11

22

PHENOMENA PERMUKAAN

Kenapa insect atau peniti terapung diatas permukaan air, tidak tenggelam ?

Kenapa dalam kasus yang sama tetesan air dipermukaan kaca terkumpul dalam bentuk tetesan , sementara yang lainnya tersebar seperti lapisan film tipis.

33

Kenapa air bisa merembes naik dalam tabung kapiler yang tipis?

Kenapa kita bisa membuat gelembung dari air sabun?

Salah satu sifat permukaan yang akan kita tinjau : Tegangan Permukaan ( Surface Tension,( )

44

TEGANGAN PERMUKAAN Tegangan Permukaan : Banyaknya kerja yang dibutuhkan

untuk memperluas permukaan cairan sebesar satu satuan luas

Atau Tegangan Permukaan adalah : Gaya yang diberikan (F) dibagi dengan luas (W) dari permukaan membran , dibagi lagi dengan 2 karena ada dua permukaan yang terlibat

= erg cm-2 atau dyne cm-1 ==== cgs

= N m-1 ==== SI

W

F

2

55

Tegangan permukaan terjadi karena adanya kecendrungan permukaan cairan untuk memperkecil luas permukaan secara spontan

Molekul yang berada dalam cairan akan mengalami gaya tarik menarik (gaya van Der Wall) yang sama besar kesegala arah

Molekul dipermukaan mengalami gaya resultan yang mengarah ke dalam cairan

Akibatnya molekul dipermukaan cendrung untuk meninggalkan permukaan dan masuk kedalam cairan sehingga permukaan cendrung menyusut

66

O O O O

OO

O O

Gambaran molekul yang berada di dalam

dan di permukaan cairan

77

Cara menentukan Tegangan Permukaan

Metoda kapiler (capillary rise)Metoda lempeng WilhelmyMetoda cincin Du Nouy Metoda tekanan gelembung maksimum

88

Metoda KapilerMetoda Kapiler

hh

0miniskus

Θ = Sudut kontak cairan dengan dinding kapilerr = jari-jari tabung kapilerh = tinggi cairan dalam tabung

kapiler

99

Gaya tegangan permukaan yang bekerja disekeliling tabung (ketika cairan bersentuhan dengan permukaan dinding tabung) adalah :

Gaya gravitasi adalah :

dimana = volume kolom cairan

Pada keadaan setimbang :

cos2 r

ghr 2

ghrr 2cos2

hr 2

1010

Sehingga

Contoh Soal Jari-jari tabung kapiler gelas 0,01 cm. Hitung tinggi

kenaikan air dalam tabung kapiler ini, bila diket :

= 72,75 dyne cm-1

g = 980,7 cm det-2

ρ = 1 gr cm-3

rgh

cos2

oC

OH

25

2

1111

Jawab :

Sudut kontak air dan gelas <<<<< sehingga cos θ ≈ 1, maka :

h = 14,8 cm

32

1

.1det7,98001,0

.75,722

cmgcmcm

cmdyneh

rgh

cos2

1212

Metoda lempeng Wilhelmy Pada metoda ini digunakan lempeng mika

tipis atau kaca slide mikroskop, yang digantung pada neraca.

a. Detachment method b. Metoda statik

)(2det yxWW

1313

Metoda Cincin Du Nouy Metoda ini dapat mengukur teg.permukaan cairan-

udara dan cairan-cairan

Gaya yang dibutuhkan untuk mengangkat cincin dari perm.cairan adalah :

RF

4

Prinsip tensiometer Du nuoy adalah Prinsip tensiometer Du nuoy adalah gaya yang diperlukan untuk gaya yang diperlukan untuk melepaskan cincin platina/iridium melepaskan cincin platina/iridium sebanding dengan tegangan sebanding dengan tegangan permukaan.permukaan.

1414

Cara mengukurnya :Cara mengukurnya :1.1. Meja sampel digerakan ke bawah, cincin diambil Meja sampel digerakan ke bawah, cincin diambil

dari kaitnya.dari kaitnya.

2.2. Cincin dibersihkan dengan dipanaskan pada Cincin dibersihkan dengan dipanaskan pada nyala api etanol sampai jadi merah.nyala api etanol sampai jadi merah.

3.3. Cincin didinginkan terus dipasang lagi ke Cincin didinginkan terus dipasang lagi ke kaitannya.kaitannya.

4.4. Cawan petri diisi dengan sampel yang mau Cawan petri diisi dengan sampel yang mau diuji. Lalu ditaruh di meja sampeldiuji. Lalu ditaruh di meja sampel

5.5. Meja sampel digerakkan ke atas sampai cincin Meja sampel digerakkan ke atas sampai cincin tercelup kira-kira 2-3 mm di bawah permukaan tercelup kira-kira 2-3 mm di bawah permukaan cairan.cairan.

6.6. Meja sampel digerakkan ke bawah secara Meja sampel digerakkan ke bawah secara perlahan-lahan sampai cincin menarik lamela ke perlahan-lahan sampai cincin menarik lamela ke luar permukaan cairan. luar permukaan cairan.

1515

1616

Adsorbsi Bila pada permukaan antara dua fasa (misal fasa cair-gas

atau cair-cair) ditambahkan komponen ketiga, maka komponen ketiga tersebut akan teradsorbsi pada permukaan.

Komponen ketiga ini sangat mempengaruhi sifat permukaan, yang disebut : SURFACE ACTIVE AGENT (Surfactan)

Mis. n-pentanol yang dilarutkan dalam air Penambahan sabun/detergent

untuk menstabilkan emulsi air-minyak

1717

Surfaktan dapat dikelompokkan :

a.Larut dalam air, mis. alkohol dan asam lemak rantai pendek.

Molekul ini dalam air akan membentuk lapisan dengan ketebalan satu molekul : Lapisan mono molekuler.

Ketebalan atau konsentrasi komponen ketiga ini dapat dicari/ ditentukan

b.Tak larut dalam air, mis.pelarut organik petroleum eter atau asam stearat, yang disebarkan diatas permukaan air sehingga terbentuk lapisan mono molekuler

Adsorbsi

1818

Konsentrasi surfaktan yang terdapat pada permukaan (konsentrasi lapisan hasil adsorbsi) dapat ditentukan dengan pers. GIBBS :

Dimana :

= surface excess

C2 = konsentrasi surfaktan yang terdapat dalam larutan

R = konstanta gas

T = Temperatur absolut

TRC

dCd

.22

2

2

Adsorbsi

1919

Kecendrungan molekul surfaktan untuk berkumpul dipermukaan, menyebabkan turunnya tegangan permukaan. Hal ini terjadi karena surfaktan menghasilkan suatu EXPANDING PRESSURE,

Atau tegangan permukaan yang melawan kecendrungan suatu permukaan untuk menyusut

Besarnya tegangan permukaan setelah penambahan surfaktan :

Adsorbsi

o

monolayer disebabkan yangpermukaan tegangan

monolayerrbentuk setelah tepermukaan tegangan

murnicairan permukaan tegangan

o

2020

Kebenaran pers. GIBBS diuji oleh Mc Brain menggunakan MICROTONE, untuk mengikis suatu lapisan permukaan yang sangat tipis (0,1 mm).

Konsentrasi surfaktan yang dikikis dari permukaan dibandingkan dengan konsentrasi surfaktan dalam larutan

Contoh :

1. Dengan menggunakan microtone, suatu perm.larutan dengan luas 0,031m2, berhasil dikikis 2,30 gr larutan as. hidroksisinamat. Konsentrasi asam hasil kikisan 4,0130 gr/kg air, sedangkan konsentrasi larutan 4,000 gr/kg air pada 25oC. Hitung dengan metoda Langmuir (microtone)

Adsorbsi

2

2121

Jawab : Perhitungan dari data microtone

- Kelebihan konsentrasi asam pada permukaan := ( 4,0130 – 4,000 ) = 0,0130 g/kg

- Berat asam yang berhasil dikikis = (2,30 x 0,0130) / 1000

- Jumlah mol asam yang berhasil dikikis :[(2,30 x 0,0130) / 1000] x 1/150 mol = 1,992 . 10-7 mol

- Luas permukaan 0,031 m2, maka :

= (1,992 . 10-7 mol) / 0,031m2 = 6,43 . 10 -6 mol/m2

2

Adsorbsi

2

2222

2. Dari percobaan lain, untuk asam hidroksisinamat pada suhu 25oC diperoleh data sbb :

Hitung menggunakan pers. GIBBS Jawab:

Konsentrasi (gr/kg air) (dyne / cm)

3,50 56,0

4,00 54,0

4,50 52,0

2

262

172

2

.10.43,6

.1

4

298.10.134,8(

4

)(.

)(

)(

mmol

cmmol

dC

d

RT

C

2323

Permukaan cairan-gas, cairan-Permukaan cairan-gas, cairan-cairan cairan

Tegangan permukaan yang bisa diukur, bukan hanya antara cairan dan gas, tapi juga tegangan permukaan antara permukaan dua cairan (sering disebut : tegangan antar muka)

Nilai tegangan permukaan dua cairan biasanya berada diantara nilai tegangan permukaan cairan-gas masing-masing cairan

Misal:

Cairan γ dengan udara

γ dengan air

Air 72,75 -

Benzen 28,88 35,0

CCl4 26,80 45,1

2424

Permukaan Gas-Permukaan Gas-PadatanPadatan

Jika gas atau uap bersentuhan dengan permukaan padatan yang bersih, maka gas/uap akan teradsorbsi pada permukaan padatan tadi.

Permukaan padatan ===== AdsorbentGas/uap ===== Adsorbat

Adsorbent - sangat halus- sangat porous

Mis : arang aktif

2525

Gaya yang menyebabkan molekul gas terikat pada permukaan padatan, dapat berupa :Gaya van Der Waals (adsorbsi fisika)Gaya kimiawi (chemisorption, adsorbsi

aktivasi)

Pada keadaan setimbang, hubungan antara jumlah gas yang teradsorbsi dan tekanan gas pada suhu tertentu

ISOTERM ADSORBSI

2626

Persamaan yang sering digunakan untuk menyatakan adsorbsi gas pada permukaan padatan adalah :

a.) Isoterm Langmuir :

b.) Isoterm Freundlich :

c.) Isoterm BET (pengembangan pers. Langmuir):

mm vav

P

v

P

.

1

/nk.p v 1

00

11

P

P.

.Cv

)(C

.Cv-P)v(P

P

mm

2727

Permukaan Padatan-CairanPermukaan Padatan-Cairan

= SUDUT KONTAK = Bila setitik cairan ditempatkan pada

permukaan padatan yang halus, maka cairan tetap berbentuk bola pipih dengan sudut kontak, θc tertentu, atau dapat tersebar pada permukaan membentuk lapisan cairan

2828

Sudut kontak suatu cairan yang membasahi permukaan kering >>> dari permukaan basahMisal : titik hujan yang jatuh pada kaca jendela yang

kotorBahan dasar pembuat payung, θc dg air >>>

2929