NAMA:
Elisa Rahamadani (15630022)
Kimia
A
TEGANGAN
PERMUKAAN
AA. Definisi Tegangan
Permukaan
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 (Atkins, 1994).
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 (Suminar,2001).
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 (Giancoli,2001).
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. Pengukuran Tegangan Permukaan
1. Metode Kenaikan atau penurunan cairan dalam kapiler
Metode: bila sebatang
pipa kapiler dimasukkan ke dalam cairan, maka permukaan cairan dalam pipa
kapiler dapat mengalami kenaikan atau penurunan (Munson,2004):
1.
Bila cairan membasahi
bejana (θ < 90), permukaan cairan naik
2.
Bila cairan tidak
membasahi bejana (θ > 90), permukaan cairan turun
Kenaikan atau
penurunan cairan dalam kapiler disebabkan adanya tegangan permukaan yang
bekerja pada permukaan cairan yang menyentuh dinding sepanjang keliling pipa. Akibat tegangan permukaan ini pipa akan memberikan gaya reaksi pada
permukaan cairan yang besarnya sama tetapi arahnya berlawanan (Munson,2004).
Besar gaya ke atas akibat
tegangan permukaan :
F1 = 2 π r g cos θ
F1 = gaya ke atas akibat tegangan permukaan
r = jari-jari kapiler
g = tegangan permukaan
θ= sudut kontak
Kenaikan cairan tidak dapat
berlangsung terus, karena pada permukaan cairan juga bekerja gaya akibat berat
cairan (F2) yang arahnya ke bawah sebesar :
F2 = d V g
karena V = π r2 h , maka :
F2 = π r2 h d g
d = rapatan cairan
g = percepatan gravitasi
h = kenaikan/ penurunan
cairan dalam kapiler
Pada saat setimbang
berlaku F1 = F2, sehingga
2 π r g cos θ = π r2 h d g
2. Metode Wilhelmley
Dasar: gaya yang
diperlukan untuk menarik pelat tipis dari permukaan cairan. Penetapannya diperlukan alat dari lempeng tipis terbuat dari kaca,
platina atau mika dan sebuah neraca. Pelat
digantungkan pada salah satu lengan neraca dan dimasukkan ke dalam cairan yang
akan diselidiki. Besarnya gaya tarik
pada neraca yang digunakan untuk melepas pelat dari permukaan cairan dicatat (Munson,2004).
Penetapan tegangan
muka metode Wilhelmy
Pada saat pelat terlepas berlaku hubungan :
F = W + 2 â„“ g
g= tegangan permukaan
F= gaya tarik yang dicatat
W= berat lempeng ( pelat )
â„“= lebar lempeng
2= faktor karena ada 2 permukaan pada lempeng
Asumsi sudut kontak θ = 00, dan pengaruh dari ujung-ujung lempeng diabaikan .
C. Faktor-faktor yang Mempengaruhi Tegangan Permukaan
Faktor-faktor
yang mempengaruhi (Giancoli,2001):
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.
D. Prinsip
Dasar Pengaplikasian 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. Agar semakin memahami penjelasan ini, perhatikan
ilustrasi berikut. Kita tinjau cairan yang berada di dalam sebuah wadah
(Giancoli,2001).
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. Fenomena ini kita kenal dengan istilah Tegangan Permukaan
(Giancoli,2001).
DAFTAR PUSTAKA
Atkins, P.W.1994. Kimia
Fisik edisi ke-4 jilid 1. Jakarta: Erlangga.
Giancoli, Douglas C. 2001. Fisika jilid . Jakarta: Erlangga.
Munson, B.R. et
all. 2004. Mekanika Fluida.
Jakarta: Erlangga.
Suminar. 2001. Prinsip-Prinsip
Kimia Modern. Jakarta: Erlangga.
No comments:
Post a Comment