The Philosophers: TEGANGAN PERMUKAAN

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang Masalah

Dalam kajian fisika, terdapat salah satu topik yang mendapatkan perhatian khusus, yakni mengenai Tegangan permukaan. Pernahkan anda mengamati titik-titik embun yang terdapat pada permukaan daun atau rumput? Mengapa titik-titik itu berbentuk bola? Atau pernahkan anda melihat pisau silet suatu waktu dapat mengapung di atas air? Mengapa terjadi demikian? Secara Fisika, fenomena ini dapat terjadi karena adanya tegangan permukaan. Tegangan permukaan adalah suatu kecenderungan permukaan zat cair untuk menegang sehingga permukaannya seperti ditutupi oleh suatu lapisan kulit tipis.

Dengan adanya tegangan permukaan, nyamuk dapat mengapung di atas permukaan air, karena berat nyamuk dapat ditahan oleh kulit tipis yang menyelimuti permukaan air. Seperti itu juga yang terjadi pada pisau silet yang dapat terapung pada permukaan air.

Penyebab terjadinya Tegangan permukaan karena adanya kohesi di bawah zat cair yang lebih besar dari pada kohesi dipermukaan zat cair, sehingga permukaan air akan cendrung mengerut dan membentuk luas permukaan sekecil mungkin. Hal tersebut dapat membuktikan bahwa titik-titik embun yang menempel di atas rumput berbentuk seperti bola karena luas permukaan terkecil adalah bangun yang berbentuk bola.

Besarnya tegangan permukaan dipengaruhi oleh suhu. Semakin tinggi suhu zat cair, semakin kecil tegangan permukaannya. Dan semakin kecil tegangan permukaan, semakin besar atau baik kemampuan air untuk membasahi benda. Penerapan tegangan permukaan dalam kehidupan sehari-hari antara lain adalah:

· Sabun cuci sengaja dibuat untuk mengurangi tegangan permukaan air sehingga dapat meningkatkan kemampuan air untuk membersihkan kotoran yang melekat pada pakaian.

· Mencuci pakaian dengan air hangat atau air panas lebih bersih karena dengan suhu yang tinggi tegangan permukaan akan semakin kecil dan kemampuan air untuk membasahi pakaian yang kotor lebih meningkat lagi.

· Alkohol dan antiseptik pada umumnya memiliki kemampuan untuk membunuh kuman, dan mempunyai tegangan permukaan yang rendah sehingga dapat membasahi seluruh permukaan kulit yang luka.

· Itik dan angsa dapat berenang dan terapung di atas permukaan air karena bulu-bulunya tidak basah oleh air. Jika air dicampur dengan detergen, maka tegangan permukaan akan mengecil, itik dan angsa yang berenang bulu-bulunya akan basah sehingga itik dan angsa tersebut dapat saja tenggelam.

· Gelembung yang dihasilkan oleh air sabun merupakan salah satu contoh adanya tegangan permukaan.

B. Tujuan Percobaan

1. Menerangkan faktor-faktor yang mempengaruhi tegangan permukaan suatu zat cair

2. Menentukan tegangan permukaan zat cair

BAB II

KAJIAN TEORI

A. Definisi Tegangan Permukaan

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 cgs. Hal ini analog dengan keadaan yang terjadi bila suatu objek yang menggantung dipinggir jurang pada seutas tali ditarik ke atas oleh seseorang memegang tali tersebut dan berjalan menjauhi seutas tali. (Martin, 1990).

Tegangan permukaan zat cair merupakan kecenderungan permukaan zat cair untuk menegang, sehingga permukaannya seperti ditutupi oleh suatu lapisan elastic. Selain itu, 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.

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.

Tegangan antar muka adalah gaya persatuan panjang yang terdapat pada antarmuka 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 (Hamid.2010).

Tegangan permukaan bervariasi antar berbagai cairan. Air memiliki tegangan permukaan yang tinggi dan merupakan agen pembasah yang buruk karena air membentuk droplet, misalnya tetesan air hujan pada kaca depan mobil. Permukaan air membentuk suatu lapisan yang cukup kuat sehingga beberapa seranga dapat berjalan diatasnya (suminar, 2001).

B. Macam-macam Metoda yang digunakan dalam Tegangan Permukaan

Pengukuran tegangan permukaan dapat dilakukan dengan beberapa metode antara lain (Kosman dkk, 2005);

1. 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.

2. 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.

· Komponen gaya ke atas akibat tegangan permukaan yaitu ;

· Keliling penampang pipa = 2 pr

· Sudut kontak antar permukaan zat dengan dinding kapiler = q maka gaya ke atas total = 2 prg cos q.

C. Penyebab Terjadinya Tegangan Permukaan

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 adesiv berlaku bahwa besar gaya kohesinya lebih kecil dari pada gaya adesinya dan pada zat yang non-adesiv 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 tarik-menarik antara zat yang sama (gaya kohesi) dan gaya tarik-menarik antara molekul zat yang berbeda (adesi). (Ansel, 1985)

Molekul biasanya saling tarik-menarik. Dibagian dalam cairan, setiap molekul cairan dikelilingi oleh molekul-molekul cairan di samping dan di bawah. Di bagian atas tidak ada molekul cairan lainnya karena molekul cairan tarik-menarik satu dengan yang lainnya, maka terdapat gaya total yang besarnya nol pada molekul yang berada di bagian dalam caian. Sebaliknya molekul cairan yang terletak di permukaan di tarik oleh molekul cairan yang berada di samping dan bawahnya. Akibatnya, pada permukaan cairan terdapat gaya total yang berarah ke bawah karena adanya gaya total yang arahnya ke bawah, maka cairan yang terletak di permukaan cenderung memperkecil luas permukaannya dengan menyusut sekuat mungkin. Hal ini yang menyebabkan lapisan cairan pada permukaan seolah-olah tertutup oleh selaput elastis yang tipis. (Anief, 1993)

Istilah permukaan biasanya dipakai bila membicarakan suatu antarmuka gas/cair. Walaupun istilah ini akan dipakai dalam penentuan tegangan permukaan. Karena setiap artikel zat, apabila itu bakteri, sel, koloid, granul atau manusia, mepunyai suatu antarmuka pada batas sekelilingnya, maka pada topik ini memang penting. Tegangan permukaan adalah gaya persatuan panjang yang terdapat antarmuka dua fase cair yang tidak bercampur, sedangkan tegangan permukaan adalah gaya persatuan panjang bias juga digambarkan dengan suatu rangka kawat tiga sisi dimana suatu bidang datar bergerak diletakkan. (Martin, 1990)

Molekul-molekul zat aktif permukaan (surfaktan) mempunyai gugus polar dan non polar. Bila suatu zat surfaktan didispersikan dalam air pada konsentrasi yang rendah, maka molekul-molekul surfaktan akan terabsorbsi pada permukaan membentuk suatu lapisan monomolekuler. Bagian gugus polar akan mengarah ke udara. Hal ini mengakibatkan turunnya tegangan permukaan air. Pada konsentrasi yang lebih tinggi nolekul-molekul surfaktan masuk ke dalam air membentuk agregat yang dikenal sebagai misel. Konsentrasi pada saat misel ini mulai terbentuk disebut konsentrasi misel kritik (KMK). Pada saat KMK ini dicapai maka tegangan permukaan zat cair tidak banyak lagi dipengaruhi oleh perubahan konsentrasi misel kritik suatu surfaktan dapat ditentukan dengan metode tegangan permukaan. (Kosman, 2006).

Cara yang paling mudah dan sederhana untuk menentukan tegangan permukaan adalah dengan menggunakan kawat yang dibengkokkan berbenruk huruf U dan kawat kedua CD dengan panjang l yang dapat digerakkan sepanjang kawat U.

D. Faktor-faktor yang Mempengaruhi Tegangan Permukaan

Faktor-faktor yang mempengaruhi :

1. Suhu

Tegangan permukaan menurun dengan meningkatnya suhu, karena meningkatnya energy kinetik molekul

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

E. Manfaat Tegangan Permukaan dalam Dunia 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 suspensi

BAB III

METODOLOGI PERCOBAAN

A. Waktu dan Tempat

Hari/tanggal : Rabu, 04 Juni 2014

Waktu : 11.00 WIB – selesai

Tempat : Laboratorium STTIF Bogor

B. Alat dan Bahan

1. Bahan

· Lar. NaCl 0,1M

· Lar. Detergen 1%

· Lar. HCl 0,01M

· Metanol 96%

· Air Murni

2. Alat

· Neraca analitik

· Pipet tetes

· Pipet volum

· Piknometer

· Statif

· Kaki tiga

· Gelas imia

· Selang kecil

· Pipa kapiler

C. Cara Kerja

1. Disiapkan alat dan bahan.

2. Dirangkai alat sesuia prosedur yang telah ditentukan.

3. Dibuat larutan pewarna sebayak 20 mL pada gelas kimia.

4. Dipipet sampel sebanyak 200 mL, dimasukkan ke dalam gelas kimia, ditumpangkan pada kawat kasa yang ditopang kaki tiga.

5. Larutan pewarna dipipet dengan pipet tetes secara perlahan, saat terjadi gelembung pertama pada larutan sampel maka pemipetan larutan warna dihentikan.

6. Dicatat panjang h.

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Hasil Percobaan

Hasil percobaan kali ini di dapat dari rumus:

ρ air = 0,9960

ρ sampel =

d =

ᵞ =

Dimana :

ρ = kerapatan

d = densitas

h = tinggi permukaan

r = jari-jari kapiler (0,05 cm)

ᵞ = dyne/cm

g = 980 cm/s

No	Sampel	Bobot Pikno Kosong	Bobot Pikno+ Sampel	d	Ρ	h	ᵞ
1	Aquadest	31,6	80,8	1	0,9960	5,5	134,2
2	NaCl 0,1M	31,6	87,8	1,128	1,124	4,5	123,9
3	HCl 0,01M	31,6	83,9	1,038	1,034	3,8	96,2
4	Metanol 96%	31,6	71,0	0,791	0,788	5	96,5
5	Detergen 1%	31,6	80,1	0,973	0,970	5,2	123,5

B. Pembahasan

Pada praktikum kali ini dilakukan percobaan mengenai tegangan permukaan. Dimana metode yang dipakai adalah metode kenaikan kapiler. Metode ini dipilih karena zat yang kita ukur hanyalah satu zat saja, bukan mengukur tegangan permukaan dua zat cair yang tidak bercampur. Bahan-bahan yang digunakan yaitu aquadest, NaCl 0,1M, HCl 0,1M, Metanol 96% dan detergent 1%.

Data yang diperoleh pada saat pengukuran tinggi permukaan sampel yang digunakan adalah aquadest 5,5 cm, NaCl 0,1M 4,5cm, HCl 0,1M 3,8cm, Metanol 96% 5cm dan detergent 1% 5,2cm. Sedangkan tegangan permukaan yang dihasilkan oleh larutan sampel yang diuji menujukkan bahwa air memiliki tegangan permukaan yang besar yaitu 134,2 hal ini disebabkan oleh luas permukaan air yang besar sehingga air memiliki tegangan permukaan yang tinggi dan HCl memiliki tegangan permukaan yang lebih kecil yaitu 96,2.

Berdasarkan teori yang ada, seharusnya yang memiliki tegangan perukaan paling kecil adalah detergent karena detergent meningkatkan kemampuan air untuk membersihkan kotoran yang melekat pada pakaian sehingga enurunkan tegangan permukaan. Dalam hal ini kemungkinan terdapat beberapa kesalahan yang dilakukan saat praktikum, yaitu:

1. Kesalahan pada saat melihat gelembung yang ada pada larutan sampel, apalagi pada detergent, busanya menutupi penglihatan saat pengukuran tinggi permukaan.

2. Suhu yang tidak stabil pada saat praktikum berlangsung.