PRAKTIKUM FARMASI FISIKA

TEGANGAN PERMUKAAN

Nama Kelompok :

1. Bayu Anggara (0808505027)

2. Kadek Welly Prasminda (0808505028)

3. Nyoman Yudi Kurniawan (0808505029)

4. Wayan Ria Medisina (0808505030)

5. Gede Dwija Bawa Temaja (0808505031)

6. Rico Pramana Sugiarto (0808505032)

JURUSAN FARMASI

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS UDAYANA

2009

PERCOBAAN II

TEGANGAN PERMUKAAN

I. Tujuan Percobaan

Setelah melakukan percobaan ini diharapkan mahasiswa mampu untuk

Menerangkan faktor-faktor yang mempengaruhi tegangan permukaan suatu zat cair

Menggunakan alat penentuan tegangan permukaan suatu zat cair

Menentukan tegangan permukaan zat cair

Menentukan tegangan antar permukaan dua zat cair yang tidak bercampur

II. Dasar Teori

Bila dua fase dicampurkan maka bats antara fase tersebut dinamakan antar

permukaan. Batas antara zat cair atau zat padat dengan udara lazimnya disebut permukaan.

Sedangkan batas antara zat cair lain yang tidak bercampur atau antara zat padat dengan zat

cair disebut antar permukaan.

Didalam zat cair, suatu molekul dikelilingi oleh molekul lainnya yang sejenisdari

segala arah sehingga gaya tarik menarik antar sesama molekulnya sama besar. Pada

permukaan zat cair terjadi tarik-menarik antara molekul cairan dengan molekul udara. Gaya

adhesi lebih kecil dibandingkan dengang gaya kohesi sehingga molekul dipermukaan zat cair

cenderung tertarik kearah dalam. Tetapi hal ini tidak terjadi karena adanya gaya yang bekerja

sejajar dengan permukaan zat cair yang mengimbangi besarnya gaya kohesi antar molekul

didalam zat cair terhadap molekul sejenisnya dipermukaan. Tegangan antar permukaan selalu

lebih kecil daripada tegangan permukaan karena gaya adhesi antara cat cair dengan udara.

Bila dua zat cair dapat bercampur dengan sempurna, maka tegangan antar permukaan tidak

eksis. Tegangan permukaan dinyatakan sebagai gaya per stuan panjang yang diperlukan

untuk memperluas permukaan suatu zat. Symbol yang digunakan untuk tegangan atar

permukaan adalah γ dan satuanya adalah dyne cm-1 .

Tegangan permukaan cairan dapat diukur dengan cara:

1. Metode drop out

2. Metode buble pressure

3. Metode Kenaikan kapiler

4. Tensiometer DoNouy

1. Metode Drop Out

Drop yang menggantung dari tip (buihan clinging) memanjang ketika tumbuh lebuh

besar karena variasi tekanan hidrostatis ΔP kadang – kadang bisa diperhatikan dibandingkan

dengan yang diberikan oleh kurvatur pada apeks.seperti dalam kasus meniscus, adalah mudah

menuliskan persamaan :

W = γ / dx atau W = γ dA

2. Metode Buble

Kasus sesile drop dan buble drop adalah simetris ,tetapi pemakaian yang pertama

adalah lebih umum dalam penentuan tensi permukaan, dan pembahasan sekarang berada pada

istilah tersebut. Portee dengan memakai tabel bashfortdan Adams, telah membuat

perhitungan perbedaan Δ antara h 2 /2r 2 , dimana r adalah radius ekuatorial dan h

menunjukkan jarak dari apeks kebidang ekuatorial.

Variasi Δ dengan h/r bisa disesuaikan secara akuratdengan memakai persamaan

empiris :

Δ = 0,3047 (h3/r3) (1 - 4h2/r2)

Wheeler dan kawan – kawannya memberikan beberapa detail eksperimen dan diskusi

berikutnya. Metode ini dikatakan sebaik 0,2 %.

Pemakaian persamaan memang membutuhkan drop yang sangat besar dan tidak

memberikan cek internal terhadap kemungkinan iregularitas kontur drop karena, katakanlah

pembahasan yang tidak teratur yang mengakibatkan menjadi bukan figur revolusi. Prosedur

alternatif telah diusulkan oleh Smolders dan Dyufis.

Tegangan permukaan menyebabkan Pertambahan Tekanan Didalam gelombang atau

Tetesan Zat Cair.

Tegangan permukaan menyebabkan suatu perbedaan tekanan antara gelembung sabun

atau tetesan zat cair bagian dalam dan bagian luar. Suatu gelembung sabun terdiri permukaan

film berbentuk bola yang sangat rapat. Dengan suatu lapisan tipis dan diantara zat cair.

Tegangan permukaan menyebabkan film cenderung untuk melakukan pengusutan, tetapi

sebagaimana gelembung menyusut, sebegitu juga ia menekan udara didalam, menambah

tekanan bagian dalam , ke titik yang mencegah pengusutan lebih lanjut. Kita dapat

memperoleh hubungan antara tekanan jari – jari gelembung.

Pertama kita perkirakan bahwa disini todak ada tekanan eksternal ( luar ). Selanjutnya

kita mempertimbangkan pusat ekuilibirium pada satuh paruh gelembung sabun tersebut. Pada

permukaan dimana paroh ini bergabung dengan paroh atas, membentuk dua tindakan , yang

atas menekan tegangan permukaan dan yang bawah menekanuntuk mendukung udara

didalam paroh atas. Jika radius (jari-jari) dari permukaan berbentuk bola adalah R, bundaran

pada lingkaran sepanjang tegangan permukaan adalah 2μR (perkiraan bahwa ketebalan

gelembung sangatlah kecil, kita mengabaikan perbedaan antara jari-jari inner atau outer).

Jumlah tekanan pada tegangan permukaan untuk masing – masing permukaan (inner dan

outer) adalah γ = 2 μ R, tekanan ke udara adalah tekanan pada waktu ρ pada bidang

μR2 pada lingkaran. Untuk menghasilkan tekanan ini menjadi nol, kita harus membuat :

(2 γ 2 μ R) = ρ( μR2) . Sekarang tekanan luar dari gelembung secara umum adalah

nol. Tetapi dari permulaan kita dapat melihat bahwa persamaan memberikan perbedaan

antara tekanan didalam dan diluar.

Untuk suatu tetesan zat cair, yang hanya mempunyai satu permukaan film, perbedaan

antara tekanan dari zat cair dan udara luar adalah paroh yang untuk gelembung sabun.

ρ - ρa = 2γ (tetasan zat cair ). Maka sejauh inilah yang sudah kita bicarakan tentang

permukaan film pada batasan antara cairan dan gas. Pengaruh tegangan permukaan tambahan

terjadi ketika film yang seperti itu bertemudengan permukaan yang padat, seperti didinding

dari suatu tampungan.

3. Metode Kenaikan Kapiler

Bila suatu tabung kapiler diletakkan dalam cairan sebuah baker ( gelas piala ),

biasanya cairan tersebut naik ke pipa sampai ketinggian tertentu. Hal ini disebabkan bilamana

kekuatan adhesi antara molekul-molekul cairan dan dinding kapiler lebih besar daripada

kohesi antar molekul-molekul cairan, sehingga cairan tersebut membasahai dinding kapiler,

menyebar dan meninggi dalam pipa. Dengan mengukur kenaikan ini dalam kapiler,

memungkinkan kita dapat menentukan tekanan permukaan cairan itu. Namun dengan

menggunakan metode kenaikan kapiler tidak dapat diketahui tekanan antarmuka.

Bayangkan suatu tabung kapiler yang mempunyai jari-jari dalam r dicelupkan dalam

suatu cairan yang membasahi permukaannya. Cairan tersebut terus naik dalam tabung karena

adanya tegangan permukaan, sampai pergerakan ke atas persis diimbangi oleh gaya gravitasi

ke bawah karena bobot dari cairan tersebut.

Komposisi gaya vertikal ke atas yang dihasilkan dari tegangan permukaan cairan

tersebut pada setiap titik pada keliling lingkaran permukaan batas adalah :

a=γ cosθ dengan total gaya ke atas = 2 πr γ cosθ

θ adalah sudut kontak antara permukaan cairan dan dinding kapiler, dan 2 πr adalah

keliling lingkaran dalam dari kapiler tersebut. Untuk air dan cairan-cairan yang umum

dipakai lainnya, sudut θ tidak berarti, yakni cairan tersebut membasahi dinding kapiler

sehingga cosθ dianggap sama dengan 1 untuk tujuan-tujuan praktis.

Gaya gravitasi yang bekerja melawan(massa x perubahan ) adalah luas penampang

melintang kolom π r2, kali tinggi kolom cairan sampai titik terendah dari meniskus h,

dikalikan dengan perbedaan bobot jenis cairan ρ dan uapnya ρ0kali percepatan gravitasi yaitu

:

π r2h ( ρ−ρ0 ) g+w

Bagian persamaan terkahir yaitu w ditambahakan untuk memperhitungkan bobot

cairan di atas h dalam meniskus. Bila cairan telah naik sampai tinggi maksimumnya, yang

bisa dibaca dari kalibrasi dari tabung kapiler, gaya-gaya yang melawan berada pada

kesetimbangan, dan dengan demikian tegangan permukaan dapat dihitung. Bobot jenis dari

uap, sudut kontak, dan w biasanya dapat diabaikan, jadi :

2 πr γ=π r2 h ρ g

Sehingga γ=12

r h ρ g

4. Tensiometer DuNouy

Prinsip alat ini adalah bergantung pada kenyataan bahwa gaya yang diperlukan untuk

melepaskan suatu cincin platina iridium yang dicelupkan pada permukaan atau antar muka

adalah sebanding dengan tegangan permukaan atau tegangan antarmuka. Gaya yang

diperlukan untuk melepaskan cincin dengan cara ini diberikan oleh suatu kawat spiral dan

dicatat dalam satuan dyne pada suatu penunjuk yang dikalibrasi. Tegangan permukaan

diberikan oleh rumus :

γ= (yang dibaca petunjuk dalam dyne/2 x keliling cincin) x faktor koreksi

Sebenarnya alat tersebut mengukur bobot dari cairan yang dikeluarkan dari bidang

antarmuka sebelum cincin tersebut menjadi lepas. Suatu faktor koreksi perlu dalam

persamaan diatas. Karena teori sederhana tersebut tidak memperhitungkan variabel-variabel

tertentu seperti jari-jari dari cincin, jari-jari dari kawat yang dipakai untuk membentuk cincin,

dan volume cairan yang diangkat keluar dari permukaan. Kesalahan sebesar 25 % bisa terjadi

bila faktor koreksi tidak dihitung dan dipakai.

Prosedur Kerja

I. Kalibrasi Alat

Sebelum melakukan percobaan, alat yang akan digunakan harus dikalibrasi

terlebih dahulu dengan cara :

Cincin dipasangkan pada kait

↓

Tensiometer dihidupkan dengan memindahkan tombol TD 1 E keposisi ON

↓

Simbol cincin dipindahkan keposisi uji

↓

Pembacaan pada layar sehingga sama dengan 00,0 diatur dengan menggunakan

potensiometer tara (PT)

↓

Pemberat kalibrasi 500 dipasang pada kait untuk menambah berat cincin

↓

Harga kalibrasi dihitung dengan persamaan :

FKR =

GKR .g

2πd

FKR : Harga kalibrasi cincin (nM.m-1)

GKR : Pemberat kalibrasi (g)

g : Gaya gravitasi (cm.detik-1)

d : garis tengah cincin (cm)

Untuk cincin yang bergaris tengah 1,91 cm, harga kalibrasi adalah 40,89 nM.m-1

- Jika harga yang diperoleh pada layar tidak sesuai dengan hasil perhitungan maka pengatur

potensial kalibrasi (PK) harus diatur sedemikian rupa sehingga harga yang tertera pada

layar sama dengan hasil perhitungan.

- Pemberat kalibrasi diambil dan harga yang tertera pada layar harus 00,0 nM.m -1 jika

tidak, maka prosedur kalibrasi harus diulang.

II. Pengukuran Tegangan Permukaan

Meja sampel digerakkan kebawah serendah mungkin dan cairan uji didalam cawan

petri diletakkan diatas meja sampel

↓

Meja sampel bersama cairan uji digerakkan keatas perlahan-lahan sampai cincin

berada kira-kira 2-3 mm dibawah permukaan cairan

↓

Kemudian meja dengan cairan uji digerakkan kembali kebawah secara perlahan

sampai cincin menarik lamella keluar permukaan cairan. Pada saat ini nilai yang tertera pada

layar akan naik. Nilai ini akan mencapai maksimumnya sampai sesaat sebelum lamela pecah.

Nilai maksimum yang diperoleh merupakan besarnya tegangan permukaan cairan yang belum

dkoreksi.

↓

Faktor koreksi cincin dihitung menggunakan persamaan :

f =

0 ,000918.OSruk

0 ,8759+D

OSruk : tegangan permukaan yang belum dikoreksi

(nM.m-1)

D : bobot jenis cairan yang diuji (g.cm-3)

↓

Kalikan harga tegangan permukaan yang diperoleh dengan faktor koreksi yang

dihitung. Hasil kali terebut adalah harga tegangan permukan mutlak dalam nM.m-1

III.Penentuan Tegangan Antar Permukaan

Meja sampel digerakkan kebawah dan cincin diambil dari kaitnya

↓

Cincin dibersihkan dengan cara memanaskan pada nyala api etanol sampai berwarna

merah

↓

Biarkan cincin menjadi dingin dan dilembabkan dengan air, kemudian dipasang

kembali pada kaitnya

↓

Cawan petri diisi dengan sampel yang mempunyai bobot jenis besar, misalnya air

Meja sampel digerakkan keatas sampai cincin tercelup kira-kira 2-3 mm dibawah

permukaan cairan

↓

Cairan berbobot jenis lebih kecil ditambahkan kedalamnya secara perlahan-lahan

sampai mencapai ketebalan 1 cm

↓

Meja dengan cairan uji digerakkan kembali kebawah secara perlahan-lahan sampai

cincin menarik lamella keluar dari fase cairan yang berada disebelah bawah. Pada saat ini

nilai yang tertera pada layar akan naik. Nilai ini akan mencapai maksimumnya sampai sesaat

sebelum lamella pecah. Nilai maksimum yang diperoleh merupakan besarnay tegangan antar

permukaan cairan yang belum dikoreksi.

↓

Faktor koreksi cincin dihitung dengan menggunakan persamaan :

f =

0 ,000918 . OSruk

0 ,8759+D1−D 2

D1 : bobot jenis cairan yang berada dibawah (g.cm-3)

D2 : bobot jenis cairan yang berada diatas (g.cm-3)

↓

Kalikan nilai tegangan antar permukaan dua cairan yang diperoleh dengan faktor

koreksi yang telah dihitung. Nilai yang diperoleh adalah besarnya tegangan antar permukaan

mutlak dua cairan dalam nM.m-1.

III. Alat dan Bahan

Alat :

- Alat Tensiometer Digital

- Pemberat kalibrasi

Bahan :

- Air

- Minyak nabati

IV. Hasil dan Perhitungan

Hasil (Terlampir)

Perhitungan ( Tidak ada perhitungan dalam praktikum kali ini)

V. Pembahasan

Pada praktikum kali ini, kita melakukan praktikum kering yaitu kita hanya mengolah data yang ada yang selanjutnya didiskusikan oleh kelompok, karena alat yang tidak tersedia untuk praktikum tegangan permukaan kali ini. Kelompok kami diberikan empat pertanyaan oleh Pak Jemmy yang selanjutnya kami diskusikan dalam mencari jawabannya. Adapun empat pertanyaan yang diberikan antara lain :

1. Apa yang dimaksud dengan tegangan permukaan dan tegangan antar muka?2. Jelaskan cara penentuan tegangan permukaan dengan metode 3 sisi kawat!3. Jelaskan Metode Batang Willhelmy!4. Suatu zat cair organik dengan tegangan antar muka 25 dyne/ cm2. Terdispersi

dalam air yang memiliki tegangan permukaan 72,8 dyne/ cm2. Keduanya memiliki tegangan antar muka 30 dyne/ cm2 pada suhu 200C. Hitung berapa kerja adhesi, kohesi dan koefisien sebar mula-mula!

Selanjutnya jawaban yang kami dapat adalah sebagai berikut :

1. Tegangan Permukaan : Gaya per satuan panjang yang harus diberikan sejajar pada permukaan untuk mengimbangi tarikan ke dalam

Tegangan Antar muka : Gaya per satuan panjang yang terdapat antar muka dua fase cair yang tidak tercampur dan seperti tegangan permukaan, mempunyai satuan dyne/cm2

2. Tegangan permukaan dapat digambarkan dengan suatu kerangka kawat 3 sisi dimana suatu batang yang dapat bergerak diletakkan suatu film (lapisan tipis) sabun di daerah A,B,C,D dan dapat direntangkan dengan suatu gaya F pada batang yang bergerak dengan panjang l yang bekerja melawan tegangan permukaan dari film tersebut. Bila massa diangkat, film akan kembali mengkerut karena tegangan permukaan.Tegangan permukaan, γ dari larutan yang membentuk film tersebut kemudian adalah suatu fungsi dari gaya yang harus dipakai untuk memecah film dan fungsi dari panjang batang yang dapat bergerak dan berhubungan dengan film tersebut, karena film sabun mempunyai dua antar muka cair atau gas, panjang total yang berhubungan nyatanya sama dengan dua kali panjang batang.

γ = Fb2l

Dimana Fb adalah gaya untuk memecah film dan γ adalah panjang batang yang bergerak.

3. Metode Batang Willhelmy :Sebuah plat Willhelmy, plat tipis yang digunakan untuk mengukur

kesetimbangan tegangan permukaan atau antar muka di udara dengan cairan atau cairan dengan cairan. Dalam metode ini lat berorientasi tegak lurus ke antar muka dan gaya yang bekerja diukur. Plat Willhelmy yang terdiri dari plat tipis biasanya pada muatan beberapa cm2. Plat dibuat dari kaca atau platina yang mungkin untuk memastikan membasahi. Plat dibersihkan secara menyeluruh dan melekat pada skala atau keseimbangan melalui kawat tipis. Gaya pada plat akibat membasahi diukur melalui tensiometer atau microbalance, dan digunakan untuk menghitung tegangan permukaan dengan rumus Willhelmy :

Dimana l adalah panjang Willhelmy plat yang dibasahi dan Ө adalah sudut kontak fase cair dan plat.

Dalam gambar dijelaskan bahwa suatu lempeng Willhelmy dibasahi dengan cairan dimana terjadi sudut kontak antara cairan dengan lempeng Willhelmy yang bernilai Ө dan l merupakan panjang lempeng Willhelmy yang dibasahi oleh cairan. Hal tersubut bias terjadi karena pada lempeng diberikan gaya ke bawah sebesar F.

4. Diketahui

γL = 25 dyne/cm2

γS = 72,8 dyne/cm2

γLS = 30 dyne/cm2

Ditanya

Wa = ……Wk =…….S =…….

Jawab

Wa = γL + γS – γLS

= 25 + 72,8 – 30

= 67,8 dyne/cm2

Wk = 2 x γL

= 2 x 25

= 50 dyne/cm2

S = γS – (γL + γLS)

= 72,8 – (25 + 30)

= 72,8 – 55 = 17,8 dyne/cm2

VI. Kesimpulan

1. Tegangan Permukaan : Gaya per satuan panjang yang harus diberikan sejajar pada permukaan untuk mengimbangi tarikan ke dalam

Tegangan Antar muka : Gaya per satuan panjang yang terdapat antar muka dua fase cair yang tidak tercampur dan seperti tegangan permukaan, mempunyai satuan dyne/cm2

2. Kita dapat menjelaskan tegangan permukaan melalui metode kawat 3 sisi.

3. Plat Willhelmy, plat tipis yang digunakan untuk mengukur kesetimbangan tegangan permukaan atau antar muka di udara dengan cairan atau cairan dengan cairan.

4. Metode batang Willhelmy dapat menjelaskan bagaimana tegangan permukaan dan tegangan antar muka terjadi.

5. Kerja adeshi dan kohesi dapat dihitung dengan rumus berturut-turut adalah Wa = γL + γS – γLS dan Wk = 2 x γL

DAFTAR PUSTAKA

Martin, dkk. 2008. Farmasi Fisik. Jakarta : Penerbit Universitas Indonesia.

Tim Penyusun. 2008. Buku Ajar Farmasi Fisika. Jimbaran : Jurusan Farmasi Fakultas MIPA

Universitas Udayana.

Tim Penyusun. 2009. Petujuk Praktikum Farmasi Fisika. Jimbaran : Jurusan Farmasi Fakultas

MIPA Universitas Udayana.