Gejala/fenomena permukaan

Zat padat, cair, dan larutan menunjukkan sifat-sifat aksi molekul dari permukaannya

1. tegangan permukaan

2. tegangan antar permukaan

3. absorbsi

4. aktivitas katalitik, dll

AntarmukaFase Tipe dan Contoh Antarmuka

Gas/gas

Gas/cairan

Gas/padatan

Cairan/cairan

Cairan/padatan

Padatan/padatan

Tidak ada kemungkinan antarmuka

Permukaan cairan, air yang berada di atmosfer

Permukaan padat, bagian atas meja

Antarmuka cairan-cairan, emulsi

Antarmuka cairan-padatan, suspensi

Antarmuka padatan-padatan, partikel-partikel serbuk yang saling melekat

Antarmuka cairanTegangan Permukaan dan Tegangan

AntarmukaUdara

Tetes cairan

Gaya sejajar permukaan untuk mengimbangi gaya ke dalam (sentripetal) akibat ketidakseimbangan gaya pada partikel permukaan.

Tegangan permukaan cairan (surface tension)

• Di dalam cairan molekul dipengaruhi tarikan2 molekuler• Permukaan hy dipengaruhi mol lain<<• So molekul hy dipengaruhi tarikan ke dalam dan hasrat

hy ke dalam shg mbntuk luas perm minimum• Tegangan permukaan :

- jumlah energi yang dibutuhkan untuk memperluas suatu zat cair sebanyak 1 cm2 - gaya per satuan panjang yang harus diberikan sejajar pada permukaan untuk mengimbangi tarikan ke dalam

• Satuan : erg/cm2=dyne/cm

A

B

D

C

fb ds

Lapisan permukaan pada gambar mempunyai 2 permukaan yaitu sebelah muka dan sebelah dalam/belakang. Jadi jumlah penambahan permukaan ialah 2x1xcm2

Jika tegangan muka () dianggap sebagai kekuatan elastisitas larutan sabun, maka jika lapisan pecah:

= fb / 2 LDibagi 2 L, karena lapisan mempunyai 2 permukaan.Untuk evaluasi kerja yang dilakukan, maka :

= fb / 2 L fb = . 2 LJika pengait digerakkan sepanjang ds, maka kerja :

dW = f. ds = . 2 L.ds2 L.ds dA

dW = . dAUntuk perubahan tertentu : W = . ΔA

W : energi permukaan (erg) : tegangan muka (dyne / cm)ΔA : pertambahan luas (cm2)

Contoh soal Bila panjang dari batang BC adalah 5 cm dan untuk memecah film maka batang AD diberi beban dengan massa 0,50 gram, berapakah tegangan permukaan larutan sabun tersebut ?

Berapakah kerja yang dibutuhkan dalam contoh soal 1 untuk menarik kawat 1 cm ke bawah ?

Contoh soal 1

Bila panjang dari batang BC adalah 5 cm dan untuk memecah film maka batang AD diberi beban dengan massa 0,50 gram, berapakah tegangan permukaan larutan sabun tersebut ?

Jawab : Ingat, gaya ke bawah (fb)=massa x percepatan gravitasi

0,50 gram x 981 cm/detik2

= 10 cm

= 49 dyne/cm

Berapakah kerja yang dibutuhkan dalam contoh soal 1 untuk menarik kawat 1 cm ke bawah ?

Karena luas permukaan bertambah 10 cm2, maka kerja yang diberikan :

W = 49 dyne/cm x 10 cm2 = 490 erg

Contoh soal 2

Faktor intensitas = tegangan muka ()

W= energi bebas permukaan

Faktor kapasitas = perubahan luas permukaan (A)

Definisi lain tegangan muka : perubahan energi bebas permukaan per satuan tambahan luas permukaan.

Adanya tegangan muka menyebabkan cairan akan memperkecil luas permukaannya menjadi minimal

bentuk bola.

Pengecilan jari-jari menaikkan tekanan dari dalam, dengan persamaan : P = 2 / rpenyederhanaan persamaan Young Laplace

kenaikan kapiler.

dr

r

Pengukuran Tegangan mukaa. Metode Kenaikan kapiler

Prinsip : gaya keatas cairan untuk memasuki pipa kapiler yang disebabkan oleh tegangan muka akan ditentang oleh gaya ke bawah yang disebabkan gravitasi.

Gaya ke atas : 2 r cos θ

θ sudut kontak cairan dengan dinding untuk cairan yang membasahi dinding

GA= 2 r θ = 0° cos θ =1

Gaya ke bawah : gaya gravitasi = r2 h g

Pada keadaan setimbang (tinggi cairan tertentu):

2 r = r2 h g = ½ r h g

r : jari-jari dalam kapiler

h : tinggi cairan dalam keseimbangan

: kerapatan cairan

g : gravitasi

Metode cincin Du Nouy :Prinsip : gaya yang dibutuhkan untuk memisahkan cincin platina

iridium yang dicelupkan pada permukaan (antarmuka) cairan berbanding lurus dengan tegangan muka (antarmuka)

Cincin dengan keliling l

F1 =gaya ke atas untuk memisahkan cincin dari cairan

F2 =gaya ke bawah akibat tegangan permukaan dimana F2 = 2L.

L =keliling cincin

Pada saat cincin lepas gaya ke atas = ke bawah

F1 = F2

F1 = 2L

=F1 / 2L

Du Noüy Ring method

A ring of thin wire is submersed but slightly under the surface plan

The ring is then gently pulled out of the water and the equilibrium state between surface tension and gravity is measured

= F / 2l= F / 2l

If F is the force applied at the dynamometer and l the lengt of the wire curled, surface tension is calculated using the equation

• c. Drop weight method

• d. Bubble pressure method

• e. Sessile drop method

• f. Wilhelmy plate method

Tegangan antar permukaan (Interfacial tension)

Tegangan permukaan zat cair yang berbatasan dengan zat cair lain

Tegangan antar permukaan AB harganya berada diantara harga tegangan permukaan kedua cairan A dan B

A B A B AB

air benzena 72.75 28.88 35.00

air CCl4 72.75 25.80 45.00

air N-oktana 72.75 21.80 50.80

air N-heksana 72.75 18.40 51.10

air raksa 72.75 470.0 375.0

air N-oktilalkohol 72.75 27.50 8.50

air Etil-eter 72.75 17.50 10.70

Koefisien Penyebaran/pengembangan

Jika suatu kolom zat cair dg penampang 1 cm2 dipisahkan maka akan terjadi 2 permukaan masing2 1 cm2 luasnya.

Kerja kohesi: energi yang diperlukan untuk memisahkan molekul-molekul cairan yang menyebar sehingga cairan tersebut dapat mengalir diatas lapisan bawah tersebut.

Wk=2 dimana Wk= kerja kohesi dari cairan

Jika kolom zat cair terdiri dari 2 cairan yang saling tidak melarutkan atau larut sebagian maka kerja yang dilakukan untuk memisahkan satu cairan dari yang lain melawan aksi dari permukaan:

Wa= L + S- LS dimana

Wa=kerja adhesiKedua kerja ini menghasilkan besaran koefisien sebar (Spreading coefficient)

Kerja adhesi adalah energi yang dibutuhkan untuk melawan gaya tarik molekul tidak sejenis.

Wa = L + S- LS

Kerja kohesi adalah energi yang dibutuhkan untuk memisahkan molekul zat cair yang menyebar yang atas dapat mengalir di atas lapisan di bawahnya.

WC= 2 L

Koefisien penyebaran adalah selisih kerja adhesi dengan kohesi.

S = Wa-Wc = L + S- LS-2 L

= S - LS - L

= S – (LS + L )

Jika Wa – Wc > 0 cairan yang satu akan menyebar melapisi cairan yang kedua seperti minyak dalam air(mengembangkan di perm A)

Jika Wa-Wc < 0 kedua cairan tidak saling campur seperti air pada minyak (tidak terjadi pengembangan)

TERIMA KASIH