% soln / air): Netral 7 - Titik Didih: 1413 ° C (2575,4 ° F) - Melting Point: 801 °C (1473,8 ° F) Spesifik Gravity: 2.165	- Bau: Sedikit. - Rasanya: Garam. - Mudah larut dalam air dingin, air panas. - Larut dalam gliserol, dan amonia. - Sangat sedikit larut dalam alkohol. - tidak larut dalam Asam klorida.
6	Benzena	Khusus	- Benzena merupakan senyawa yang tidak berwarna. - Benzena berwujud cair pada suhu ruang (270C). - Titik didih benzena : 80,10C, - Titik leleh benzena : -5,50C	- Benzena tidak dapat larut air tetapi larut dalam pelarut nonpolar - Benzena merupakan cairan yang mudah terbakar mempunyai bau yang manis

Prosedur Kerja

1. Kalibrasi alat

Cincin Du Nouy

Menggunakan pinset untuk memegang cincin

Membersihkan cincin dengan mencelupkannya kedalam alkohol

Membakar sebentar dengan pembakar bunsen

Menggunakan cincin pada lengan torsi

Alat siap digunakan

2. Untuk mengukur tegangan permukaan

Memasukkan masing-masing kedam gelas kimia

Meletakkan diatas penyangga

Menaikkan penyangga cupikan sampai cincin tercelup ± 0,5 cm dari permukaan

Membebaskan lengan torsi dan menunjukkan pembaca pada kedudukan nol dan menghimpitkan bayangan dengan garis pembanding pada cermin serta tetap mencelupkannya

Menurunkan penyangga cuplikan secara perlahan sehingga cincin tetap tercelup

Memutar penyangga cuplikan dan penbaca skala secara bersamaan dan memperhatikan penujuk tepat pada garis tengah cermin hingga film pecah

Rata – rata tegangan permukaan alkohol 20,3 dyne, aseton 27,6 dyne, aquadest 51,3 dyne, benzena16 dyne, bezena + air 15 dyne, MgCl₂35 dyne dan NaCl 36,3 dyne

Membaca skala pada saat film cairan pecah memperhatikan faktor kalibrasi

F. Hasil Pengamatan dan Perhitungan

1. Hasil Pengamatan

Ø Mengukur Tegangan Permukaan

Perlakuan	Pengamatan
Kalibrasi 1. Mencelupkan cincin du-nouy ke dalam gelas kimia yang berisi alkohol 2. Membakar cincin du-nouy 3. Memasukkan kembali cincin, ke dalam alkohol atau secara perlahan memutar skala secara bersamaan sampai permukaan pecah (larutan) dengan membaca skala	- Cincin tercelup dan basa dengan alkohol - Cincin berwarna merah - Tegangan permukaan; 21,20,20 dyne - Rata-rata 20,3 dyne
Kalibrasi 1. Mencelupkan cincin du-nouy ke dalam gelas kimia yang berisi alkohol 2. Membakar cincin du-nouy 3. Memasukkan kembali cincin, ke dalam aquades atau secara perlahan memutar skala secara bersamaan sampai permukaan pecah (larutan) dengan membaca skala	- Cincin tercelup dan basa dengan alkohol - Cincin berwarna merah - Tegangan permukaan; 51, 51, 52 dyne - Rata-rata 51,3 dyne
Kalibrasi 1. Mencelupkan cincin du-nouy ke dalam gelas kimia yang berisi alkohol 2. Membakar cincin du-nouy 3. Memasukkan kembali cincin, ke dalam benzena atau secara perlahan memutar skala secara bersamaan sampai permukaan pecah (larutan) dengan membaca skala	- Cincin tercelup dan basa dengan alkohol - Cincin berwarna merah - Tegangan permukaan; 16, 16, 16 dyne - Rata-rata 16 dyne
Kalibrasi 1. Mencelupkan cincin du-nouy ke dalam gelas kimia yang berisi alkohol 2. Membakar cincin du-nouy 3. Memasukkan kembali cincin, ke dalam asetat atau secara perlahan memutar skala secara bersamaan sampai permukaan pecah (larutan) dengan membaca skala	- Cincin tercelup dan basa dengan alkohol - Cincin berwarna merah - Tegangan permukaan; 27, 28, 28 dyne - Rata-rata 27,6 dyne
Kalibrasi 1. Mencelupkan cincin du-nouy ke dalam gelas kimia yang berisi alkohol 2. Membakar cincin du-nouy 3. Memasukkan kembali cincin, ke dalam aseton atau secara perlahan memutar skala secara bersamaan sampai permukaan pecah (larutan) dengan membaca skala	- Cincin tercelup dan basa dengan alkohol - Cincin berwarna merah - Tegangan permukaan; 16, 16, 17 dyne - Rata-rata 16,3 dyne
Kalibrasi 1. Mencelupkan cincin du-nouy ke dalam gelas kimia yang berisi alkohol 2. Membakar cincin du-nouy 3. Memasukkan kembali cincin, ke dalam NaCl atau secara perlahan memutar skala secara bersamaan sampai permukaan pecah (larutan) dengan membaca skala	- Cincin tercelup dan basa dengan alkohol - Cincin berwarna merah - Tegangan permukaan; 36, 36, 37 dyne - Rata-rata 36,3 dyne
Kalibrasi 1. Mencelupkan cincin du-nouy ke dalam gelas kimia yang berisi alkohol 2. Membakar cincin du-nouy 3. Memasukkan kembali cincin, ke dalam MgCl₂atau secara perlahan memutar skala secara bersamaan sampai permukaan pecah (larutan) dengan membaca skala	- Cincin tercelup dan basa dengan alkohol - Cincin berwarna merah - Tegangan permukaan; 35, 35, 35 dyne - Rata-rata 35 dyne

Ø Mengukur Rapat Massa

Perlakuan	Pengamatan
1. Menimbang piknometer kosong 2. Memasukkan masing-masing larutan ke dalam piknometer sampai penuh kemudian menimbang masing-masing larutan yang telah diisi di dalam piknometer	- Berat piknometer kosong: 11,4170 g - Berat piknometer + alkohol: 21,2421 g - Berat piknometer + aseton: 19,2784 g - Berat piknometer + aquades: 21,2869 g - Berat piknometer + benzena: 20,2219 g - Berat piknometer + benzena + air: 21,2245 g - Berat piknometer + MgCl₂: 21,6313 g - Berat piknometer + NaCl: 21,6822 g

2. Perhitungan

a. Penentuan γi dan perbandingan γ terhadapa cairan murninya

- Tegangan permukaan aquadest + benzena γi

γi = 15 dyne/cm³

- Tegangan permukaan aquadest

γi = 51,3 dyne/cm³

- Perbandingan γi : γ aquadest

γi : γ aquadest

15 dyne/cm³ : 51,3 dyne/cm³

1 : 3

- Perbandingan γi : γ benzena

γi : γ benzena

15 dyne/cm³ : 16 dyne/cm³

1 : 1

b. Penentuan rapat massa zat murni dan campuran

- Aquades

Pikno kosong: 11,4170 g

Pikno isi: 21,2869 g

ρ =

ρ = 0,98699 g/mL

- MgCl₂

Pikno kosong: 11,4170 g

Pikno isi: 21,6313 g

ρ =

ρ = 1,02143 g/mL

- Aseton

Pikno kosong: 11,4170 g

Pikno isi: 19,2784 g

ρ =

ρ = 0,78614 g/mL

- Alkohol

Pikno kosong: 11,4170 g

Pikno isi: 21,2421 g

ρ =

ρ = 0,98251 g/mL

- Benzena

Pikno kosong: 11,4170 g

Pikno isi: 20.221 g

ρ =

ρ = 0,8804 g/mL

- Benzena + air

Pikno kosong: 11,4170 g

Pikno isi: 21,2245 g

ρ =

ρ = 0,98075 g/mL

- NaCl

Pikno kosong: 11,4170 g

Pikno isi: 21,2869 g

ρ =

ρ = 1,02652 g/mL

c. Penentuan Gaya (F)

- Aquades

ρ = m/v

m = ρ x v

m = 0,98699 g/mL x 10 mL

m = 1,02652 g

maka:

F = m x g

F = 9,8699 g x 980 cm/s²

F = 9672,502 dyne

- Aseton

m = ρ x v

m = 0,78614 g/mL x 10 mL

m = 7,8614 g

maka:

F = m x g

F = 7,8614 g x 980 cm/s²

F = 7704,172 dyne

- Alkohol

m = ρ x v

m = 0,98251 g/mL x 10 mL

m = 9,8251 g

maka:

F = m x g

F = 9,8251 g x 980 cm/s²

F = 9628,598 dyne

- Benzena

m = ρ x v

m = 0,8804 g/mL x 10 mL

m = 8,804 g

maka:

F = m x g

F = 8,804 g x 980 cm/s²

F = 8627,92 dyne

- MgCl₂

m = ρ x v

m = 1,0214 g/mL x 10 mL

m = 10,2143 g

maka:

F = m x g

F = 10,2143 g x 980 cm/s²

F = 10,010 dyne

- NaCl

m = ρ x v

m = 1,02652 g/mL x 10 mL

m = 10,26562 g

maka:

F = m x g

F = 10,26562 g x 980 cm/s²

F = 10,059 dyne

- Benzena + Alkohol

m = ρ x v

m = 0,98075 g/mL x 10 mL

m = 9,8075 g

maka:

F = m x g

F = 9,8075 g x 980 cm/s²

F = 9611,35 dyne

d. Penentuan Faktor Koreksi (Fr)\

~ c = 2π R ~ R = 5,992 cm

c = 2 (3,14) (5,992 cm) R/R = 53,6

c = 37,6278 cm v =

= 0,112 cm

- Aquadest

ρ = 51,3 dyne

Fr = 0,7250 +

+ 0,04534 -

Fr = 0,7250 +

+ 0,04534 -

Fr = 0,7250 +

+ 0,04534 -

Fr = 0,7250 +

+ 0,4534 – 0,0314

Fr = 0,7250 + 0,0702 + 0,422

Fr = 0,7952

- Aseton

ρ = 27,6 dyne

Fr = 0,7250 +

+ 0,04534 -

Fr = 0,7250 +

+ 0,04534 -

Fr = 0,7250 +

+ 0,4534 – 0,0314

Fr = 0,7250 + 0,0515 + 0,422

Fr = 1,662

- Alkohol

ρ = 20,3 dyne

Fr = 0,7250 +

+ 0,04534 -

Fr = 0,7250 +

+ 0,04534 -

Fr = 0,7250 +

+ 0,45334 – 0,0314

Fr = 0,7250 + 0,0527 + 0,422

Fr = 1,1997

- Benzena

ρ = 16 dyne

Fr = 0,7250 +

+ 0,04534 -

Fr = 0,7250 +

+ 0,04534 -

Fr = 0,7250 +

+ 0,45334 – 0,0314

Fr = 0,7250 + 0,0469 + 0,422

Fr = 1,1938

- MgCl₂

ρ = 35 dyne

Fr = 0,7250 +

+ 0,04534 -

Fr = 0,7250 +

+ 0,04534 -

Fr = 0,7250 +

+ 0,45334 – 0,0314

Fr = 0,7250 + 0,0580 + 0,422

Fr = 1,205

- NaCl

ρ = 36,3 dyne

Fr = 0,7250 +

+ 0,04534 -

Fr = 0,7250 +

+ 0,04534 -

Fr = 0,7250 +

+ 0,45334 – 0,0314

Fr = 0,7250 + 0,7260 + 0,422

Fr = 1,873

- Benzena + Aquades

ρ = 15 dyne

Fr = 0,7250 +

+ 0,04534 -

Fr = 0,7250 +

+ 0,04534 -

Fr = 0,7250 +

+ 0,45334 – 0,0314

Fr = 0,7250 + 0,12 + 0,422

Fr = 1,267

e. Penentuan Nilai γ Masing-masing Larutan

- Aquadest

γ =

x Fr

x 0,7952

= 102,200

- Aseton

γ =

x Fr

x 1,662

= 170,135

- Alkohol

γ =

x Fr

x 1,1907

= 153,487

- Benzena

γ =

x Fr

x 1,1907

= 136,845

- MgCl₂

γ =

x Fr

x 1,205

= 160,273

- NaCl

γ =

x Fr

x 1,873

= 250,362

- Benzena + Air

γ =

x Fr

x 1,267

= 161,807

G. Pembahasan

Tegangan permukaan adalah gaya yang diakibatkan oleh suatu benda yang bekerja pada permukaan zat cair sepanjang permukaan yangmenyentuh benda itu. Apabila F = gaya dan L = panjanng, maka tegangan permukaan S, dapat dituli S=F/L. penyebab terjadinya tegangan permukaan adalah apabila partikel A dalam zat cair ditarik oleh gaya sama besar kesegalah arah oleh partikel-partikel didekatnya. Partikel B dipermukaan zat cair hanya ditarik oleh partikel-partikel disamping dan dibawahnya, hingga pada permukaan zat cair terjadi tarikan kebawah.

Pada percobaan ini menggunakan metode tensiometer du nouy. Metode ini dapat digunakan untuk mengukur tegangan permukaan atau tegangan antarmuka. Prinsip dari alat ini adalah gaya yang diperlukan yntuk melepaskan suatu cincin platina-iriddium yang dicelupkan pada permukaan atau pada antarmuka sebanding dengan tegangan permukaan atau tegangan antarmuka dari cairan tersebut.

Langkah awal yang dilakukan dalah kalibrasi alat yaitu dengan mencelupkan cincin du nouy kedalam gelas kimia yang berisi alcohol. Hal ini dilakukan untuk membersihkan cincin tersebut, selanjutnya membakar cincin tersebut sampai berwarna merah. Setelah itu cincin dicelupkan kembali ke alcohol dan secara perlahan memutar skala secara bersamaan sampai permukaan larutan pecah,kemudian membaca skala. Perlakuan ini berlaku untuk semua sampel yaitu aseton, benzene, MgCl2. NaCl, aquades dan benzene+air, tapi sebelum dicelupkan pada setiap sampel terlebih dahulu dibersihkan dengan alcohol lalu dibakar sampai berwarna merah.

Dari proses ini diperoleh data (rata-rata dari tiap sampel) yaitu alcohol = 27 dyne, aseton = 26,3 dyne, aquades = 79 dyne, MgCl2 = 69,6 dyne, NaCl = 80 dyne, benzene = 30,6 dyne dan benzene+air = 26 dyne.

Selanjutnya menghitung rapat massa dari setiap sampel yaitu dengan berat piknometer yang berisi sampel dikurangi berat piknometer kosong dibagi dengan volume piknometer. Selanjutnya menentukan factor koreksi, untuk menentukan factor koreksi harus mengambil nilai tegangan permukaan air pada literature yaitu 72,8 dyne/cm (γ air diketahui dari literature Alfred martin).

H. Kesimpulan

1. Pada percobaan ini menggunakan metode tensiometer du nouy

2. Setiap sampel nilai tegangannya berbeda- beda

3. Untuk mencari factor koreksi zat murni dan zat yang tidak saling larut menggunakan rumus yang berbeda.

DAFTAR PUSTAKA

Atkins, P. W. 1993. Kimia Fisika. Erlangga : Jakarta

Dogra, Sk. 2008. Kimia Fisik dan Soal-Soal. UI-Press : Jakarta

Kosman, R. dkk. 2006. Bahan Ajar Farmasi Fisika. Universitas Muslim Indonesia : Makassar

Martin, Alfred. 1993. Farmasi Fisika Edisi III. Universitas Indonesia Press : Jakarta

Cari Blog Ini

Tugas Kuliah

Praktikum Kimia Fisik I (Tegangan Permukaan Cairan (cara cincin Du Nouy)

Komentar

Posting Komentar