Laporan Percobaan 2: Tegangan Permukaan
ABSTRAK
Tujuan percobaan ini adalah menentukan
tegangan permukaan plat gelas dan cincin newton pada air dan larutan sabun.
Tegangan permukaan zat cair terjadi karena perbedaan resultan gaya
tarik-menarik antar molekul yang berada dipermukaan zat cair tersebut. Tegangan permukaan zat cair adalah salah satu sifat zat
cair. Gaya ini dipengaruhi oleh beberapa faktor diantaranya adalah sifat adhesi
atau kohesi zat cair tersebut.
Dalam percobaan ini hal yang pertama dilakukan yaitu mencatat temperatur ruangan sebelum dan
sesudah percobaan,kemudian mengukur tebal serta panjang plat gelas dan rangka
kawat U beberapa kali. Lalu memasang plat kaca yang sudah terjepit pada rangka
kawat tembaga pada neraca torsi dan mengatur neraca supaya setimbang. Kemudian
menempatkan bejana berisi air di bawah plat gelas, merendam plat gelas ke dalam
air kemudian perlahan-lahan menurunkan, setelah itu mengamati dan mencatat
kedudukan jarum neraca sesaat sebelum selaput pecah. Lalu menyingkirkan bejana
air,meletakkan pada pinggan neraca batu timbangan sedemikian hingga jarum
neraca tepat menunjukkan skala yang sama dengan no. 5, kemudian mencatat batu
timbangan tersebut. Selanjutnya mengulangi percobaan untuk kawat U dan
mengulangi percobaan dengan menggunakan larutan encer dan pekat.
Dari hasil percobaan yang kami dapat yaitu tegangan
permukaan untuk plat gelas pada air biasa tiap-tiap percobaan adalah 107,751
dyne/cm, 107,751 dyne/cm, dan 108,527 dyne/cm. Sedangkan pada air sabun yaitu
97,674 dyne/cm,98449 dyne/cm dan 97,679 dyne/cm. Tegangan permukaan untuk
cincin newton pada air biasa adalah 35,273 dyne/cm, 40,573 dyne/cm, dan 46,432
dyne/cm, sedangkan pada air sabun adalah 38,628 dyne/cm, 52,801 dyne/cm dan
43,428 dyne/cm.
Kata
kunci : tegangan permukaan, kohesi, adhesi.
PERCOBAAN 2
TEGANGAN PERMUKAAN
2.1 PENDAHULUAN
2.1.1 Tujuan Percobaan
Tujuan
dari percobaan ini adalah menentukan tegangan permukaan plat gelas dan cincin
Newton pada air dan larutan sabun.
2.1.2 Latar Belakang
Tegangan
permukaan suatu zat cair terjadi karena perbedaan resultan gaya tarik-menarik
molekul yang berada dipermukaan zat cair tersebut. Tegangan permukaan untuk zat
murni, metode yang didasarkan pada hukum keadaan saling terkait. Untuk campuran
zat cair disajikan metode-metode yang dikembangkan dan metode komponen murni.
Lapisan permukaan mikroskopik menunjukan bahwa molekul-molekul mengalami
tegangan dan cenderung mengerut membentuk ukuran terkecil yang sepadan dengan
massa bahan, gaya menahan dari wadah dan gaya-gaya dari luar.
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
dipengaruhi oleh adanya gaya kohesi antara molekul air. Molekul cairan biasanya
saling tarik menarik. Di bagian dalam cairan, setiap molekul cairan dikelilingi
oleh molekul-molekul lain di setiap sisinya; tetapi di permukaan cairan, hanya
ada molekul-molekul cairan di samping dan di bawah. Di bagian atas tidak ada
molekul cairan lainnya. Karena molekul cairan saling tarik menarik satu dengan
lainnya, maka terdapat gaya total yang besarnya nol pada molekul yang berada di
bagian dalam cairan. Sebaliknya, molekul cairan yang terletak dipermukaan
ditarik 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.
2.2 DASAR TEORI
Tegangan permukaan didefinisikan
sebagai kerja yang dilakukan dalam memperluas permukaan cairan dengan satu satuan
luas. Satuan untuk tegangan permukaan (γ adalah j/m2atau dyne/cm
atau N/m. Metode yang paling umum untuk mengukur tegangan permukaan adalah
kenaikan atau penurunan cairan dalam pipa kapiler.
dimana
d adalah kerapatan cairan, r adalah jari-jari kapiler, g adalah konstanta
gravitasi, λ adalah panjang cairan yang akan ditekan atau akan naik
(Dogra,
1990).
Sejumlah observasi umum menunjukkan
bahwa permukaan zat cair berperilaku seperti membran yang terenggang karena
tegangan. Sebagai contoh, setetes air di ujung kran yang menetes, atau
tergantung pada dahan, membuat bentuk yang hampir bulat seperti balon kecil
yang berisi air (Giancoli, 2000).
Molekul-molekul cairan bagian dalam
ditarik oleh molekul-molekul lain ke segala arah, tetapi molekul-molekul pada
permukaan cairan hanya ditarik ke arah dalam. Akibat dari hal ini, cairan
selalu ingin memiliki permukaan terkecil atau cairan selalu ingin mengkerut.
Misalnya tetesan cairan selalu berbentuk bulat. Berhubung dengan hal ini, bila
cairan diperluas, ada gaya menahan, seakan-akan permukaan cairan mempunyai
tegangan. Gaya tarik menarik antar molekul-molekul yang sejenis disebut kohesi,
sedangkan gaya tarik antara molekul yang tidak sejenis disebut adhesi.
Molekul-molekul air dan gelas mempunyai adhesi yang besar, hinnga air dapat
membasahi gelas. Sebaliknya, adhesi antara air raksa dengan gelas kecil sekali,
hingga air raksa tidak dapat membasahi gelas (Soekardjo, 1990).
Peristiwa terapungnya silet di atas
air, walaupun besi rapatannya lebih besar daripada air, disebabkan karena
adanya tegangan permukaan. Terjadinya tetes air di atas pemukaan lilin juga
disebabkan adanya tegangan permukaan. Dalam hal ini, gaya kohesi air lebih
besar daripada gaya adhesi air lilin. Permukaan zat cair berlaku seakan-akan
mengalami tegangan dan tegangan ini bekerja sejajar dengan permukaan, muncul
dari gaya tarik antar molekul. Efek ini disebut tegangan permukaan yang
didefinisikan sebagai gaya F per satuan panjang L yang bekerja melintasi semua
garis pada permukaan, dengan kecenderungan menarik agar tertutup.
Molekul-molekul
zat cair memberikan gaya tarik satu sama lain. Gaya tarik ini bekerja pada
molekul kedua di permukaan. Molekul di dalam zat cair berada di dalam
kesetimbangan karena gaya-gaya molekul lain yang bekerja ke semua arah. Molekul
di permukaan normalnya juga dalam kesetimbangan (zat cair tersebut diam). Hal
ini benar walaupun gaya pada molekul di permukaan dapat diberikan hanya oleh
molekul-molekul di bawahnya (atau di sampingnya). Dengan demikian, adanya gaya
tarik total ke bawah, yang cenderung menekan lapisan permukaan sedikit tapi
hanya sampai batas di mana gaya ke bawah ini diimbangi oleh gaya tolak ke atas
yang disebabkan oleh kontak yang dekat atau tumbukan dengan molekul-molekul di
bawahnya. Penekan permukaan ini berarti bahwa, intinya zat cair meminimalkan
garis permukaannya. Inilah sebab mengapa air cenderung membentuk tetesan
berbentuk bola, karena sebuah bola mempresentasikan luas permukaan minimum
untuk volume tertentu (Giancoli, 2000).
Semua
fenomena menunjukkan bahwa permukaan zat cair dapat dianggap sebagai dalam
keadaan tegang, demikian pula sehingga ditinjau setiap garis di dalam atau yang
membatasi permukaannya, maka zat-zat di kedua sisi garis tersebut saling
tarik-menarik (Sears dan Zemansky, 1983).
Sepotong
kawat dibengkokkan menjadi berbentuk U dan sepotong lagi digunakan sebagai
peluncur. Ternyata gaya F = W1 + W2, dapat menahan
peluncur dalam sembarang posisi, berapapun luas selaput, asal saja suhu selaput
konstan, ini amat berlainan dengan sifat elastik lembaran karet, dalam mana
gaya tersebut akan menjadi lebih besar kalau lembaran itu ditarik (Sears dan
Zemansky, 1983).
Selain
dipengaruhi oleh jenis cairan, γ juga dipengaruhi oleh temperatur. Bila
temperatur makin tinggi, maka γ akan mengalami penurunan. Untuk air antara
20-30oC, perubahan γ rata-rata 0,16
(Soekardjo, 1990).
Tegangan
permukaan sebuah campuran zat cair bukan fungsi sederhan tegangan permukaan
komponen murni karena komposisi cairan pada campuran tidak sama dengan
komposisi badan cairnya. Ketika temperatur dinaikkan, tegangan permukaan zat
cair dalam keadaan setimbang dengan penurunan kerapatan uapnya dan menjadi nol
pada titik kritis (Reid, 1991).
Ada
beberapa cara untuk menerapkan tegangan permukaan suatu cairan. Dua cara
diantaranya adalah :
a.
Cara kenaikan kapiler
Bila
cairan yang membasahi gelas diberi pipa kapiler dari gelas maka permukaan
cairan akan naik. Kenaikan cairan ini disebabkan oleh adanya tegangan permukaan
cairan.
b.
Cara du nouy
Cara
ini lebih cepat dari cara pertama, karena alat yang diperlukan lebih praktis.
Alat dari du nouy disebut tensiometer, terdiri atas cincin platina dan
timbangan. Untuk mentapkan tegangan permukaan, cincin platina dimasukkan dalam
cairan yang diselidiki (Soekardjo, 1990).
Sabun dan detergen mempunyai efek
menurunkan tegangan permukaan cairan. Hal ini dimaksudkan untuk mencuci dan
membersihkan karena tegangan permukaan air yang tinggi mencegahnya masuk dengan
mudah di antara serat-serat materi dan lekuk-lekuk yang terkecil. Zat-zat yang
berfungsi memperkecil tegangan permukaan cairan disebut surfactant (Giancoli,
2000).
Fungsi-fungsi surfactant antar lain
:
a.
Menurunkan tegangan permukaan
Adanya
surfactant pada permukaan menyebabkan gaya adhesi antara zat cair dan udara
meningkat. Sehingga tegangan permukaannya menurun. Tetapi surfaktan menurunkan
tegangan permukaan sampai Konsentrasi Misel Kritik (KMK).
b.
Meningkatkan kelarutan suatu zat
Dengan
adanya surfaktan tegangan antar muka dua zat cair yang tidak bercampur akan
menurun. Akibatnya gaya adhesi antara dua zat cair meningkat dan kelarutannya
pun meningkat.
c.
Sebagai pembasah (wetting agent)
Surfaktan
dapat bertindak sebagai pembasah. Karena dapat menurunkan sudut kontak antara
permukaan padat dan cairan pembasah. Semakin kecil sudut kontak artinya semakin
mudah dibasahi.
d.
Sebagai emulgator
Emulgator
dapat menstabilkan suatu sediaan emulsi (campuran air dan minyak). Surfaktan
membuat jembatan antara air dan minyak sehingga air dan minyak dapat
terdispersi dalam fase pendispersinya.
e.
Sebagai detergen
Surfaktan
dapat berperan sebagai detergen yang berfungsi untuk menghilangkan kotoran.
Proses pembersihan oleh detergen diawali oleh proses pembasahan kemudian
pengemulsian atau pelarutan partikel larutan (Dogra, 1990).
Surfaktan dapat digolongkan menjadi
dua golongan besar yaitu, surfaktan yang larut dalam minyak dan surfaktan yang
larut dalam air. Surfaktan yang larut dalam minyak yaitu senyawa polar berantai
panjang, senyawa fluorocarbon. Dan senyawa silikon. Sedangkan surfaktan yang
larut dalam air banyak digunakan sebagai zat pembasah, zat pembusa, zat
pengemulsi, zat anti busa, detergen, zat flotasi, pencegah korosi, dan lain-lain.
Ada empat yang termasuk golongan ini yaitu surfaktan anion bermuatan negatif,
surfaktan yang bermuatan positif, surfaktan anion yang tak terionisasi dalam
larutan, dan surfaktan amfoter yang bermuatan negatif dan positif tergantung
pada pH-nya. Surfaktan menurunkan tegangan permukaan air dengan mematahkan
ikatan-ikatan hydrogen pada permukaan. Hal ini dilakukan dengan menaruh kepala
hidrofiliknya pada permukaan air dengan ekor hidrofobiknya terentang menjauhi
permukaan air (Soekardjo, 1990).
2.3 METODOLOGI PERCOBAAN
2.3.1 Alat dan Bahan
Alat-alat yang
digunakan dalam percobaan ini beserta fungsinya adalah:
1.
Neraca torsi sederhana digunakan untuk mengukur
massa benda dengan membaca skalanya.
2.
Kerangka tembaga yang daqpat menjepit gelas
digunakan untuk mengetahui berapa massa bbenda yang akan dihitung.
3.
Plat gelas tipis dan kerangka kawat U digunakan
sebagai alat percobaan untuk menetapkan
tegangan permukaan, kedua benda ini dimasukkan kedalam larutan yang akan
diselidiki.
4.
Batu timbangan digunakan untuk menentukan massa
tegangan berdasarkan skala pada neraca torsi.
5.
Mikrometer sekrup dan jangka sorong digunakan untuk mengukur tebak dan panjang
plat gelas.
6.
Tiga buah bejana digunakan sebagai wadah mengisi
cairan.
7.
Air dan detergen serta garam untuk menentukan
tegangan permukaan plat gelas dan cincin Newton pada masing-masing larutan
tersebut.
2.3.2 Prosedur percobaan
1. Mencatat
temperatur ruangan sebelum dan sesudah percobaan.
2.
Mengukur tebal serta panjang plat gelas dan rangka
kawat U beberapa kali.
3.
Memasang plat kaca yang sudah terjepit pada
rangka kawat U tembaga pada neraca torsi.
4.
Mengatur neraca supaya seimbang.
5.
Menempatkan bejana berisi air dibawah plat
gelas, merendam plat gelas kedalam air kemudian menurunkan perlahan-lahan.
Sesaat sebelum selaput pecah, mengamati kedudukan jarum neraca dan
meletakkannya.
6.
Menyingkirkan bejana air. Meletakkan pada
pinggan neraca batu timbangan sedemikian hingga jarum neraca tepat menunjukkan
skala yang sama dengan no. 5. Mencatat batu timbangan tersebut.
7.
Mengulangi percobaan untuk kawat U.
8.
Mengulangi percobaan dengan menggunakan larutan
encer dan pekat.
2.4 HASIL
DAN PEMBAHASAN
2.1 Data Hasil
Pengamatan
Tabel. 2.1 Data Pengamatan Plat Gelas pada Air Biasa
|
No
|
Panjang
(cm)
|
Tebal
(cm)
|
Massa
(gram)
|
Skala
(cm)
|
|
1
|
6,45
|
0,3
|
1,39
|
1,4
|
|
2
|
6,45
|
0,3
|
1,39
|
1,4
|
|
3
|
6,45
|
0,3
|
1,4
|
1,4
|
Tabel. 2.2 Data Pengamatan Plat Gelas pada Air
Sabun
|
No
|
Panjang
|
Tebal (cm)
|
Massa (gram)
|
Skala (cm)
|
|
1
|
6,45
|
0,3
|
1,26
|
1,4
|
|
2
|
6,45
|
0,3
|
1,27
|
1,4
|
|
3
|
6,45
|
0,3
|
1,26
|
1,4
|
Tabel. 2.3 Data Pengamatan Cincin Newton pada Air Biasa
|
No
|
Diameter
(cm)
|
Tebal
(cm)
|
Massa
(gram)
|
Skala
(cm)
|
|
1
|
5,73
|
0,11
|
1,27
|
1
|
|
2
|
5,73
|
0,11
|
1,46
|
1
|
|
3
|
5,83
|
0,11
|
1,7
|
1
|
Tabel. 2.4 Data Pengamatan Cincin Newton pada Air
Sabun
|
No
|
Diameter (cm)
|
Tebal (cm)
|
Massa (gram)
|
Skala (cm)
|
|
1
|
5,73
|
0,11
|
1,39
|
1,2
|
|
2
|
5,73
|
0,11
|
1,9
|
1,2
|
|
3
|
5,73
|
0,11
|
1,59
|
1,2
|
4.3 Pembahasan
Pada percobaan kali ini
ditujukan untuk menentukan tegangan permukaan air biasa dan air sabun alat yang
digunakan pada percobaan ini adalah plat
gelas tipis dan cincin newton. Pada percobaan ini membuktikan bahwa tegangan
bahwa tegangan permukaan terjadi karena perbedaan resultan gaya tarik antara
molekul pada permukaan zat cair.
Percobaan ini mencelupkan plat
gelas kedalam air biasa dan hasilnya semakin besar masanya maka akan besar pula
tegangan permukaannya karena gaya yang ditimbulkan juga semakin besar. Namun,
pada pencelupan dengan air sabun tegangannya lebih kecil. Hal ini terjadi
akibat adanya daya adhesi dan kohesi antar plat gelas dan cincin newton dengan
air dan larutan sabun.
Tegangan permukaan antara plat
gelas dengan air sabun lebih kecil dari tegangan permukaan air biasa, hal ini
terjadi karena adanya zat lain seperti sabun yang disebut dengan surface active agents atau surfactane yang dapat menurunkan tegangan permukaan oleh sabun ini yang
menyebabkan perluasan permukaan folm air yang dengan pembentukan gelembung
gelembung atau busa. Hal ini juga terjadi pada cincin newton.
2.5.1 Kesimpulan
Kesimpulan yang dapat diambil dari
percobaan ini adalah :
1. Tegangan
permukaan suatu zat cair terjadi karena perbedaan resultan gaya tarik molekul
yang ada di permukaan zat cair atau karena adanya gaya kohesi dan adhesi.
2. Tegangan
permukaan di pengaruhi oleh gaya / usaha lain yang bekerja, panjang / keliling
benda, serta ada zat lain (sabun).
3. Tengangan
permukaan plat gelas dengan air biasa adalah, sedangkan pada cincin newton
adalah
4. Tegangan
permukaan pada plat gelas dengan larutan sabun adalah 100,86 dyne/cm.
5. Tegangan
permukaan cincin newton dengan larutan.
2.5.2 Saran
Saran yang dapat diberikan pada
percobaan ini adalah pada saat pembacaan neraca torsi, posisi mata harus tepat
tegak lurus dengan skala agar tidak terjadi kesalan pembacaan.
Komentar ini telah dihapus oleh pengarang.
BalasHapusgaada dapusnyaaa :"(
BalasHapusdaftar pustakanya gak ada
BalasHapusKomentar ini telah dihapus oleh pengarang.
BalasHapusKomentar ini telah dihapus oleh pengarang.
Hapusai dogra bukan dapus ? jelas2 ada dapusnya
BalasHapusDapusnya mana ?
BalasHapus