ANGGANG-ANGGANG DAN TEGANGAN PERMUKAAN ZAT CAIR

Nama :  Ayyuma Jauharoh
NIM     : 15630013 

            Sebelum melanjutkan, dipersilakan untuk melihat video berikut:

 Video 1. anggang-anggang

Dalam video tersebut, terdapat hewan lebih tepatnya adalah serangga bernama anggang-anggang yang dapat terapung dan berjalan di atas air. Anggang-anggang juga sering disebut dengan laba-laba air meskipun kedua serangga tersebut bukanlah hewan yang sama dan merupakan dua hewan yang secara fisik sangat berbeda. Hewan anggang-anggang ini sering ditemui di sungai atau di genangan air(dengan kondisi air yang relative tenang) dan hidup berjalan diatas air dengan gerakan cepat secara maju mundur dengan kecepatan mencapai 1,5 m/s. Bagaimana anggang-anggang dapat melakukan hal tersebut ?

Gambar 1. Anggang-anggang

(Source : http://www.re-tawon.com/2012/01/anggang-anggang-ahlinya-bergerak-di.html)

            Ada beberapa hal yang menyebabkan anggang-anggang dapat mengambang di atas air. Tubuh anggang-anggang dilapisi dengan bulu-bulu halus yang bersifat hidrofobik yang menyebabkan tubuh anggang-anggang akan terbebas dari percikan air sehingga membantu anggang-anggang untuk tidak basah dan tenggelam ketika berada diatas air. Namun hal yang paling mempengaruhi anggang-anggang agar dapat berjalan diatas air adalah adanya tegangan permukaan yang dimiliki oleh permukaan air tempat anggang-anggang hidup. Tegangan permukaan menyebabkan anggang-anggang melalui kakinya dapat menopang berat tubuh anggang-anggang diatas air. Berat badan dari anggang-anggang dapat terdistribusi rata melalui sepasang kaki tengah dan sepasang kaki belakangnya dan di atas permukaan air akan membentuk cekungan atau lengkungan air tepat dimana anggang-anggang menumpukan kakinya. Ketika adanya distribusi massa badan yang merata pada tumpuan kaki anggang-anggang, maka efek sebaran atau massa tubuh anggang-anggang akan lebih kecil daripada efek penarikan tekanan permukaan air yang menyebabkan anggang-anggang dapat terapung di atas permukaan air. Sebenarnya apa yang dimaksud dengan tegangan permukaan ?

            Tegangan permukaan fluida adalah kecenderungan permukaan fluida untuk merenggang sehingga permukaannya seperti ditutupi oleh selaput karena adanya gaya tarik menarik sesama molekul fluida yang disebut gaya kohesi. Selain itu tegangan permukaan zat cair juga dapat didefinisikan adalah kecenderungan permukaan zat cair untuk menegang sehingga permukaannya seperti ditutupi oleh suatu lapisan elastis. Lapisan ini cenderung menyusut sekuat mungkin. Oleh karena itu, cairan akan cenderung mengambil bentuk dengan luas permukaan yang sesempit mungkin.

Gambar 2. Interaksi antar molekul zat cair

      (source: anonymous)

            Pada molekul yang terletak jauh dari permukaan. Karena mendapatkan gaya tarik menarik dari semua arah maka resultan gaya tarik menarik nol sehingga tidak ada tegangan permukaan. Sedangkan pada molekul yang terdapat pada permukaan zat cair, resultan gaya mengarah ke bawah karena di atas permukaan tidak terdapat molekul air yang menyebabkan seolah olah permukaan air ditutupi oleh selaput tipis. Semakin tinggi gaya tarik menarik molekul zat cair, maka semakin rapat molekul tersebut. Selain semakin rapat, semakin tinggi pula tegangan permukaan yang timbul. Sehingga, zat cair yang dengan densitas yang tinggi, mempunyai tegangan permukaan yang tinggi pula..Akibat adanya tegangan permukaan membuat permukaan zat cair selalu menuju ke keadaan yang luas permukaannya paling kecil. Hal ini bisa terlihat dari tetesan air yang berbentuk bola karena bentuk bola adalah luas permukaannya paling kecil. Jika zat cair menempati suatu wadah, luas permukaan terkecil adalah bentuk datar sehingga permukaan zat cair tidak mengikuti bentuk wadahnya. Permukaan air dalam mangkuk tetap datar walaupun mankuk berbentuk setengah lingkaran. Lapisan tipis atau lapisan elastis yang disebabkan oleh tegangan permukaan tersebut dapat menopang massa benda yang sesuai seperti halnya massa dari hewan anggang-anggang.

            Tegangan permukaan adalah gaya pada permukaan tiap satuan panjang. Untuk fluida dengan satu permukaan

                                                ᵞ = F/d

Dan untuk dua permukaan d= 2l maka

                                                ᵞ = F/2l

Dimana ᵞ adalah tegangan permukaan(N/m), F adalah gaya (N), d atau l adalah satuan panjang (m).

            Secara termodinamika, pada temperature dan tekanan konstan, tegangan permukaan sama dengan energy bebas gibbs :

                                                G^s= ᵞ = (∂G/∂A)_T,P

Proses tersebut merupakan proses reversible, panas yang berhubungan dengan proses memberikan entropi permukaan(S^s)

                                                Dq=TdS=T S^sdA

Karena (∂G/∂T)_P=-S

maka (∂G^s/∂T)_P=-S^s

total entalpi permukaan per cm² H^s, yaitu H^s= G^s+TS^s

            Berdasarkan persamaan persamaan diatas, tegangan permukaan dipengaruhi oleh beberapa factor antara lain suhu, tekanan, dan kerapatan zat cair itu sendiri. Pada kondisi tertentu, permukaan zat cair akan mengalami penurunan tegangan permukaan sehingga tidak sanggup lagi menopang berat atau massa anggang-anggang. Sehingga diketahui bahwa permukaan air dimana anggang –anggang dapat terapung dan berjalan di atasnya adalah pada permukaan air yang memiliki tegangan yang sesuai dan tidak segala macam air yang telah berubah suhu, tekanan, kerapatan, atau dengan hadirnya zat asing lainnya.

            Surfaktan merupakan salah satu zat yang mempengaruhi kekuatan dari tegangan air. Surfaktan akan menurunkan tegangan permukaan melalui penambahan molekul surfaktan dalam air akan menjadi semacam penyusup yang masuk diantara molekul air, sehingga molekul air akan sulit berinteraksi atau tarik menarik dengan molekul air disekitarnya karena terhalang oleh molekul surfaktan. Sehingga permukaan kontak antar molekul air akan berkurang.

            Pada gambar dibawah menunjukkan bahwa dengan adanya tegangan permukaan zat cair, jarum yang memiliki kerapatan lebih tinggi dari air dapat terapung di atas air dan membentuk cekungan pada permukaannya.

Gambar 3. Jarum yang terapung di atas permukaan air tanpa molekul surfaktan

(source : dokumen pribadi penulis)

Dengan ditambahkan(ditaburkan) sedikit saja molekul surfaktan yang terdapat dalam deterjen, jarum akan tenggelam dengan sendirinya dalam waktu singkat menjadi seperti gambar berikut.

Gambar 4. Jarum tenggelam dalam air yang terkandung molekul surfaktan

(source : dokumen pribadi penulis)

Penambahan surfaktan dapat menurunkan tegangan permukaan dari zat cair. Selain itu, penambahan deterjen pada air bersih menyebabkan perubahan kekeruhan air. Sehingga dapat diketahui bahwa dalam keadaan tertentu, anggang-anggang tidak mampu terapung dan berjalan diatas permukaan air yang terkontaminasi oleh molekul surfaktan karena terjadinya penurunan tegangan permukaan air sehingga permukaan air sudah tidak dapat atau mampu lagi menopang massa anggang-anggang dan menyebabkan anggang-anggang tenggelam

(Ditulis berdasarkan berbagai sumber seperti yang tercantum diatas dan pengalaman pribadi penulis)

Sumber lain:

Atkins, PW. 1994. KIMIA FISIKA JILID 1. Jakarta : Erlangga