tegangan permukaan

LAPORAN AKHIR PRAKTIKUM FARMASI FISIKA

TEGANGAN PERMUKAAN

Oleh :

Tanggal Praktikum : 11 Mei 2010 Tanggal Penyerahan : 18 Mei 2010 Asisten : Airin Intani

LABORATORIUM FARMASI FISIKAPROGRAM STUDI FARMASI

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAMUNIVERSITAS ISLAM BANDUNG

1432H – 2011M

Modul 3

TEGANGAN PERMUKAAN

I. LANDASAN TEORI

Permukaan biasanya dikaitkan dengan batas antara suatu zat dengan udara, sedangkan

batas antar zat cair atau antar zat padat disebut antarmuka. Dalam dunia farmasi fenomena yang

berkaitan dengan permukaan atau antarmuka sangat bermanfaat bagi dunia farmasi seperti untuk

pembuatan sediaan farmasi berbentuk emulsi dan suspensi.

Tegangan permukaan zat cair adalah gaya yang bekerja sejajar dengan permukaan zat

cair yang dapat mengimbangi gaya kohesi antar molekul zat cair dari gaya terhadap zat lain di

permukaan. Pada permukaan suatu zat cair terdapat gaya tarik menarik diantara sesama molekul

air (gaya kohesi). Selain itu molekul zat cair juga mengalami gaya tarik menarik dengan molekul

udara di permukaan (gaya adhesi). Gaya adhesi yang ada relatif lebih kecil dibanding gaya

kohesinya, sehingga molekul cairan lebih tertarik ke arah dalam. Adanya gaya di permukaan

yang disebut tegangan permukaan yang mengimbangi gaya kearah dalam sehingga molekul tetap

berada di permukaan.

Selain tegangan terdapat istilah tegangan antar muka. Secara prinsip tegangan permukan

sama dengan tegangan antarmuka tetapi tegangan tersebut terdapat pada antarmuka dua cairan

yang tidak saling bercampur.

Bila dua fase berada bersamaan, batas antara keduanya disebut suatu antarmuka, sifat dari

molekul-molekulnya yang membentuk antar muka tersebut cukup berbeda dari sifat fase

antarmuka. Walaupun istilah ini tidak benar dalam hal aturan fase, tetapi merupakan suatu

konsep yang berguna. Sebagai contoh, molekul-molekul pada antar muka cair-gas dapat berada

dalam keadaan gas dua dimensi, cair atau padat bergantung pada keadaan suhu dan tekanan antar

muka. Tingkah laku seperti fase dari molekul-molekul tersebut oleh karenanya menjadi nyata.

Beberapa jenis antarmuka dapat terjadi, bergantung pada apakah kedua fase yang

berdekatan adalah dalam keadaan padat, cair, atau gas. Untuk memudahkan menganalisa

sebaiknya harus membagi dalam dua kelompok, yaitu antarmuka cair dan antar muka padat,

dalam kelompok yang pertama adalah penggabungan dari suatu fase cair dengan fase gas atau

fase cair lain dan bagian antarmuka padatan adalah suatu sistem yang memilik antarmuka padat

gas dan antarmuka padat cair.

Tegangan permukaan dan tegangan antarmuka, merupakan keadaan cair, dimana gaya

kohesif antara molekul-molekul yang berdekatan dikembangkan dengan baik, contohnya dalam

satu tetes cairan yang tersuspensi dalam udara, molekul – molekul dalam bulk cairan dikelilingi

oleh molekul lain dari segala arah yang mempunyai gaya tarik menarik yang sama, sebaliknya

molekul pada permukaan, yakni pada antarmuka cair/udara hanya dapat mengembangkan gaya

tarik menarik kohesif dengan molekul cair lain yang terletak berada di bawah atau disamping

molekul tersebut.

Molekul itu dapat mengembangkan gaya tarik menarik adhesif dengan molekul yang

menyusun fase lain yang terlibat antarmuka cair/gas gaya tarik menarik adhesifnya kecil. Efek

bersih adalah molekul pada permukaan cairan tersebut akan mengalami suatu gaya ke arah dalam

bulk, gaya seperti itu akan menarik molekul antarmuka secara bersmaan dan sebagai akibat nya

akan memperkecil (menyusutkan) permukaan. Tetes cairan karenanya cenderung membentuk

bola, karena sebuah bola mempunyai luas permukaan yang paling kecil pesatuan volume.

Tegangan permukaan adalah gaya persatuan panjang yang harus diberikan sejajar pada

permukaan untuk mengimbangi tarikan ke dalam, gaya tegangan permukaan mempunyai satuan

dyne/cm dalam system cgs. Hal ini analog dengan keaadan yang terjadi bila suatu objek yang

menggantung dipinggir jurang pada seutas tali yang menggatung ke atas oleh seseorang dan

menarik nya menjauhi tepi jurang.

Tegangan antarmuka adalah gaya persatuan panjang yang terdapat pada atarmuka dua

fase cair yang tidak bercampur dan seperti tegangan permukaan mempunyai satuan dyne/cm.

Tegangan antarmuka selalu lebih kecil daripada tegangan permukaan karena gaya adhesif antara

dua fase cair yang membentuk suatu antarmuka adalah lebih besar daripada bila suatu fase cair

dan suatu fase gas berada bersama-sama, jadi bila dua cairan bercampur dengan sempurna, maka

tidak akan terjadi tegangan antarmuka.

Pengukuran tegangan permukaan dan tegangan antarmuka. Dari beberapa metode yang

ada untuk mendapatkan tegangan permukaan dan tagangan antarmuka, ada beberapa metode

yaitu :

1. Tensiometer DoNouy

2. Metode Kenaikan kapiler

3. Metode drop out

4. Metode buble pressureode

Tetapi yang akan di uraikan pada praktikum kali ini hanya metode tensiometer Dunouy,

keterangan rinci seperti metode – metode diatas, perlu dicatat bahwa pemilihan suatu metode

tertentu sering bergantung pada apakah tegangan permukaan atau tegangan antarmuka yang akan

ditentukan, ketepatan dan kemudahan yang diinginkan, ukuran sampel yang tersedia, dan apakah

efek waktu pada tegngan permukaan akan diteliti atau tidak. Dalam kenyataan tidak ada suatu

pun metode yang terbaik untuk semua sistem.

Prinsip Tensiometer DuNouy alat ini adalah bergantung pada kenyataan bahwa gaya yang

diperlukan untuk melepaskan suatu cincin platina iridium yang dicelupkan pada permukaan atau

antar muka adalah sebanding dengan tegangan permukaan atau tegangan antarmuka. Gaya yang

diperlukan untuk melepaskan cincin dengan cara ini diberikan oleh suatu kawat spiral dan dicatat

dalam satuan dyne pada suatu penunjuk yang dikalibrasi. Tegangan permukaan diberikan oleh

rumus :

[Y = Skala yang terbaca (dyne) X Faktor Koreksi / (2 X Keliling Cincin)]

Metode tensiometer Du Nouy dapat digunakan baik itu untuk penentuan tegangan

permukaan ataupun tegangan antarmuka. Untuk penentuan tegangan permukaan saja dapat

digunakan metode kenaikan kapiler.

Faktor yang mempengaruhi tegangan permukaan, adalah :

1. Suhu.

2. Zat terlarut (solut)

Sebenarnya alat tersebut mengukur bobot dari cairan yang dikeluarkan dari bidang

antarmuka sebelum cincin tersebut menjadi lepas. Suatu faktor koreksi perlu dalam persamaan

diatas. Karena teori sederhana tersebut tidak memperhitungkan variabel-variabel tertentu seperti

jari-jari dari cincin, jari-jari dari kawat yang dipakai untuk membentuk cincin, dan volume cairan

yang diangkat keluar dari permukaan. Kesalahan sebesar 25 % bisa terjadi bila faktor koreksi

tidak dihitung dan dipakai.

Faktor yang mempengaruhi laju reaksi adalah faktor suhu dan faktor zat terlarut (solute).

Faktor suhu tegangan permukaan dari kebanyakan cairan turun hampir secara linier dengan

naiknya temperatur, yaitu dengan naiknya energi kinetik dari molekul tersebut pada daerah

temperatur kritisnya, tegangan permukaan suatu cairan menjadi nol. Tegangan permukaan dari

air pada 0o adalah 75,6 dan pada 75o adalah 63,5 dyne/cm. Oleh karena itu perlu untuk

mengontrol temperatur dari sistem bila melakukan penentuan tegangan permukaan dan tegangan

antar muka.

Faktor terlarut (solut). Keberadaan zat terlarut dalam suatu cairan akan mempengaruhi

besarnya tegangan permukaan, terutama molekul zat yang berada pada permukaan cairan

berbentuk lapisan monomolekuler yang disebut dengan molekul surfaktan senyawa. Surfaktan

(surface active agent) merupakan senyawa amphifil atau mempunyai gugus polar dan nonpolar.

Pada permukaan air bagian nonpolar dari molekul surfaktan akan mengarah ke udara dan bagian

polarnya akan mengarah ke air. Hal tersebut dapat menyebabakan menurunnya tegangan

permukaan akhir meningkatnya gaya adhesi antara molekul air dan udara.

Tegangan permukaan akan menurun seiring dengan bertambahnya konsentrasi surfaktan

sampai akhirnya akan konstan pada saat terbentuknya misel. Pada konsentrasi tertentu surfaktan

yang disebut dengan konsentrasi misel kritis (KMK), yakni molekul surfaktan tidak lagi berada

dipermukaan tetap masuk ke dalam air membentuk agregat yang disebut dengan misel. Dengan

kata lain ketika misel telah terbentuk, maka meningkatnya konsentrasi surfaktan tidak lagi akan

menyebabakan penurunan tegangan permukaan.

II. MONOGRAFI ZAT AKTIF

Zat aktif yang digunakan pada saat praktikum adalah Tween 80 dan Minyak dengan

monografi sebagai berikut (Farmakope Indonesia, Ed. III, 1979. Hal 56) :

1. Tween 80

Polisorbat 80 (dikenal sebagai Alkest TW 80 dan Tween 80) adalah surfaktan non-ionik

yang berasal dari polyethoxylated sorbitan dan asam oleat. Polisorbat bersifat lengket, cair-

kental berwarna kuning. Hidrofilik kelompok dalam senyawa ini adalah poli eter, juga

dikenal sebagai kelompok polioksietilena (polimer etilena oksida). Dalam nomenklatur

polysorbates, penetapan angka berikut polisorbat mengacu pada kelompok lipofilik, dalam

hal ini adalah asam oleat. Polisorbat 80 sering digunakan dalam makanan dan produk lain

sebagai pengemulsi.

2. Minyak

3. Minyak Kelapa adalah minyak lemak yang diperoleh dengan pemerasan endosperm

kering Cocos nucifera L.

4. Pemerian Cairan jernih ; tidak berwarna atau kuning pucat ; bau khas, tidak tengik

5. Kelarutan Larut dalam 2 bagian etanol (95%) P pada suhu 600 ; sangat mudah larut

dalam kloroform P dan dalam eter P.

6. Suhu lebur 230 sampai 260

7. Indeks bias 1,445 sampai 1,450 ; penetapan dilakukan pada suhu 400

8. Bilangan asam Tidak lebih dari 0,2 ; penetapan dilakukan menggunakan 20 g

9. Bilangan iodium 7,0 sampai 11,0

10. Zat tak tersabunkan Tidak lebih dari 0,8%

III. ALAT DAN BAHAN

ALAT BAHAN

Cawan petri Air

Tensiometer Du Nouy Minyak nabati

Pipet volume Tween 80

Gelas Kimia

Batang Pengaduk

Gelas ukur

IV. PERHITUNGAN DAN PENIMBANGAN

1. PERHITUNGAN

Skala yang terbaca pada Tensiometer Du Nuoy sebanding dengan gaya yang dibutuhkan

untuk melepaskan cincin yang tercelup dalam zat cair (F).

Penentuan faktor koreksi

Dik : air = 72, 8 dyne/cm

F = 2, 1 dyne

r cincin = 3 cm

kel. Lingkaran cincin = 2 x 2 п r = 2 x 2.22/7.3 = 37, 714 cm

Dit : faktor koreksi = ?

Y = F/4 п r x faktor koreksi

72, 8 = 2,1 / 37, 714 x Faktor koreksi

2745, 58 = 2,1 x Faktor koreksi

Faktor koreksi = 2.745, 8 / 2,1= 1.307, 42

Perhitungan tegangan permukaan Tween 80

Konsentrasi 0 gram/100 ml

Dik : F = 2, 1 dyne

Kel. Lingkaran = 37, 714 cm

Faktor koreksi = 1. 307, 42

Dit : Y = ?


= 2,1 / 37, 714 x 1. 307, 42 = 72, 8 dyne/cm

Konsentrasi 0,2 gram/100 ml

Dik : F = 2 dyne



Dit : Y = ?


= 2 / 37, 714 x 1. 307, 42 = 69, 333 dyne/cm


Dik : F = 1,9 dyne



Dit : Y = ?


= 1,9 / 37, 714 x 1. 307, 42 = 65, 867 dyne/cm


Dik : F = 1,8 dyne



Dit : Y = ?


= 1,8 / 37, 714 x 1. 307, 42 = 62, 400 dyne/cm


Dik : F = 1,7 dyne



Dit : Y = ?


= 1,7 / 37, 714 x 1. 307, 42 = 58, 933 dyne/cm


Dik : F = 1,6 dyne



Dit : Y = ?


= 1,6 / 37, 714 x 1. 307, 42 = 55, 467 dyne/cm


Dik : F = 1,5 dyne



Dit : Y = ?


= 1,5 / 37, 714 x 1. 307, 42 = 52, 000 dyne/cm


Dik : F = 1,2 dyne



Dit : Y = ?


= 1,2 / 37, 714 x 1. 307, 42 = 41, 600 dyne/cm


Dik : F = 1 dyne



Dit : Y = ?


= 1 / 37, 714 x 1. 307, 42 = 34, 666 dyne/cm


Dik : F = 0,65 dyne



Dit : Y = ?


= 0,65 / 37, 714 x 1. 307, 42 = 22, 533 dyne/cm


Dik : F = 0,65 dyne



Dit : Y = ?


= 0,65 / 37, 714 x 1. 307, 42 = 22, 533 dyne/cm

2. PENIMBANGAN

Diambil masing-masing 0,2 ; 0,4 ; 0,6 ; 1,0 ; 2,0 ; 4,0 ; 6,0 ; 8,0 ; 10,0 mg Tween 80

dalam 100 ml air pada gelas kimia. Kemudian, dituangkan pada cawan petri, setengah

dari volume cawan petri. Cawan petri tersebut diletakan pada Tensiometer Du Nuoy

dan diukur tegangan permukaannya.

V. PROSEDUR

1. Tegangan permukaan air dan minyak nabati ditentukan dengan Tensiometer Du Nuoy.

2. Tegangan antar muka air dan minyak nabati ditentukan dengan Tensiometer Du Nuoy.

3. Konsentrasi Misel Kritis (KMK) dari Tween 80 ditentukan dengan metode berikut :

a. Larutan seri Tween dibuat dengan konsentrasi :

( 0 I 0,2 I 0,4 I 0,6 I 1,0 I 2,0 I 4,0 I 6,0 I 8,0 I 10,0 ) mg Tween 80

100 ml Air

b. Tegangan permukaan ditentukan @ larutan Tween 80 dengan metode tensiometer.

c. Dibuat kurva nilai tegangan permukaan terhadap nilai konsentrasi surfaktan.

d. Ditentukan harga KMK dari kurva yang dibuat.

VI. HASIL PENGAMATAN

Tegangan permukaan air : 2,1 dyne

Tegangan permukaan minyak : 1,05 dyne

Tegangan permukaan air-minyak : 1 dyne

Tegangan permukaan Tween 80 dalam 100 ml air

(a) 0,2 Tween 80 dalam 100 ml air : 2 dyne

(b) 0,4 Tween 80 dalam 100 ml air : 1,9 dyne

(c) 0,6 Tween 80 dalam 100 ml air : 1,8 dyne

(d) 0,8 Tween 80 dalam 100 ml air : 1,7 dyne

(e) 1,0 Tween 80 dalam 100 ml air : 1,6 dyne

(f) 2,0 Tween 80 dalam 100 ml air : 1,5 dyne

(g) 4,0 Tween 80 dalam 100 ml air : 1,2 dyne

(h) 6,0 Tween 80 dalam 100 ml air : 1 dyne

(i) 8,0 Tween 80 dalam 100 ml air : 0,65 dyne

(j) 10,0 Tween 80 dalam 100 ml air :0,65 dyne

VII. PEMBAHASAN

Tujuan dari percobaan ini adalah untuk dapat menentukan factor-faktor yang

mempengaruhi tegangan permukaan, dapat menggunakan alat-alat untuk penentuan tegangan

permukaan, dapat menentukan tegangan permukaan dan tegangan antar muka zat cair dan dapat

menentukan harga konsentrasi misel kritis (KMK).

Faktor-faktor yang mempengaruhi tegangan permukaan adalah suhu dan zat terlarut.

Pada percobaan kali ini, suhu tidak terlalu diperhatikan, padahal mengontrol temperatur dari

sistem bila melakukan penentuan tegangan permukaan dan tegangan antar muka adalah perlu.

Faktor suhu tegangan permukaan dari kebanyakan cairan turun hampir secara linier dengan

naiknya temperatur, yaitu dengan naiknya energi kinetik dari molekul tersebut pada daerah

temperatur kritisnya, tegangan permukaan suatu cairan menjadi nol. Tegangan permukaan

menurun dengan meningkatnya suhu karena meningkatnya energi kinetik molekul.

Keberadaan zat terlarut dalam suatu cairan akan mempengaruhi besarnya tegangan

permukaan, terutama molekul zat yang berada pada permukaan cairan berbentuk lapisan

monomolekular yang disebut dengan molekul surfaktan. Pada percobaan kali ini, digunakan air,

minyak kelapa dan Tween 80 yang bersifat non-ionik sebagai surfaktan. Surfaktan merupakan

senyawa amphifil atau mempunyai gugus polar dan nonpolar. Pada permukaan air bagian

nonpolar dari molekul surfaktan akan mengarah ke udara dan bagian polarnya mengarah ke air.

Hal tersebut dapat menyebabkan menurunnya tegangan permukaan akhir akibat meningkatnya

gaya adhesi antara molekul air dan udara. Tegangan permukaan akan menurun seiring

bertambahnya konsentrasi surfaktan sampai akhirnya akan konstan pada saat terbentuknya misel.

Pada konsentrasi tertentu surfaktan yang disebut dengan Konsentrasi Misel Kritis

(KMK), yakni molekul surfaktan tidak lagi berada di permukaan tetapi masuk ke dalam air

membentuk agregat yang disebut dengan misel. Dengan kata lain ketika misel telah terbentuk,

maka meningkatnya konsentrasi surfaktan tidak lagi akan menyebabkan penurunan tegangan

permukaan.

Alat yang digunakan dalam percobaan kali ini adalah Tensiometer DuNouy. Prinsip

Tensiometer DuNouy alat ini adalah bergantung pada kenyataan bahwa gaya yang diperlukan untuk

melepaskan suatu cincin platina iridium yang dicelupkan pada permukaan atau antar muka

adalah sebanding dengan tegangan permukaan atau tegangan antarmuka. Gaya yang diperlukan

untuk melepaskan cincin dengan cara ini diberikan oleh suatu kawat spiral dan dicatat dalam

satuan dyne pada suatu penunjuk yang dikalibrasi.

VIII. KESIMPULAN

Kesimpulan dari percobaan tegangan permukaan :

1) Tegangan permukaan menurun dengan meningkatnya suhu karena meningkatnya energi

kinetik molekul.

2) Keberadaan zat terlarut dalam suatu cairan akan mempengaruhi besarnya tegangan

permukaan.

3) Tegangan permukaan akan menurun seiring bertambahnya konsentrasi surfaktan sampai

akhirnya akan kosntan pada saat terbentuknya misel.

4) Gaya pada cincin iridium tensiometer DoNouy sebanding dengan tegangan permukaan

atau tegangan antarmuka.

5) Dalam dunia farmasi fenomena yang berkaitan dengan permukaan atau antarmuka sangat

bermanfaat bagi dunia farmasi seperti untuk pembuatan sediaan farmasi berbentuk emulsi

dan suspensi.

IX. DAFTAR PUSTAKA

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Polysorbate_80.png (diakses 17 Mei 2011, 13.00 WIB)

Farmakope Indonesia Edisi Ketiga. 1979. Departemen Kesehatan Republik Indonesia (halaman

456)

Martin, A et.al. 1993. Farmasi Fisik. Jakarta: Universitas Indonesia Press.

tegangan permukaan

Documents

Transcript of tegangan permukaan