tegangan permukaan

LAPORAN PRAKTIKUM KIMIA FISIKA I

SURFACE TENSION

Di susun oleh:

k – 113 – 12 – 020 - f

NIM 1203120991

k – 113 – 12 – 028 - f

NIM 1203121034

k – 113 – 12 – 038 - f

NIM 1203121156

k – 113 – 12 – 055 - f

NIM 1203136262

LABORATORIUM KIMIA FISIKA

JURUSAN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS RIAU

PEKANBARU

2013

LEMBAR PENGESAHAN

No. Lab : k-113-12-020-f, k-113-12-028-f, k-113-12-038-f,

k-113-12-055-f

NIM : 1203120991, 1203121034, 1203121156, 1203136262

Kelas/Kelompok : A/V

Tanggal Percobaan : 4 Desember 2013

Judul percobaan : Tegangan Permukaan

Pekanbaru, 10 Desember 2013

Praktikan Praktikan Praktikan Praktikan

k-113-12-020-f k-113-12-028-f k-113-12-038-f k-113-12-055-f

NIM. 1203120991 NIM. 1203121034 NIM. 1203121156 NIM. 1203136262

Menyetujui, Mengetahui,

Koordinator Asisten Praktikum Kimia Fisika I Asisten

Ade Priyanto, S.Si Zaidi Asyadiqi

NIM. 1110247272 NIM. 1003135734

SURFACE TENSION

ABSTRACT

Percobaan tegangan permukaan betujuan untuk menentukan berbagai

tegangan permukaan cairan. Tegangan permukaan merupakan

kecenderungan permukaan zat cair untuk menegang yang disebabkan

molekul-molekul zat cairpada permukaan ditarik oleh molekul-molekul

yang berada dibawahnya sehingga terbentuk lapisan tipis atau selaput. Pada

percobaan, faktor yang mempengaruhi tegangan permukaan yaitu kenaikan

temperatur dan penambahan surfaktan. Semakin tinggi temperatur,

tegangan permukaan semakin kecil. Penambahan surfaktan juga dapat

menurunkan tegangan permukaan. Penentuan tegangan permukaan

menggunakan metode kenaikan pipa kapiler. Pada percobaan diperoleh

data-data kenaikan cairan dalam pipa kapiler, sehingga didapatkan berbagai

tegangan permukaan cairan. Pada temperatur 40oC, τ air yaitu 70,1

dyne/cm dengan h= 5,2 cm, sedangkan pada temperatur 50oC, τ air yaitu

68,2 dyne/cm dengan h= 4,8 cm sehingga diperoleh jari-jari kapiler yaitu

0,0275 cm dan 0,0289 cm.

I. PURPOSE

1. Menentukan berbagai tegangan permukaan cairan atau larutan.

2. Mempelajari penentuan tegangan permukaan cairan atau larutan dengan metode

kenaikan pipa kapiler.

3. Menentukan pengaruh suhu terhadap tegangan permukaan.

II. THEORY

Tegangan permukaan adalah gaya yang diakibatkan oleh suatu benda yang

bekerja pada permukaan zat cair sepanjang permukaan yang menyentuh benda itu.

Apabila F = gaya (newton) dan L = panjang (m), maka tegangan-permukaan, S dapat

ditulis sebagai S = F/L. Tegangan permukaan zat cair adalah kecenderungan

permukaan zat cair untuk menegang,sehingga permukaannya seperti ditutupi oleh

suatu lapisan elastis. Penyebab terjadinya tegangan permukaan, partikel A dalam zat

cair ditarik oleh gaya sama besar ke segala arah oleh partikel-partikel di

dekatnya.Partikel B di permukaan zat cair hanya ditarik oleh partikel-partikel

disamping dan dibawahnya,hingga pada permukaan zat cair terjadi tarikan ke bawah.

Rumus Tegangan Permukaan :

Ƴ = F/ d (1)

Dalam Kasus ini d = 2l, sehingga

Ƴ = F /2 * l (Maniac,2013). (2)

Penerapan tegangan permukaan dalam kehidupan sehari – hari : mencuci

dengan air panas jauh lebih bersih dibandingkan dengan air yang bersuhu normal,

antiseptik yang dipakai untuk mengobati luka,selain dapat mengobati luka juga dapat

membasahi seluruh luka (Maniac,2013).

Tegangan permukaan berhubungan dengan peristiwa yang disebut kohesi

(gaya tarik menarik antara molekul sejenis) dan adhesi (gaya tarik menarik antara

molekul tidak sejenis). Tegangan permukaanpun bertanggung jawab atas bentuk

tetesan cairan. Meskipun mudah cacat, tetesan air cenderung ditarik ke dalam bentuk

bola dengan kekuatan kohesif dari lapisan permukaan (Saputra,2013).

http://id.wikipedia.org/wiki/Gaya

http://id.wikipedia.org/wiki/Cair

Peristiwa kapilaritas adalah naik turunnya permukaan zat cair melalui pipa

kapiler. kapilaritas terjadi karena gaya kohesi dari tegangan permukaan dan gaya

adhesi antara zat cair dan tabung kaca. Seperti sebuah barometer dengan pipa kapiler

yang sebagian diisi dengan air raksa, dan sebagian lagi rruang hampa udara (vakum).

Perhatikan bahwa ketinggian air raksa di pusat tabung lebih tinggi dari pada tepi,

membuat permukaan atas dari raksa berbentuk kubah. Pusat massa dari seluruh

kolom air raksa akan sedikit lebih rendah jika permukaan atas raksa yang datar

selama crossection seluruh tabung. Namun dengan berbentuk kubah memberikan luas

permukaan sedikit kurang untuk seluruh massa raksa. Hal ini berguna untuk

meminimalkan energi potensial total. Bentuk permukaan kubah diatas dikenal sebagai

meniskus cembung. Jika sudut kontak antara cairan dengan tabung kapiler lebih dari

90 derajat maka bentuk permukaan cairan tertekan ke bawah yang disebut meniskus

cekung. Adapun rumus/persamaan menghitung tinggi rendahnya atau naik turunnya

permukaan zat cair pada pipa kapiler adalah:

Keterangan:

= tinggi permukaan zat cair (m)

= tegangan permukaan (N/m)

= massa jenis zat cair (kg/m2)

= jari-jari (m)

= percepatan gravitasi (m/s2 )

= sudut kontak. Jika lebih besar dari 90°, cairan akan tertekan kebawah

membentuk meniskus cekung.

Kita dapat menyatakan efek permukaan dalam bahasa fungsi Helmholtz dan

Gibbs. Hubungan antara fungsi – fungsi dan luas permukaan adalah kerja yang

diperlukan untuk mengubah sejumlah tertentu luas ini dan kenyataan bahwa, pada

kondisi yang berbeda, dA dan dG sama dengan kerja yang dilakukan dalam

mengubah energi sistem.Kerja yang dilakukan dalam mengubah sangat kecil dσ luas

permukaan suatu sampel sebanding dengan dσ dan kita menuliskannya:

dw = γdσ (4)

Koefisien γdisebut tegangan permukaan, dimensinya adalah energy/luas (Jm– 2

).

Walaupun demikian, nilai γbiasanya dilaporkan dalam Nm– 1

(karena 1 J = 1Nm).

Pada volume dan temperature tetap, kita dapat mengenai kerja pembentukan

permukaan dengan perubahan fungsi Helmholtz, dan menuliskannya:

dA =

γdσ (5)

Karena fungsi Helmholtz berkurang (dA < 0) jika luas permukaan berurang (dσ < 0)

maka secara alamiah permukaan mempunyai kecenderungan untuk menyusut

(Atkins,1997).

Gelembung adalah daerah dimana uap (atau mungkin juga udara) erperangkap

dalam lapisan tipis, rongga adalah lobang berisi uap di dalam cairan. Oleh karena itu,

yang sering disebut “gelembung” dalam cairan, sebenarnya adalah rongga :

gelembung yang sebenarnya adalah mempunyai dua permukaan (satu permukaan

pada setiap sisi lapisan tipis), rongga hanya mempunyai satu permukaan. Tetesan

adalah volume kecil cairan yang berada dalam kesetimbangan dan dikelilingi oleh

uapnya (dan mungkin juga udara) (Atkins,1997).

Tegangan permukaan juga diartikan sebagai suatu kemampuan atau

kecenderungan zat cair untuk selalu menuju ke keadaan yang luas permukaannya

lebih kecil yaitu permukaan datar atau bulat seperti bola atau ringkasnya didefinisikan

sebagai usaha yang membentuk luas permukaan baru. 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 (Wahyuni,2012).

Tegangan permukaan merupakan fenomena menarik yang terjadi pada zat cair

(fluida) yang berada dalam keadaan diam (statis). Tegangan permukaan

didefinisikan sebagai gaya F persatuan panjang L yang bekerja tegak lurus pada setia

garis di permukaan fluida. Permukaan fluida yang berada dalam keadaan tegang

meliputi permukaan luar dan dalam (selaput cairan sangat tipis tapi masih jauh lebih

besar dari ukuran satu molekul pembentuknya), sehingga untuk cincin dengan

keliling L yang diangkat dari permukaan fluida dapat ditentukan dari pertambahan

panjang pegas halus penggantung cincin (Dianometer) (Wahyuni,2012).

Permukaan zat cair selalu dalam keadaan tegang. Hal ini disebabkan karena

molekul – molekul zat cair pada permukaan mendapat gaya tarik ke dalam oleh

molekul – molekul yang berada di bawahnya, akibatnya zat cair selalu cenderung

untuk memperkecil permukaan. Berkaitan dengan hal tersebut diperoleh konsep

tegangan permukaan, yakni setiap gaya cm permukaan cairan yang menentang

pembiasan luas permukaan. Ada berbagai cara penentuan permukaan tetapi yang

digunakan dalam percobaan ini adalah dengan metode kenaikan pipa kapiler. Dengan

perumusan:

τ = h d g r (6)

2

τ = Tegangan permukaan

h = tinggi cairan dalam kapiler

g = gravitasi

d = berat jenis cairan

r = jari – jari kapiler

Untuk mengukur jari – jari kapiler, dipakai cara membandingkan tinggi cairan dalam

kapiler dalam kapiler dengan tinggi cairan standar bila dipakai alat yang sama.

τ1 = h1 d1 (7)

τ2 h2 d2 (Tim Labor Kimia Fisika, 2013).

Faktor- Faktor yang Mempengaruhi Tegangan Permukaan:

a. 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.

b. Suhu

Tegangan permukaan cairan turun bila suhu naik, karena dengan

bertambahnya suhu molekul- molekul cairan bergerak lebih cepat dan pengaruh

interaksi antara molekul berkurang sehingga tegangan permukaannya menurun.

c. Adanya zat terlarut

Adanya zat terlarut pada cairan dapat menaikkan atau menurunkan tegangan

permukaan. Untuk air adanya elektrolit anorganik dan non elektrolit tertentu seperti

sukrosa dan gliserin menaikkan tegangan permukaan. Sedangkan adanya zat- zat

seperti sabun, detergen, dan alkohol adalah efektif dalam menurunkan tegangan

permukaan.

d. 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.

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 di dalam larutan (Mutmainna,2013).

Macam-macam metode tegangan permukaan. Ada beberapa metode dalam

melakukan tegangan permukaan :

1. Metode kenaikan kapiler

Tegangan 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 permukaan tidak

bias untuk mengukur tegangan antar muka.

2. Metode tersiometer Du-Nouy

Metode cincin Du-Nouy bisa digunakan utnuk mengukur tegangan permukaan

ataupun tegangan antar muka. Prinsip dari alat ini adalah gaya yang diperlukan untuk

melepaskan suatu cincin platina iridium yang diperlukan sebanding dengan tegangan

permukaan atau tegangan antar muka dari cairan tersebut.

Manfaat tegangan permukaan dalam bidang farmasi:

1. Dalam mempengaruhi penyerapan obat pada bahan pembantu padat pada sediaan

obat

2. Penetrasi molekul melalui membrane biologis

3. Pembentukan dan kestabilan emulsi dan dispersi partikel tidak larut dalam media

cair untuk membentuk sediaan suspense (Mutmainna,2013).

III. EQUIPMENT AND MATERIAL

a. Equipment is used:

1. Hotplate : 1 piece

2. Thermometer : 1 piece

3. Stir bar : 1 piece

4. Ruler 30 cm : 1 piece

5. Beaker glass 50 mL : 5 pieces

6. Spatula : 1 piece

7. Capillary pipes : 1 piece

8. Scales : 1 piece

9. Pycnometer : 2 pieces

10. Pipette : 1 piece

11. Spray bottle : 1 piece

12. Measuring glass 50 mL : 2 pieces

13. Beaker glass 1000 mL : 1 piece

b. Material is used:

1. K2Cr2O7

2. Detergent ( Viso, Daia, Attack)

3. Aquades

IV. WORK SCHEME

1. Detergent

2. Aquades

As many as three different types of detergent that is Viso, Daia, and Attack

Each detergent was weighed as much as 1, 2, 3 grams so that there are 9 samples

and weighed empty pycnometer

Each sample detergent was inserted Beaker glass 50 ml and diluted with 50 ml

aquades

Detergent sample solution was heated by a hotplate a temperature of 400C and

500C used the thermometer

Each sample solution each temperature capillary pipes was inserted and measured

the increase in liquid or detergent sample solution in a capillary pipes

Density of the sample solution was determined by pycnometer at 400C and 50

0C

Aquades 50 mL was inserted the Beaker glass 50 mL and heated in temperature

400C and 50

0C

Aquades each temperature capillary pipes was inserted and measured the increase

aquades in a capillary pipes

V. DATA AND OBSERVATION

Sampel deterjen yang digunakan : Viso, Daia dan Attack

Berat piknometer kosong

a. Berat piknometer I (Biru) : 11,61 gram

b. Berat piknometer I (Merah) : 10,82 gram

Detergen/Air Massa Suhu Kenaikan Pipa Kapiler

Berat Piknometer

Viso

1 gr 40ºC

4,8 cm 16,49 gr P1

2 gr 4,1 cm 16,26 gr P2

3 gr 4,4 cm 16,38 gr P2

1 gr 50ºC

4,3 cm 16,52 gr P1

2 gr 4 cm 16,33 gr P2

3 gr 4,3 cm 16,42 gr P2

Daia

1 gr 40ºC

3,8 cm 16,45 gr P1

2 gr 3,8 cm 16,41 gr P2

3 gr 4,5 cm 16,47 gr P1

1 gr 50ºC

3,7 cm 16,34 gr P1

2 gr 3,4 cm 16,06 gr P2

3 gr 4,3 cm 16,46 gr P1

Attack

1 gr 40ºC

4,3 cm 15,65 gr P2

2 gr 4,1 cm 16,44 gr P1

3 gr 3,4 cm 16,37 gr P1

1 gr 50ºC

4,2 cm 16,50 gr P1

2 gr 4,4 cm 16,28 gr P2

3 gr 3,7 cm 15,82 gr P2

Air - 40ºC 5,2 cm - -

- 50ºC 4,8 cm - -

VI CALCULATION

1. Berat Jenis (d)

a. Viso

1. Massa 1 gr (40ºC)

Density of the aquades was determined by pycnometer at 400C and 50

0C


gr/mL





b. Daia







c. Attack







2. Tegangan Permukaan

pada suhu 400C

pada suhu 500C

=

a. Viso

1. Massa 1 gram pada suhu 400C

=

= 63,15 dyne/cm


=

= 59,91 dyne/cm


=

= 66,13 dyne/cm


=

= 59,82 dyne/cm


=

= 62,56 dyne/cm


=

= 68,88 dyne/cm

b. Daia


=

= 49,72 dyne/cm


=

= 57,46 dyne/cm


=

= 58,91 dyne/cm


=

= 49,78 dyne/cm


=

= 50,51 dyne/cm


=

= 59,30 dyne/cm

c. Attack


=

= 56,08 dyne/cm


=

= 53,51 dyne/cm


=

= 43,54 dyne/cm


=

= 58,29 dyne/cm


=

= 68,88 dyne/cm


=

= 52,86 dyne/cm

3. Jari – jari pipa kapiler (r)

pada suhu 400C

pada suhu 500C

= 1

a. Suhu 400C

=

=

= 0,0275 cm

b. Suhu 500C

=

=

= 0,0289 cm

VII. DISCUSSION

Percobaan tegangan permukaan bertujuan untuk memperlihatkan pengaruh

suhu dan massa terhadap terhadap tegangan permukaan serta membandingkan

tegangan permukaan dari beberapa jenis deterjen. Metode yang digunakan pada

percobaan ini adalah metode kenaikan pipa kapiler untuk mengukur tegangan

permukaan dengan melihat ketinggian cairan yang naik melalui pipa kapiler.

Percobaan tegangan permukaan ini dilakukan terhadap 3 jenis larutan deterjen (Viso,

Daia, dan Attack) dengan konsentrasi/massa yang berbeda dari masing – masing

deterjen yakni 1, 2 dan 3 gram dan lautan deterjen dipanaskan pada suhu 40 oC dan

50 oC. Hal ini bertujuan untuk membandingkan tegangan permukaan dari 3 jenis

larutan deterjen, untuk memperlihatkan pengaruh massa dan suhu terhadap tegangan

permukaan. Secara umum atau teoritis bahwa setiap kenaikan suhu dan konsentrasi

menyebabkan penurunan kenaikkan pipa kapiler serta menurunkan berat jenis larutan.

Dengan penurunan kenaikan pipa kapiler dan berat jenis maka tegangan permukaan

cairan menurun. Pada percobaan yang dilakukan praktikan diperoleh perbandingan

tegangan permukaan antara suhu 40 oC dengan 50

oC tidak konstan, ada yang

menurun (kecil) dan ada yang meningkat (besar) tegangan permukaan dengan

bertambah/kenaikan suhu. Hal yang sama pada pengaruh massa atau konsentrasi

terhadap tegangan permukaan diperoleh dari hasil percobaan ada yang massa besar

tetapi tegangan permukaan kecil. Hal yang terjadi karena kesalahan yang disebabkan

oleh beberapa hal yakni kesalahan praktikan dalam keidaktelitian pengukuran

kenaikan pipa kapiler, pengukuran suhu, pengadukan, penimbangan sampel atau

larutan deterjen. Pada percobaan tegangan permukaan, deterjen yang baik untuk

digunakan yakni Attack, karena memiliki nilai tegangan permukaan yang paling

rendah atau kecil disbanding dengan Viso dan Daia. Tegangan permukaan pada

Attack pada suhu 40 oC yakni 43,54 dyne/cm dan pada suhu 50

oC yakni 52,86

dyne/cm pada massa 3 gram masing – masing suhu.

VIII. QUESTION AND ANSWER

1. Apa yang dimaksud dengan tegangan permukaan?

Jawab :

Tegangan permukaan adalah permukaan zat cair selalu dalam keadaan tegang

disebabkan karena molekul – molekul zat cair pada permukaan mendapat gaya tarik

ke dalam oleh molekul – molekul yang berada di bawahnya, akibatnya zat cair selalu

cenderung untuk memperkecil permukaan dan berkaitan dengan kohesi (gaya tarik

menarik antara partikel – partikel sejenis) sehingga permukaannya seperti ditutupi

lapisan tipis.

2. Apa yang dimaksud dengan energi permukaan? Satuannya?

Jawab :

Enegi permukaan adalah kemampuan untuk menarik molekul – molekul dari

dalam ke permukaan. Kerja ini digunakan untuk menambah luas permukaan dan

menambah energi potensial molekul. Satuannya N/m.

3. Turunkan persamaan (1) !

Jawab :

F = W

2 τ. r. J = m . g

2 τ. r. J = ρ V. g

2 τ r = ρ. τ. r2 h. g

τ = ρ . h. g → ρ = d

2

τ = d . h. g

2

4. Bagaimana pengaruh suhu terhadap tegangan permukaan ?

Jawab :

Tegangan permukaan menurun dengan meningkatnya suhu, karena

meningkatnya energi kinetik molekul dan pengaruh interaksi antar molekul

berkurang.

5. Apa yang dimaksud dengan adhesi dan kohesi serta gejala – gejala yang

bersangkutan dengan tegangan permukaan cairan?

Jawab :

Adhesi adalah gaya tarik- menarik antara partikel – partikel yang tidak

sejenis. Kohesi adalah gaya tarik – menarik antara partikel –partikel sejenis. Gejala –

gejala yang bersangkutan dengan tegangan permukaan adalah tetesan air yang jatuh

mendekati bentuk bola, titik embun yang jatuh pada sarang laba- laba, dan serangga

dapat hinggap pada permukaan air.

6. Terangkan maksud mekanisme pencucian oleh sabun dan deterjen?

Jawab :

Sabun dan deterjen merupakan produk dari surfaktan yang memiliki fungsi

menurunkan tegangan permukaan dengan memutuskan ikatan hidrogen pada

permukakan air sehingga dapat meningkat daya cuci. Selain itu, sabun dan deterjen

mengubah sudut kontak yang besarnya lebih dari 900 menjadi lebih kecil sehingga

menyebabkan zat ini dapat membasahi kaca. Surfaktan mempunyai orientasi yang

jelas sehingga cenderung pada rantai lurus.

X. CONCLUSION

1. Pengaruh kenaikan suhu dan konsentrasi terhadap tegangan permukaan tidak

sesuai dengan teori.

2. Deterjen yang paling baik untuk digunakan dari ketiga deterjen yang dijadikan

sampel pada percobaan adalah Attack.

3. Deterjen yang memiliki nilai tegangan permukaan terkecil/rendah adalah Attack

pada suhu 400C 43,54 dyne/cm dan suhu 50

0C yakni 52,86 dyne/cm pada massa

3 gram dari tiap suhu.

XI. REFERENCE

Atkins,P.W.1997. Kimia Fisika Edisi Keempat Jilid I. Terjemahan: Irma. I.

Kartohadiprojo.Erlangga,Jakarta

Maniac.2013.Tegangan Permukaan.http://andinicahyanintyas - maniac.blogspot.

com/. Diakses pada 30 November 2013

Mutmainna, A.2013.Tegangan permukaan.http://atiahmutmainna.blogspot.com/

2013/01/tegangan - permukaan.html. Diakses pada 30 November 2013

Saputra,R.B.2013.Tegangan permukaan dan kapilaritas.http://phisieducation09.

blogspot.com/2013/04/tegangan-permukaan-dan-kapilaritas.html.Diakses

pada 30 November 2013

Tim Labor Kimia Fisika.2013.Penuntun Praktikum Kimia Fisika I.FMIPA-

UR,Pekanbaru

Wahyuni,I.T.2012.Laporan kimia fisika penentuan tegangan.http://itatrie.

blogspot.com/2012/10/laporan-kimia-fisika-penentuan-tegangan.html.

Diakses pada 30 November 2013

tegangan permukaan

Education