laporan praktikum x

Upload: dewa-ayu-prapti

Post on 16-Oct-2015

138 views

Category:

Documents


4 download

DESCRIPTION

laporan

TRANSCRIPT

LAPORAN PRAKTIKUM XMETODA DU-NOUY UNTUK MENENTUKAN TEGANGAN PERMUKAAN ()

A. TUJUAN Menentukan tegangan permukaan cairan/cairan (O/W) Memperhatikan efek surface active agent terhadap B. DASAR TEORIDi dalam zat cair, satu molekul dikelilingi oleh molekul-molekul lainnya yang sejenis dari segala arah sehingga gaya tarik menarik sesama molekulnya (gaya kohesi), sama besar. Pada permukaan zat cair terjadi gaya tarik menarik antara molekul cairan dengan molekul udara (adhesi). Gaya adhesi lebih kecil bila dibandingkan dengan gaya kohesi sehingga molekul di permukaan zat cair cenderung tertarik ke arah dalam. Tetapi hal ini tidak terjadi karena adanya gaya yang bekerja sejajar dengan permukaan zat cair yang mengimbangi besarnya gaya kohesi antar molekul di dalam zat cair terhadap molekul sejenisnya dipermukaan. Akibatnya molekul tersebut berada di permukaan. Gaya ini disebut tegangan permukaan. Atau dengan kata lain tegangan permukaan didefinisikan sebagai gaya F persatuan panjang L yang harus diberikan sejajar pada permukaanuntuk mengimbangi tarikan dalam.Sedangkan tegangan antar permukaan adalah tegangan pada antar permukaan dua cairan yang tidak bercampur atau antara permukaan zat padat dengan cairan. Simbol yang digunakan untuk tegangan permukaanadalah dan satuannya adalah dyne cm-1 (Hendra, 2002).

dimana, = tegangan permukaan F = gaya L = panjang keliling permukaan selaput fluida 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. Sebagai contoh, akan ditinjau cairan yang berada di dalam sebuah wadah seperti berikut.

Gambar 1. Gaya Tarik Molekul-molekul dalam CairanSebagai contoh, ketika sebuah klip (penjepit kertas) diletakkan secara hati-hati pada permukaan air di dalam gelas, maka klip tersebut tidak akan tengggelam. Ketika klip diletakan secara hati-hati ke atas permukaan air, molekul-molekul air yang terletak di permukaan agak ditekan oleh gaya berat klip tersebut, sehingga molekul-molekul air yang terletak di bawah memberikan gaya pemulih ke atas untuk menopang klip tersebut. Adanya tegangan permukaan cairan juga menjadi alasan mengapa serangga bisa mengapung di atas air.Efek permukaan dapat dinyatakan dalam bahasa fungsi Helmholt dan Gibbs. Hubungan antara fungsi-fungsi ini dan luas permukaan adalah kerja yang diperlukan untuk mengubah sejumlah tertentu luas ini dan luas permukaan adalah kerja yang diperlukan untuk mengubah sejumlah tertentu luas ini dan kenyataan bahwa pada kondisi berbeda dA dan dG sama dengan kerja yang dilakukan dalam mengubah energi sistem. Kerja yang dilakukan dalam mengubah sangat kecil d luas permukaan suatu sampel sebanding dengan d (dw = do). Koefisien disebut dengan tegangan permukaan (erg/cm2 atau J/m2). Pada volume dan temperatur tetap, kerja pembentukan permukaan dapat dikenali dengan perubahan fungsi Helmholtz (yang dinyatakan dengan dA = d. Karena fungsi Helmholtz berkurang (d < 0), maka secara alamiah permukaan cenderung untuk menyusut atau menkerut dan menyebabkan permukaan cairan seakan-akan menjadi tegang (Sukardjo, 1997). Jadi, tegangan muka adalah gaya (dyne) yang bekerja sepanjang 1 cm pada permukaan zat cair.Pengukuran tegangan permukaan atau tegangan antar muka dapat dilakukan dengan 2 cara yaitu :1. Metode kenaikan kapilerTegangan permukaan diukur dengan melihat ketinggian air/cairan yang naik melalui suatu kapiler. Metode kenaikan kapiler hanya dapat digunakan untuk mengukur tegangan permukaan tidak bisa untuk mengukur tegangan antar muka.2. Metode tersiometer Du-NouyMetode cincin Du-Nouy bisa digunakan untuk mengukur tegangan permukaan ataupun tegangan antar muka. Prinsip dari alat ini adalah gaya yang diperlukan untuk melepaskan suatu cincin platina iridium yang dicelupkan pada permukaan sebanding dengan tegangan permukaan atau tegangan antar muka dari cairan tersebut.Pada percobaan tegangan permukaan atau antar muka ini metode yang digunakan yakni tensiometer Du-Nouy dimana Metode cincin Du-Nouy bisa digunakan untuk mengukur tegangan permukaan ataupun tegangan antar muka. Untuk penentuan tegangan permukaan saja dapat menggunakan metode kenaikan kapiler. Sedangkan prinsip dari alat ini adalah gaya yang diperlukan untuk melepaskan suatu cincin platina iridium yang dicelupkan pada permukaan sebanding dengan tegangan permukaan atau tegangan antar muka dari cairan tersebut. Adapun rangkaian alat yang digunakan dalam percobaan ini yaitu:

(Sumber: Universitas Negeri Surabaya, 2002)

Keterangan:1. Cincin Metal2. Air 3. Gelas beaker4. Laboratory stand dan Statif 5. Selang plastik6. Dynamometer 0,1 NPada dasarnya tegangan permukaan suatu zat cair dipengaruhi oleh beberapa faktor diantaranya suhu dan zat terlarut. Dimana keberadaan zat terlarut dalam suatu cairan akan mempengaruhi besarnya tegangan permukaan terutama molekul zat yang berada pada permukaan cairan berbentuk lapisan monomolecular yang disebut dengan molekul surfaktan.Besarnya gaya ke bawah akibat tegangan permukaan diukur.F = 4RDimana merupakan tegangan muka; nilai adalah sebesar 3,14; R adalah jari-jaari cincin; dan F adalah gaya untuk memisahkan permukaan cairan. Pada saat cincin lepas, dapat dituliskan persamaan:F1 = F2F1 = 4R

Oleh karena tegangan permukaan merupakan perbandingan antara Gaya tegangan permukaan dengan satuan panjang, maka satuan tegangan permukaan adalah Newton per meter (N/m) atau dyne per centimeter (dyn/cm).1 dyn/cm = 10-3 N/m = 1 mN/mMetode Du-Nouy selain untuk mengukur tegangan muka, juga dipakai untuk mengukur tegangan muka antara dua fasa cair, misalnya tegangan muka antara minyak dengan air. Dengan metode Du-Nouy, cincin logam yang digunakan pada permukaan cairan diangkat ke atas dengan memakai torsion wire. Gaya yang diperluakn untuk tepat memutuskan film cairan diukur pada skala yang dihubungkan dengan torsion wire tersebut (Bird, 1986).Untuk sistem ideal, gaya baru bisa memutuskan film cairan bila besarnya sama dengan 4R. Persamaan ini hanya berlaku untuk cairan yang mempunyai sudut kontak () sama dengan nol. Dalam prakteknya bentuk cairan film yang diangkat lingkaran logam berbeda dari sistem ideal dan mempengaruhi harga tegangan permukaan yang diperoleh, sehingga diperlukan faktor koreksi yang berkisar antara 0,751,02.Emulsifier atau zat pengemulsi didefinisikan sebagai senyawa yang mempunyai kemampuan aktivitas pemukaan (surface activity agents) sehingga dapat menurunkan tegangan permukaan (surface tension) cairan. Detergen sintesis modern didesain untuk meningkatkan kemampuan air membasahi kotoran yang melekat pada pakaian, yaitu dengan menurunkan tegangan permukaan air. Misalnya, air murni tidak membasahi dan bentuk butiran air ini tidak banyak berubah, tetapi tetes air yang mengandung detergen (surfaktan) akan membasahi lilin dan butir air akan menyebar (luas permukaan bertambah). Suhu mempengaruhi nilai tegangan permukaan. Umumnya ketika terjadi kenaikan suhu, nilai tegangan permukaan mengalami penurunan. Hal ini disebabkan karena ketika suhu meningkat, molekul cairan bergerak semakin cepat sehingga pengaruh interaksi antar molekul cairan berkurang. Akibatnya nilai tegangan permukaan juga mengalami penurunan.

C. ALAT DAN BAHANAlat dan bahan yang digunakan :AlatJumlah BahanKeterangan

Cawan PetriGelas kimia 100 mLBatang PengadukTensiometer Du-NouySpatulaLabu ukur 100 mL2 buah4 buah1 buah1 set1 buah1 buahAquades Detergen (so Klin Softergent)Minyak gorengKloroform500 mL0,308 gram100 mL100 mL

D. PROSEDUR DAN HASIL PENGAMATANProsedur kerjaHasil pengamatan

1. Larutan murni

a. Aquades dimasukkan sampai memenuhi cawan petri kemudian alat dirangkai seperti gambar disamping. Cincin dengan dinding cawan dijaga agar tidak saling bersentuhan kemudian skala pada tensiometer pada tarikan pertama diamati.

b. Skala yang ditunjukkan tensiometer dicatat. Pengamatan berulang-ulang dilakukan untuk mendapatkan hasil yang akurat. Prosedur kerja 1 (a) dan 1 (b) diulang untuk larutan murni lainnya yaitu kloroform dan minyak. Sebanyak 50 mL aquades dimasukkan ke dalam cawan petri. Alat dirangkai seperti gambar di bawah ini dan cincin logam dijaga agar tidak saling bersentuhan dengan dinding cawan petri.

Gambar 1. Rangkaian Alat Skala yang ditunjukkan tensiometer untuk aquades sebesar 10 mN

Gambar 2. Skala Tensiometer untuk Aquades Skala yang ditunjukkan tensiometer untuk kloroform sebesar 6 mN Gambar 3. Skala Tensiometer untuk Kloroform Skala yang ditunjukkan tensiometer untuk minyak goreng 8 mN

Gambar 4. Skala Tensiometer untuk Minyak Goreng

2. Larutan detergen

Detergen bubuk yang akan digunakan disiapkan, dimana detergen ditimbang masingmasing sebanyak 0,05 g; 0,10 g dan 0,15 g.

Masing-masing detergen yang massanya berbeda tersebut dilarutkan ke dalam aquades hingga volumenya 100 mL. Sehingga mendapatkan larutan detergen dengan tiga konsentrasi yang berbeda yaitu 0,05%; 0,10% dan 0,15%.

Perlakuan yang sama ditunjukkan pada masing-masing larutan detergen seperti pada langkah 1(a) dan 1(b). skala yang ditunjukkan dicatat. Detergen yang digunakan dalam percobaan ini adalah so Klin Softergent berupa bubuk berwarna putih yang ditimbang masing-masing sebanyak 0,054, gram 0,104 gram dan 0,150 gram

Gambar 5. Detergen dengan massa 0,054 g

Gambar 6. Detergen dengan massa 0,104 g

Gambar 7. Detergen dengan massa 0,150 g

Masing-masing detergen dengan massa yang berbeda tersebut dilarutkan dalam aquades hingga volumenya 100 mL sehingga didapatkan larutan detergen dengan konsentrasi 0,05%; 0,10% dan 0,15% yang berupa larutan putih keruh.

Gambar 8. Larutan Detergen dengan Konsentrasi 0,05%; 0,10% dan 0,15%.

Larutan detergen dengan konsentrasi 0,05%; 0,10% dan 0,15% tersebut selanjutnya diukur dengan tensiometer. Adapun skala yang ditunjukkan tensiometer untuk masing-masing larutan detergen adalah konsentrasi 0,05% (6 mN), konsentrasi 0,10% (5 mN), dan konsentrasi 0,15% (4 mN).

3. Campuran Minyak dan Air

a. Sebanyak 30 mL air ditambahkan dengan minyak sebanyak 12,5 mL pada cawan petri.

b. Cincin logam dicelupkan ke dalam campuran air dan minyak pada bagian perbatasan antara lapisan minyak dengan air. Skala yang ditunjukkan tensiometer dicatat. Sebanyak 30 mL aquades ditambahkan 12,5 mL minyak goreng sehingga terbentuk 2 lapisan yang tidak saling melarutkan, minyak berada di lapisan atas dan air berada di lapisan bawah. Campuran minyak dan air selanjutnya diukur dengan tensiometer. Skala yang ditunjukkan oleh tensiometer untuk campuran minyak dan air adalah 9 mN.

Gambar 9. Skala Tensiometer untuk Campuran Minyak Goreng dan Air

4. Campuran Air dan Kloroform

a. Sebanyak 15 mL air di atas cawan petri ditambahkan 10 mL kloroform pada 3 mL air yang telah ditempatkan pada cawan petri.

b. Cincin logam dicelupkan ke dalam campuran air dan kloroform pada bagian perbatasan antara lapisan air dan kloroform. Skala yang ditunjukkan tensiometer dicatat.

.- Sebanyak 15 mL aquades ditambahkan dengan 10 mL kloroform sehingga terbentuk 2 lapisan yang tidak saling melarutkan, air berada di lapisan atas dan kloroform berada di lapisan bawah. Campuran air dan kloroform selanjutnya diukur dengan tensiometer. Skala yang ditunjukkan oleh tensiometer untuk campuran air dan kloroform adalah 6 mN.

Gambar 10. Skala Tensiometer untuk Campuran Air dan Kloroform

Hasil pengamatan Diameter cincin aluminium:No.ZatSuhu (oC)Berat jenisF (mN)

1.Air 281 ,0010

2.Minyak goreng280,9118

3.Kloroform 281,476

4.Larutan Detergen 0,05%281,006

5.Larutan Detergen 0,1%281,005

6. Larutan Detergen 0,15%281,004

7.Campuran air dan koroform281,00/1,476

8.Campuran air dan minyak281,00/0,9119

E. ANALISIS DAN PEMBAHASANE.1 AnalisisPerhitungan Tegangan Permukaan Diameter cincin yang digunakan dalam percobaan adalah 6 cm (R = 3 cm). Rumus yang digunakan:F = m.g

F = 4R .

a. Cairan MurniAquades (F = 10 mN)

Kloroform (F = 6 mN)

Minyak Goreng (F = 8 mN)

b. Larutan DetergenDetergen 0,05% (F = 6 mN)

Detergen 0,1% (F = 5 mN)

Detergen 0,15% (F = 4 mN)

c. Campuran Air dan kloroform (F = 6 mN)

Air dan minyak (F = 9 mN)

E.2 PembahasanPada praktikum ini dilakukan pengukuran tegangan permukaan dari beberapa cairan. Adapun cairan yang diukur tegangan permukaannya adalah aquades, minyak goreng, kloroform, serta diukur pula pengaruh surfaktan terhadap tegangan permukaan. Secara teoritis, tegangan permukaan merupakan gaya per satuan panjang pada permukaan yang melawan ekspansi dari luas permukaan. Tegangan permukaan dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut.

F = 4R . Adanya tegangan permukaan pada suatu cairan diakibatkan karena kerja gaya kohesi yang terjadi antar molekul zat cair yang ada pada permukaan dengan di sebelah dalamnya. Sebagai akibat gaya tersebut maka zat cair akan mengalami penurunan luas permukaan. Tegangan permukaan ini diukur dengan alat tensiometer dimana tensiometer merupakan alat yang digunakan untuk mengukur besarnya gaya untuk memisahkan cincin dari cairan atau larutan. Diameter cincin yang digunakan dalam percobaan adalah 6 cm (R = 3 cm). Praktikum ini terdiri dari beberapa tahapan, tahapan pertama yang dilakukan adalah pengukuran tegangan permukaan dari cairan murni yaitu aquades, kloroform, dan minyak goreng. Pengukuran tegangan permukaan ini dilakukan dengan suhu ketiga cairan adalah 28oC. Berdasarkan hasil pengamatan, gaya yang diperlukan untuk memisahkan cincin dari ketiga cairan murni (aquades, kloroform, dan minyak goreng) ini berturut-turut adalah 10 mN, 6 mN, dan 8 mN, sehingga tegangan permukaan dari ketiga cairan ini adalah 26,5 gr/s2; 15,9 gr/s2; dan 21,2 gr/s2 (perhitungan dapat dilihat pada analisis). Secara teoritis, tegangan permukaan suatu cairan berbanding terbalik dengan luas permukaan cairan, dengan demikian dapat diketahui bahwa luas permukaan aquades lebih kecil dibandingkan luas permukaan kloroform dan minyak goreng. Kecilnya luas permukaan air ini disebabkan karena kuatnya interaksi antara molekul-molekul air. Molekul air (H2O) adalah molekul polar dengan atom O yang bersifat elektronegatif dan mampu membentuk ikatan hidrogen dengan atom H dari molekul air yang lain (ikatan antar molekul). Hal inilah yang menyebabkan gaya tarik antar molekul air sangat kuat sehingga luas permukaannya kecil. Oleh karena itu tegangan permukaan air besar, sedangkan molekul kloroform dan minyak merupakan senyawa yang bersifat nonpolar. Sifat nonpolar pada minyak disebabkan karena adanya rantai alkil yang panjang. Rantai alkil panjang ini mengurangi keelektronegatifan atom O pada gugus karboksil sehingga gaya tarik antar molekul minyak dengan molekul minyak yang lain menjadi lebih lemah. Dengan demikian, luas permukaan minyak lebih besar dan tegangan permukaannya kecil. Begitu juga dengan senyawa kloroform yang bersifat nonpolar. Tiga buah atom Cl yang terikat pada atom C menyebabkan senyawa ini menjadi kurang polar. Dengan demikian, gaya tarik antar molekulnya lebih lemah, sehingga luas permukaan kloroform lebih besar dan tegangan permukaanya menjadi lebih kecil.Tahapan kedua yang dilakukan adalah pengukuran tegangan permukaan dari larutan detergen, dimana konsentrasi dari detergen ini divariasikan. Adapun konsentrasi larutan detergen yang diukur adalah 0,05%; 0,1%. dan 0,15%; Detergen yang digunakan pada praktikum ini adalah So Klin Softergent. Berdasarkan hasil pengamatan larutan detergen berupa larutan yang berwarna putih keruh dengan tingkat kekeruhan tertinggi terdapat pada larutan detergen 0,15%. Adapun gaya yang diperlukan untuk memisahkan cincin dari larutan detergen 0,05%; 0,1% dan 0,15%; berturut-turut adalah 6 mN, 5 mN, dan 4 mN. Berdasarkan data ini maka dapat dihitung tegangan permukaan dari ketiga larutan ini berturut-turut adalah 15,9 gr/s2; 13,2 gr/s2; dan 10,6 gr/s2 (perhitungan dapat dilihat pada analisis). Secara teoritis, antara tegangan permukaan aquades dengan larutan detergen, yang memiliki tegangan permukaan lebih besar adalah aquades. Pada pengukuran tegangan permukaan larutan detergen, penambahan detergen pada zat murni aquades dapat menurunkan tegangan permukaan zat tersebut. Hal ini disebabkan dalam detergen terkandung surfaktan yang berfungsi sebagai emulsifier. Emulsifier ini dapat meningkatkan kemampuan air (aquades) membasahi kotoran. Jika di dalamnya terkandung surfaktan, maka bentuk butiran air murni (aquades) akan berubah (menyebar).Penggunaan surfaktan ini sangatlah berguna terutama dalam hal penggunaan detergen untuk membersihkan kotoran pakaian. Bila tegangan permukaan air turun akibat penggunaan surfaktan, maka akan semakin mudah melarutkan kotoran. Dalam hal ini, makin besar konsentrasi detergen dalam larutan maka tegangan permukaan akan semakin menurun. Teori ini sesuai dengan data yang diperoleh dari praktikum, dimana larutan detergen dengan konsentrasi 0,15% memiliki tegangan permukaan yang paling kecil ( = 10,6 gr/s2) sedangkan larutan detergen dengan konsentrasi 0,05% memiliki tegangan permukaan paling besar ( = 15,9 gr/s2). Hal ini disebabkan oleh semakin tingginya konsentrasi surfaktan yang berfungsi sebagai emulsifier. Semakin banyak emulsifier, maka semakin banyak gugus aktif yang berikatan dengan molekul air sehingga gaya kohesi antar molekul air semakin berkurang. Oleh karena turunnya tegangan permukaan inilah detergen dapat digunakan untuk memisahkan kotoran yang menempel pada pakaian. Berdasarkan data tegangan permukaan ini maka detergen So Klin Softener dapat digunakan untuk memisahkan kotoran pada pakaian.Pengukuran selanjutnya dilakukan terhadap campuran antara kloroform dengan aquades dan campuran antara aquades dengan minyak. Campuran pertama yang diukur adalah campuran antara kloroform dengan aquades. Berdasarkan hasil pengamatan, campuran kloroform dan aquades membentuk 2 lapisan yang tidak saling melarutkan dengan aquades berada di lapisan atas. Hal ini dikarenakan massa jenis air lebih kecil dari kloroform ( massa jenis air adalah 1 gr/mL sedangkan massa jenis kloroform adalah 1,47 gr/mL). Adapun gaya yang terukur untuk memisahkan cincin dengan larutan adalah sebesar 6 mN sehingga tegangan permukaannya adalah sebesar 15,9 gr/s2 (perhitungan dapat dilihat pada analisis). Campuran kedua yang yang diukur adalah campuran aquades dan minyak goreng. Berdasarkan hasil pengamatan campuran ini membentuk 2 lapisan yang tidak melarutkan dengan minyak berada di atas (massa jenis air 1 gr/mL sedangkan massa jenis minyak 0,911 gr/mL). Adapun gaya yang terukur untuk memisahkan cincin dengan larutan adalah sebesar 9 mN sehingga tegangan permukaannya adalah sebesar 23,9 gr/s2 (perhitungan dapat dilihat pada analisis). Jika dibandingkan dengan tegangan permukaan air murni, maka tegangan permukaan campuran zat-zat tersebut adalah lebih kecil daripada zat murninya. Hal ini disebabkan karena pengukuran tegangan permukaan dilakukan pada perbatasan antara kedua lapisan yang tidak saling melarutkan dalam campuran air-kloroform/air-minyak goreng. Molekul-molekul kloroform dan minyak yang tersebar dalam air ini akan mengganggu daya tarik antar molekul-molekul air. Dengan demikian, gaya tarik molekul air dengan campurannya (kloroform dan minyak) akan menjadi lebih lemah dibandingkan dengan air murni. Sehingga luas permukaan campuran air dengan kloroform dan air dengan minyak akan menjadi lebih besar dan tegangan permukaan akan lebih kecil. F. SIMPULANBerdasarkan analisis data dan pembahasan, maka dapat ditarik beberapa simpulan sebagai berikut. 1. Tegangan Permukaan cairan antara lain: Tegangan permukaan air = 26,5 g/s2 Tegangan permukaan kloroform = 15,9 g/s2 Tegangan permukaan minyak goreng = 21,2 g/s2 Tegangan permukaan larutan detergen 0,05% = 15,9 g/s2 Tegangan permukaan larutan detergen 0,1% = 13,2 g/s2 Tegangan permukaan larutan detergen 0,15% = 10,6 g/s2 Tegangan permukaan campuran air + kloroform = 15,9 g/s2 Tegangan permukaan campuran air + minyak = 23,9 g/s22. Penambahan surface active agent (surfaktan) ke dalam air dapat mengurangi tegangan permukaan () air, dimana semakin besar konsentrasi surfaktan yang digunakan maka tegangan permukaan air akan semakin kecil.

DAFTAR PUSTAKAAtkins, P.W. 1999. Kimia Fisika Jilid I. Jakarta: ErlanggaBarrow, Gardon M. 1996. Physical Chemistry. USA: Mc Graw-Hill.Bird, Tony. 1987. Penuntun Praktikum Kimia Fisika untuk Universitas. Jakarta: PT Gramedia.Dogra, SK. Alih Bahasa: Umar Mansyur. 1990. Kimia Fisik dan Soal-soal. Jakarta : Universitas Indonesia Press.Retug, Nyoman dan Dewa Sastrawidana. 2004. Penuntun Praktikum Kimia Fisika. Singaraja: IKIP N Singaraja.

17