LAPORAN AKHIR PRAKTIKUM FARMASI FISIKA II

TEGANGAN PERMUKAAN

NAMA : DONI DERMAWAN

HARI/TANGGAL PRAKTIKUM : KAMIS, 23 APRIL 2015

ASISTEN :1. NOVIA EKA PUTRI

2. RIMBA T.

LABORATORIUM FARMASI FISIKA II

FAKULTAS FARMASI

UNIVERSITAS PADJADJARAN

JATINANGOR

2015

Abstrak

Tegangan permukaan merupakan jumlah energi yang dibutuhkan untuk

menarik atau memperluas permukaan sebesar satu satuan luas. Pada percobaan ini

cairan uji yang digunakan adalah minyak jarak (Oleum Ricini) yang merupakan

trigliserida dengan ikatan rangkap pada rantai hidrokarbonnya dan surfaktan yang

digunakan adalah natrium lauril sulfat yang merupakan surfaktan anionik. Tujuan

percobaan ini adalah menentukan nilai tegangan permukaan minyak jarak dengan

variasi surfaktan yang ditambahkan. Metode yang digunakan adalah penentuan

gaya yang diperlukan untuk memisahkan plat kaca dari cairan uji. Hasil yang

diperoleh adalah semakin banyak volume surfaktan yang ditambahkan pada cairan

uji maka semakin kecil nilai tegangan permukaannya.

Kata Kunci :Tegangan permukaan, Oleum Ricini, Natrium lauril sulfat, Surfaktan

Abstract

Surface tension is the amount of energy required to attract or expand the

surface by one unit area. In this experiment the test liquid used is castor oil

(Oleum Ricini) which is triglyceride with double bonds in the hydrocarbon chains

and surfactant used is sodium lauryl sulfate which is an anionic surfactant. The

purpose of this trial is to determine the value of surface tension of castor oil with

a variety of surfactants are added. The method used is the determination of the

force required to separate the glass plate of the test liquid. The results obtained

are more and more surfactant is added to the volume of test fluid, the smaller the

value of surface tension.

Keywords: Surface tension, Oleum Ricini, Sodium lauryl sulfate, Surfactant

I. TUJUAN

1. Mengkalibrasi alat penentu tegangan permukaan.

2. Menentukan tegangan permukaan.

3. Menghitung tegangan permukaan dengan menggunakan alat

penentu tegangan permukaan.

I. PRINSIP

1. Tegangan Permukaan

Tegangan permukaan adalah jumlah energi yang dibutuhkan untuk

menarik atau memperluas permukaan sebesar satu satuan luas

(Chang, 2005).

Rumus tegangan permukaan :

γ = F/d

Keterangan : γ = tegangan permukaan (N/m atau Dyne/cm)

d = panjang permukaan (m atau cm)

(Kamajaya, 2007).

2. Adhesi dan Kohesi

Adhesi didefinisikan sebagai gaya tarik menarik antar partikel yang

berbeda jenis. Kohesi didefinisikan sebagai gaya tarik menarik

antar partikel sejenis (Febriyani, 2014).

3. Konsentrasi Misel Kritis

Misel adalah kumpulan molekul berukuran koloid, walaupun tidak

ada tetesan lemak. Misel hanya terbentuk di atas konsentrasi misel

kritis (CMC) dan di atas temperatur Kraft (Atkins, 1997).

II. REAKSI

-

III. TEORI DASAR

Tegangan dalam permukaan ini adalah gaya persatuan panjang

yang harus diberikan sejajar pada permukaan untuk mengimbangi tarikan

ke dalam. Gaya ini tegangan permukaan mempunyai satuan dyne/cm

dalam satuan cgs. Hal ini analog dengan keadaan yang terjadi bila suatu

objek yang menggantung dipinggir jurang pada seutas tali ditarik ke atas

oleh seseorang memegang tali tersebut dan berjalan menjauhi seutas tali

(Martin, 1990).

Tegangan permukaan didefinisikan sebagai kerja yang dilakukan

dalam memperluas permukaan cairan dengan satu satuan luas. Satuan

untuk tegangan permukaan (γ adalah j/m2atau dyne/cm atau N/m. Metode

yang paling umum untuk mengukur tegangan permukaan adalah kenaikan

atau penurunan cairan dalam pipa kapiler. dimana d adalah kerapatan

cairan, r adalah jari-jari kapiler, g adalah konstanta gravitasi, λ adalah

panjang cairan yang akan ditekan atau akan naik. (Dogra, 1990).

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. Pada zat cair

yang adesiv berlaku bahwa besar gaya kohesinya lebih kecil dari pada

gaya adesinya dan pada zat yang non-adesiv berlaku sebaliknya. Salah satu

model peralatan yang sering digunakan untuk mengukur tegangan

permukaan zat cair adalah pipa kapiler. Salah satu besaran yang berlaku

pada sebuah pipa kapiler adalah sudut kontak, yaitu sudut yang dibentuk

oleh permukaan zat cair yang dekat dengan dinding. Sudut kontak ini

timbul akibat gaya tarik-menarik antara zat yang sama (gaya kohesi) dan

gaya tarik-menarik antara molekul zat yang berbeda (adesi) (Ansel, 1985).

Ada beberapa metode dalam melakukan tegangan permukaan :

a. Metode Kenaikan Kapiler

Tegangan permukaan diukur dengan melihat ketinggian air/ cairan

yang naik melalui suatu kapiler. Metode kenaikan kapiler hanya dapat

digunakan untuk mengukur tegangan permukaan  tidak bisa  untuk 

mengukur tegangan permukaan tidak bisa untuk mengukur tegangan antar

muka.

b. Metode Tersiometer Du-Nouy

Metode cincin Du-Nouy bisa digunakan utnuk mengukur tegangan

permukaan ataupun tegangan antar muka. Prinsip dari alat ini adalah gaya

yang diperlukan untuk melepaskan suatu cincin platina iridium yang

diperlukan sebanding dengan tegangan permukaan atau tegangan antar

muka dari cairan tersebut (Atkins. 1994).

Molekul-molekul zat cair memberikan gaya tarik satu sama lain. Gaya

tarik ini bekerja pada molekul kedua di permukaan. Molekul di dalam zat

cair berada di dalam kesetimbangan karena gaya-gaya molekul lain yang

bekerja ke semua arah. Molekul di permukaan normalnya juga dalam

kesetimbangan (zat cair tersebut diam). Hal ini benar walaupun gaya pada

molekul di permukaan dapat diberikan hanya oleh molekul-molekul di

bawahnya (atau di sampingnya). Dengan demikian, adanya gaya tarik total

ke bawah, yang cenderung menekan lapisan permukaan sedikit tapi hanya

sampai batas di mana gaya ke bawah ini diimbangi oleh gaya tolak ke atas

yang disebabkan oleh kontak yang dekat atau tumbukan dengan molekul-

molekul di bawahnya. Penekan permukaan ini berarti bahwa, intinya zat

cair meminimalkan garis permukaannya. Inilah sebab mengapa air

cenderung membentuk tetesan berbentuk bola, karena sebuah bola

mempresentasikan luas permukaan minimum untuk volume tertentu

(Giancoli,2000).

Semua fenomena menunjukkan bahwa permukaan zat cair dapat

dianggap sebagai dalam keadaan tegang, demikian pula sehingga ditinjau

setiap garis di dalam atau yang membatasi permukaannya, maka zat-zat di

kedua sisi garis tersebut saling tarik-menarik (Zemansky, 1983).

Gelembung-gelembung bundar–berbentuk bola–karena ada suatu gaya

tarik menarik yang disebut tegangan permukaan yang menarik molekul-

molekul air sekuat mungkin antara sejumlah partikel adalah ketika mereka

membentuk sebuah bola. Di antara semua bentuk yang mungkin, kubus,

piramida, bongkahan tak beraturan–bola memiliki luas sebelah luar paling

kecil (Suryaningrum, 2012).

Sepotong kawat dibengkokkan menjadi berbentuk U dan sepotong lagi

digunakan sebagai peluncur. Ternyata gaya F = W1 + W2, dapat menahan

peluncur dalam sembarang posisi, berapapun luas selaput, asal saja suhu

selaput konstan, ini amat berlainan dengan sifat elastik lembaran karet, dalam

mana gaya tersebut akan menjadi lebih besar kalau lembaran itu ditarik

(Zemansky,1983).

Selain dipengaruhi oleh jenis cairan, γ juga dipengaruhi oleh temperatur.

Bila temperatur makin tinggi, maka γ akan mengalami penurunan. Untuk air

antara 20-30oC, perubahan γ rata-rata 0,16   (Soekardjo, 1990).

Tegangan permukaan juga merupakan sifat fisik yang berhubungan

dengan gaya antarmolekul dalam cairan dan didefinisikan sebagai hambatan

peningkatan luas permukaan cairan. Awalnya tegangan permukaan

didefinisikan pada antarmuka cairan dan gas. Namun, tegangan yang mirip

juga ada pada antarmuka cairan-cairan, atau padatan dan gas. Tegangan

semacam ini secara umum disebut dengan tegangan antarmuka. Tarikan

antarmolekul dalam dua fase dan tegangan permukaan di antara dua jenis

partikel ini akan menurun bila tempeartur menurun. Tegangan antarmuka juga

bergantung pada struktur zat yang terlibat. Molekul dalam cairan ditarik oleh

molekul di sekitarnya secara homogen ke segala arah. Namun, molekul di

permukaan hanya ditarik ke dalam oleh molekul yang di dalam dan dengan

demikian luas permukaan cenderung berkurang. Inilah asal mula teori

tegangan permukaan. Bentuk tetesan keringat maupun tetesan merkuri adalah

akibat adanya tegangan permukaan (Takeuchi, 2008).

Tegangan permukaan sebuah campuran zat cair bukan fungsi sederhana

tegangan permukaan komponen murni karena komposisi cairan pada

campuran tidak sama dengan komposisi badan cairnya. Ketika temperatur

dinaikkan, tegangan permukaan zat cair dalam keadaan setimbang dengan

penurunan kerapatan uapnya dan menjadi nol pada titik kritis (Reid, 1991).

IV. ALAT DAN BAHAN

Alat :

1. Alat pengukur tegangan permukaan

2. Batu timbangan

3. Cawan petri

4. Gelas beker

Bahan :

1. Minyak jarak (Oleum Ricini)

2. Minyak wijen (Oleum Sesami)

3. Natrium lauril sulfat

4. Oleum Olivarum (olive oil)

5. Parafin cair

6. Tween 80

Gambar Alat :

Alat penentu tegangan permukaan Batu timbangan

Cawan petri Gelas beaker

V. PROSEDUR

Alat penentu tegangan permukaan dikalibrasi lebih dahulu

dengan ditentukannya titik nol. Zat cair uji yang telah ditentukan oleh

asisten dituangkan ke dalam wadah yang cocok (cawan petri/gelas

beaker). Bagian pelat kaca dicelupkan tepat pada permukaan cairan

dan diberikan beban sehingga pelat kaca lepas dari permukaan

kemudian tegangan permukaan dihitung.

VI. DATA PENGAMATAN

Tebal pelat kaca : 0,5 cm

Panjang pelat kaca : 4,1 cm

Persamaan tegangan permukaan :

γ = F

2( p+t)

dimana; F = m x g

Zat uji : Minyak jarak (Oleum Ricini)

Surfaktan : Na Lauril Sulfat

NoBahan

Uji (ml)

Surfaktan

(ml)

Bobot (gram) Rata-

rata

Bobot

(gram

)

γ

(dyne/cm)1 2 3

1 20,0 0 0,80 0,78 0,83 0,80 85,22

2 18,8 1,2 0,72 0,72 0,72 0,72 76,70

3 18,6 1,4 0,68 0,70 0,72 0,70 74,64

4 18,4 1,6 0,68 0,70 0,63 0,69 73,50

5 18,2 1,8 0,65 0,63 0,61 0,63 67,10

6 18,0 2,0 0,62 0,58 0,60 0,60 63,91

Perhitungan :

F = m x g

F1 : 0,8 x 980 = 784,00

F2 : 0,72 x 980 = 705,60

F3 : 0,70 x 980 = 686,65

F4 : 0,69 x 980 = 676,20

F5 : 0,63 x 980 = 617,40

F6 : 0,60 x 980 = 588,00

γ = F

2( p+t)

γ1 = 784

2(4,1+0,5) = 85,22 dyne/cm

γ2 = 705,60

2(4,1+0,5) = 76,70 dyne/cm

γ3 = 686,65

2(4,1+0,5) = 74,64 dyne/cm

γ4 = 676,20

2(4,1+0,5) = 73,50 dyne/cm

γ5 = 617,40

2(4,1+0,5) = 67,10 dyne/cm

γ6 = 588,00

2(4,1+0,5) = 63,91 dyne/cm

Grafik Hubungan antara Tegangan Permukaan dengan Volume

Surfaktan

1.2 1.4 1.6 1.8 2

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Tegangan Permukaan

Tegangan Permukaan

VII. PEMBAHASAN

Percobaan penentuan nilai tegangan permukaan ini dilakukan

dengan menggunakan sampel minyak jarak (Oleum Ricini) sebagai

cairan yang akan ditentukan tegangan permukaannya dan Natrium

lauril sulfat yang bertindak sebagai surfaktan. Surfaktan ditambahkan

untuk identifikasi perubahan nilai tegangan permukaan dengan variasi

volume surfaktan yang ditambahkan pada cairan sampel.

Minyak jarak (Depkes RI, 1979: 459)

Nama resmi : Oleum Ricini

Nama lain : Minyak jarak

BM : 0,953 gr sampai 0,964 gr

Pemerian : cairan kental,jernih,kuning pucat hampir tak

berwarna,bauh jemah:rasa manis agak pedas.

Kelarutan : larut dalam 2,5 bagian etanol 95% P.

Penyimpanan : dalam wadah tertutup baik, terlindung dari

cahaya, di tempat sejuk.

Kegunaan : sebagai sampel

Tegangan permukaan ditentukan dengan menggunakan alat

penentu tegangan permukaan yang telah dikalibrasi dengan

ditentukannya titik nol. Perlakuan kalibrasi pada alat bertujuan agar

pengamatan dan perhitungan nilai tegangan permukaan lebih akurat

dan presisi. Zat cair uji yakni minyak jarak sebanyak 20 ml

ditempatkan pada cawan petri kemudian bagian pelat kaca dari alat

penentu tegangan permukaan dicelupkan pada permukaan cairan,

cawan petri ditarik ke bawah sampai pelat kaca terlepas dari cairan dan

ketika lepas dilihat angka yang ditunjukkan oleh alat penentu tegangan

permukaan. Bagian atas dari pelat kaca diberikan beban hingga

menunjukkan angka yang sesuai dengan angka dimana pelat kaca

terlepas dari cairan, kemudian dihitung tegangan permukaan dengan

persamaan tegangan permukaan. Bahan cairan uji yakni minyak jarak

ditambahkan surfaktan natrium lauril sulfat dengan variasi konsentrasi,

hal ini bertujuan untuk mengidentifikasi pengaruh konsentrasi

surfaktan terhadap nilai tegangan permukaan minya jarak. Volume

natrium yang ditambahkan pada minyak jarak adalah 1,2 ml; 1,4 ml;

1,6 ml; 1,8 ml; dan 2,0 ml. Penambahan variasi surfaktan diikuti

dengan penurunan volume bahan cair uji sehingga volume total yang

dihasilkan tetap bernilai 20 ml.

Surfaktan yang akan digunakan dalam percobaan ini adalah jenis

surfaktan anionik yaitu natrium lauril sulfat (NaLS). NaLS berguna

sebagai zat pembasah (wetting agent) yang ditambahkan pada formula

suatu obat. Pada bidang farmasi ini NaLS berfungsi sebagai sistem

dispersi padat pada kerja obat. Peranan NaLS sebagai dispersi padat

pada proses ini adalah untuk memperkecil ukuran partikel obat,

meningkatkan laju disolusi dan absorpsi obat yang tidak larut dalam

air. Disolusi sistem dispersi padat dengan obat hidrofobik dapat

ditingkatkan dengan meningkatkan kelarutan obat dalam pembawa.

Dalam hal ini, penambahan surfaktan dapat meningkatkan laju disolusi

obat yang sukar larut dalam air. Salah satu surfaktan yang biasa

digunakan pada proses ini adalah NaLS (Alatas, 2006).

Natrium lauril sulfat sebagai surfaktan bertujuan untuk

memengaruhi tegangan permukaan cairan uji yakni minyak jarak (Ol.

Ricini). Surfaktan adalah zat yang dapat menurunkan tegangan

permukaan karena mempunyai dua buah gugus yaitu gugus hidrofilik

(polar) dan hidrofobik (nonpolar) yang mana apabila memecah

tegangan permukaan pada air (H2O) zat polar maka yang akan

menurunkan tegangan permukaan bagian kepala hidrofiliknya (Ansel,

1985). Cairan uji yang digunakan adalah minyak jarak (Ol.Ricini)

yang merupakan zat nonpolar maka yang akan menurunkan tegangan

permukaan adalah gugus hidrofobik (bagian ekor) dari surfaktan.

Di dalam zat cair suatu molekul dikelilingi oleh molekul-

molekul lainnya yang sejenis dari segala arah sehingga gaya tarik

menarik sesama molekul (kohesi) adalah sama. Pada permukaan zat

cair terjadi suatu gaya tarik menarik antar molekul zat cair dengan

molekul udara (gaya adhesi). Gaya adhesi lebih kecil bila

dibandingkan dengan gaya kohesi, sehingga molekul di permukaan zat

cair cenderung untuk masuk ke dalam (Lachman, 1994). Gaya kohesi

dari minyak jarak dikurangi nilainya oleh Natrium lauril sulfat yang

ditambahkan dengan mekanisme surfaktan sebagai bahan aktif yang

terakumulasi di permukaan cairan.

Mekanisme aksi surfaktan diduga melibatkan absorbsi

hidrokarbon oleh permukaan partikel yang hidropibik sedangkan

bagian polar surfaktan diserahkan ke fase air dan pada poliserbat

adalah salah satu bahan pembasah yang digunakan dalam sediaan

farmasi dan merupakan hal yang konsensi oleat dari sursobotol

anhidrannya berkondensasi dengan lebih kurang 20 molekul

etilekosida, berupa cairan kental dengan kekentalan 600 CPS dan

bersifat non ionik. Bahan pembasah adalah bahan yang dapat

menurunkan tegangan antara partikel-partikel (Sutrisno, 1992). Dapat

dikatakan bahwa Natrium lauril sulfat pada bagian hidrofobiknya akan

mengabsorbsi gugus hidrokarbon dari cairan uji yakni minyak jarak

(Ol. Ricini) yang merupakan trigliserida dengan adanya ikatan rangkap

pada struktur hidrokarbonnya, hal ini mengakibatkan penurunan nilai

tegangan partikel pada permukaan cairan.

Hubungan antara variasi volume surfaktan dengan nilai

tegangan permukaan pada minyak jarak dapat diamati pada grafik

berikut ini :

Grafik Hubungan antara Tegangan Permukaan dengan Volume

Surfaktan

1.2 1.4 1.6 1.8 2

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Tegangan Permukaan

Tegangan Permukaan

Grafik menunjukkan bahwa semakin besar volume surfaktan

Natrium lauril sulfat yang ditambahkan pada minyak jarak maka nilai

tegangan permukaan akan semakin berkurang. Pada volume minyak

jarak 20 ml tanpa ditambahkan natrium lauril sulfat, nilai teganga

permukaannya adalah 85,22 dyne/cm. Nilai tegangan permukaan

minyak jarak terus mengalami penurunan seiring dengan kenaikan

volume natrium lauril sulfat yang ditambahkan. Volume terbesar

natrium lauril sulfat yang ditambahkan pada minyak jarak yakni 2 ml

menghasilkan nilai tegangan permukaan 63,91 dyne/cm. Hal ini

menunjukkan bahwa konsentrasi zat terlarut dan konsentrasi surfaktan

sangat berpengaruh terhadap nilai tegangan permukaan.

Tegangan permukaan suatu zat cair dipengaruhi oleh adanya

zat terlarut di dalam zat cair. Hal ini terjadi gaya tarik menarik antara

molekul zat terlarut dengan pelarut lebih besar dari pada gaya tarik

menarik antara sesama molekul pelarut sehingga konsentrasi zat

terlarut di permukaan lebih kecil dari pada konsentrasi asam organik,

alkohol, ester, eter, amin dan lain-lain dapat menurunkan tegangan zat

cair. Zat-zat aktif permukaan sangat efektif untuk menurunkan suatu

tegangan permukaan zat cair karena molekulnya dapat terdispersi pada

antar permukaan (Sitrisno, 1992). Semakin besar volume surfaktan

yang berperan sebagai zat aktif yang terakumulasi di permukaan maka

nilai tegangan permukaan dari cairan akan semakin menurun.

VIII. KESIMPULAN

1. Alat penentu tegangan permukaan dikalibrasi dengan cara

ditentukannya titik nol dari alat penentu tegangan tersebut.

Kalibrasi dilakukan dengan tujuan agar proses perhitungan menjadi

lebih akurat.

2. Tegangan permukaan ditentukan dengan menggunakan alat

penentu tegangan permukaan yang telah dikalibrasi. Perubahan

tingkat tegangan permukaan ditentukan dengan penambahan

surfaktan.

3. Tegangan permukaan dihitung dengan menggunakan persamaan

tegangan permukaan dan diidentifikasi dengan penambahan

surfaktan. Semakin banyak volume surfaktan yang ditambahkan

pada sampel maka semakin kecil nilai tegangan permukaannya

akibat bahan aktif dari surfaktan terakumulasi di permukaan cairan

dan menyebabkan penurunan gaya kohesi pada permukaan.

DAFTAR PUSTAKA

Alatas F, Nurono S, 2006, Pengaruh Konsentrasi PEG 4000 terhadap Laju

Disolusi Ketoprofen dalam Sistem Dispersi Padat Ketoprofen–PEG 4000,

Majalah Farmasi Indonesia, Bandung, Hal 57 -62

Ansel, H.C. 1985. Pengantar Bentuk Sediaan Farmasi. Jakarta : UI Press.

Atkins, P. W. 1994. Kimia Fisik edisi ke-4 jilid 1. Jakarta : Erlangga.

Chang, R. 2005. Kimia Dasar. Jakarta : Erlangga.

Depkes RI. 1979. Farmakope Edisi III. Jakarta : Departemen Kesehatan RI

Dogra, S. 1990. Kimia Fisika dan Soal-soal. Jakarta : UI Press.

Febriyani,E. 2014.Adhesi-Kohesi. tersedia online di

http://www.informasi-pendidikan.com/2014/12/kohesi-dan-adhesi.html?

m=1 [Diakses pada tanggal 18 April 2015].

Giancoli, D.C. 2001. Fisika jilid 1. Jakarta : Erlangga.

Kamajaya. 2007.Cerdas Belajar Fisika. Jakarta : Penerbit Grafindo Media

Pratama.

Lachman, L. 1994. Teori dan Praktek Farmasi Industri II. Edisi 3. Jakarta : UI

Press.

Martin, A. 1990. Farmasi Fisika Buku I. Jakarta : UI Press.

Reid, R.C. 1991. Sifat Gas dan Zat Cair. Jakarta : Gramedia.

Soekardjo. 1990. Kimia Fisika. Yogyakarta : Rineka Cipta.

Sutrisno Kaswari. 1992. Kimia Vitamin Edisi Pertama. Jakarta : Rajawali Press

Almatzier.

Suryaningrum, I. Mengapa Gelembung Membulat. Tersedia online di

http://www.chem-is-try.org/tanya_pakar/mengapa-gelembung-sabun-

berbentuk-bulat/ [Diakses pada tanggal 18 April 2015].

Takeuchi, Y. 2008. Larutan. Tersedia online di http://www.chem-is

try.org/materi_kimia/kimia_dasar/cairan_dan_larutan/larutan/

[Diakses pada tanggal 18 April 2015].

Zemansky, S. 1983. Fisika untuk Universitas 1. Bandung : Bina Cipta.

Lampiran

Tegangan permukaan tanpa surfaktan

Tegangan permukaan pada surfaktan 1,2ml

Tegangan permukaan surfaktan 1,4 ml Tegangan permukaan surfaktan 1,6 ml

Tegangan permukaan surfaktan 1,8 ml Tegangan permukaan surfaktan 2 ml