MAKALAH PBL 3

MATA KULIAH KIMIA FISIKA

TEGANGAN PERMUKAAN

Disusun oleh :

KELOMPOK 3

Adinda Diandri Putri (1406553013)

Mohamad Aufar Ghaizani (1406552944)

Nur Annisa (1406552931)

Rossalina Kurniawan (1406552982)

Tubagus Rizaldy (1406552950)

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS INDONESIA

DEPOK

2015

! 2

DAFTAR ISI

DAFTAR ISI ………………………………………………………………………………………...2

PETA KONSEP ………………………………………………………………………………..3

BAB I LANDASAN TEORI ……………………………………………………………………….4

BAB II JAWABAN PERTANYAAN ……………………………………………………………..11

Bagian A ………………………………………………………………………………11

Bagian B ………………………………………………………………………………17

Bagian C ………………………………………………………………………………29

BAB III PENUTUP ………………………………………………………………………………43

DAFTAR PUSTAKA ………………………………………………………………………………44

! 3

PETA KONSEP

! 4

BAB I

LANDASAN TEORI

Tegangan Permukaan

•! Pengertian Tegangan Permukaan

Tegangan permukaan adalah gaya atau tarikan kebawah yang menyebabkan

permukaan cairan berkontraksi dan benda dalam keadaan tegang. Hal ini disebabkan

oleh gaya-gaya tarik yang tidak seimbang pada antar muka cairan. Gaya ini biasa segera

diketahui pada kenaikan cairan biasa dalam pipa kapiler dan bentuk suatu tetesan kecil

cairan. Tegangan permukaan merupakan fenomena menarik yang terjadi pada zat cair

(fluida) yang berada dalam keadaan diam (statis). Tegangan permukaan terjadi karena

permukaan zat cair cenderung untuk menegang sehingga permukaannya tampak seperti

selaput tipis. Tegangan permukaan ini dipengaruhi oleh gaya-gaya kimia antara

molekul air, seperti gaya tarik antar-molekul.

Tegangan permukaan didefinisikan sebagai gaya tiap satuan panjang yang bekerja pada

permukaa zat atau sebagai energi persatuan luas yang diperlukan untuk meningkatkan area

permukaan suatu cairan yang diakibatkan oleh gaya antarmolekul. Dalam sudut

termodinamika, tegangan permukaan juga dapat dideskripsikan sebagai suatu peristiwa dimana

cairan memiliki tendensi mengurangi permukaan hingga titik rendah dari potensial energi

permukaan yang diperlukan untuk mencapai kesetimbangan permukaan.

Tegangan permukaan (γ) adalah intensitas gaya tarik modulus persatuan panjang

sepanjang suatu garis di permukaan.

! =#

$% ............... (1)

! = tegangan permukaan (dyne/cm)

& = gaya yang dibutuhkan untuk memecah lapisan film (N/dyne)

' = panjang benda (m/cm)

Karena cairan cenderung menurunkan luas permukaannya, dibutuhkan kerja dari luar,

dimana usaha yang dibutuhkan adalah

( = )&. + ............... (2)

( = !) )2. '. +) = )!. ∆. ............... (3)

•! Faktor yang Mempengaruhi Tegangan Permukaan

! 5

a.! 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.

b.!Suhu

Tegangan permukaan cairan turun bila suhu naik, karena dengan bertambahnya suhu

molekul- molekul cairan bergerak lebih cepat dan pengaruh interaksi antara

molekul berkurang sehingga tegangan permukaannya menurun.

c.!Adanya zat terlarut

Adanya zat terlarut pada cairan dapat menaikkan atau menurunkan tegangan

permukaan. Untuk air adanya elektrolit anorganik dan non elektrolit tertentu seperti

sukrosa dan gliserin menaikkan tegangan permukaan. Sedangkan adanya zat- zat

seperti sabun, detergen, dan alkohol adalah efektif dalam menurunkan tegangan

permukaan (Yazid, 2005).

d.!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.

e.!Konsentrasi zat terlarut

Konsentrasi zat terlarut (solut) suatu larutan biner mempunyai pengaruh terhadap

sifat-sifat larutan termasuk tegangan muka dan adsorpsi 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.

•! Fenomena Penting Akibat Tegangan Permukaan

o! Kapilaritas

Peristiwa kapilaritas adalah naik turunnya permukaan zat cair melalui pipa kapiler.

Kapilaritas terjadi karena gaya kohesi dari tegangan permukaan dan gaya adhesi

antara zat cair dan tabung kaca. Peristiwa ini tanpa disadari terjadi disekeliling kita

seperti peristiwa naiknya minyak tanah melalui sumbu kompor adalah peristiwa

! 6

kapilaritas. Pengisapan air dan unsur hara oleh tumbuhan melalui jaringan kapiler

merupakan peristiwa kapilaritas. Hal lainnya yaitu pengisapan air oleh kertas atau

kain juga merupakan peristiwa kapilaritas.

o! Bentuk Tetesan adalah Bulat

Tetes cairan memiliki bentuk hampir bulat. Karena tegangan permukaan, permukaan

bebas dari cairan cenderung untuk mencapai luas permukaan minimum. Karena bola

memiliki luas permukaan minimum untuk volume tertentu cairan, cairan mencoba

mengadopsi bentuk bola. Contohnya adalah tetesan air atau tetesan merkuri.

SURFAKTAN

•! Pengertian, Karakteristik, dan Fungsi Surfaktan

Surfaktan (Surface active agent) adalah bahan aktif permukan yang dapat

diproduksi secara sintesis kimia maupun biokimia. Karakteristik utama surfaktan

adalah pada aktifitas permukaannya. Surfaktan mampu meningkatkan kemampuan

menurunkan tegangan permukaan dan antar muka suatu cairan, meningkatkan

kemampuan pembentukan emulsi minyak dalam air, mengubah kecepatan agregasi

partikel terdispersi yaitu dengan menghambat dan mereduksi flokulasi dan coalescence

partikel yang terdispersi sehingga kestabilan partikel yang terdispersi semakin

meningkat. Surfaktan juga mampu mempertahankan gelembung atau busa yang

terbentuk lebih lama. Karena sifatnya dapat menurunkan tengangan permukaan,

surfaktan dapat digunakan sebagai bahan pembasah, bahan pengemulsi dan bahan

pelarut.

Molekul surfaktan memiliki bagian polar yang suka akan air (hidrofilik) dan

bagian non polar yang suka akan minyak/lemak (hidrofobik). Bagian polar molekul

surfaktan dapat bermuatan positif, negatif atau netral. Umumnya bagian non polar

(hidrofobik) adalah merupakan rantai alkil yang panjang ”ekor”, sementara bagian yang

polar (hidrofilik) mengandung gugus hidroksil dan nampak sebagai “kepala” surfaktan.

Gambar 1. Representasi Struktur Surfaktan

! 7

Gugus hidrofilik pada surfaktan bersifat polar dan mudah bersenyawa dengan

air, sedangkan gugus hidrofobik bersifat non polar dan mudah bersenyawa dengan

minyak. Pada suatu molekul surfaktan, salah satu gugus harus lebih dominan

jumlahnya. Molekul-molekul surfaktan akan diadsorpsi lebih kuat oleh air

dibandingkan dengan minyak apabila gugus polarnya yang lebih dominan. Sebaliknya,

apabila gugus non polarnya lebih dominan, maka molekul-molekul surfaktan tersebut

akan diadsorpsi lebih kuat oleh minyak dibandingkan dengan air. Akibatnya tegangan

permukaan minyak menjadi lebih rendah sehingga mudah menyebar dan menjadi fase

kontinyu.

•! Pengertian Misel

Penambahan surfaktan dalam larutan akan menyebabkan turunnya tegangan

permukaan larutan. Setelah mencapai konsentrasi tertentu, tegangan permukaan akan

konstan walaupun konsentrasi surfaktan ditingkatkan. Bila surfaktan ditambahkan

melebihi konsentrasi ini maka surfaktan mengagregasi membentuk misel. Konsentrasi

terbentuknya misel ini disebut Critical Micelle Concentration (CMC). Tegangan

permukaan akan menurun hingga cmc tercapai. Setelah cmc tercapai, tegangan

permukaan akan konstan yang menunjukkan bahwa antar muka menjadi jenuh

danterbentuk misel yang berada dalam keseimbangan dinamis dengan monomernya.

•! CMC (Critical Micelle Concentration)

Penambahan surfaktan dalam larutan akan menyebabkan turunnya tegangan

permukaan larutan. Setelah mencapai konsentrasi tertentu, tegangan permukaan akan

konstan walaupun konsentrasi surfaktan ditingkatkan. Bila surfaktan ditambahkan

melebihi konsentrasi ini maka surfaktan mengagregasi membentuk misel, konsesntrasi

terbentuknya misel ini disebut Critical Micelle Concentration (CMC). Tegangan

permukaan akan menurun hingga CMC tercapai. Setelah CMC tercapai, tegangan

permukaan akan konstan yang menunjukkan bahwa antar muka menjadi jenuh dan

terbentuk misel yang berada daam keseimbangan dinamis dengan monimernya

(Genaro, 1990).

! 8

Gambar 2. Struktur Misel

•! Penggunaan/Aplikasi Surfaktan

Penggunaan surfaktan sangat bervariasi, seperti bahan deterjen, kosmetik,

farmasi, makanan, tekstil, plastik dan lainlain. Beberapa produk pangan seperti

margarin, es krim, dan lain-lain menggunakan surfaktan sebagai satu bahannya. Syarat

agar surfaktan dapat digunakan untuk produk pangan yaitu bahwa surfaktan tersebut

mempunyai nilai Hydrophyle Lypophyle Balance (HLB) antara 2-16, tidak beracun,

serta tidak menimbulkan iritasi. Penggunaan surfaktan terbagi atas tiga golongan, yaitu

sebagai bahan pembasah (wetting agent), bahan pengemulsi (emulsifying agent) dan

bahan pelarut (solubilizing agent).

ADSORPSI

•! Pengertian Adsorpsi

Adsorpsi adalah gejala pengumpulan molekul-molekul suatu zat pada

permukaan zat lain, sebagai akibat dari ketidakjenuhan gaya-gaya pada permukaaan zat

tersebut. Dalam adsorpsi digunakan istilah adsorbat dan adsorban, dimana adsorbat

adalah substansi yang terjerap atau substansi yang akan dipisahkan dari pelarutnya,

sedangkan adsorban adalah merupakan suatu media penyerap yang dalam hal ini berupa

senyawa karbon.

Adsorpsi terjadi pada permukaan zat padat karena adanya gaya tarik atom atau

molekul pada permukaan zat padat. Molekul-molekul pada permukaan zat padat atau

zat cair, mempunyai gaya tarik ke arah dalam, karena tidak ada gaya-gaya lain yang

mengimbangi. Adanya gaya-gaya ini menyebabkan zat padat dan zat cair, mempunyai

gaya adsorpsi. Adsorpsi berbeda dengan absorpsi. Pada absorpsi zat yang diserap

masuk ke dalam absorbens sedangkan pada adsorpsi zat yang diserap hanya terdapat

pada permukaannya (Sukardjo, 1990).

Komponen yang terserap disebut adsorbat (adsorbate), sedangkan daerah tempat

terjadinya penyerapan disebut adsorben (adsorbent / substrate). Berdasarkan sifatnya,

adsorpsi dapat digolongkan menjadi adsorpsi fisik dan kimia.

Perbedaan adsorpsi fisika dan kimia :

! 9

•! Faktor-faktor yang mempengaruhi Adsorpsi, yakni:

a.!Waktu kontak f. pH

b.!Karakteristik adsorben g. Temperatur

c.! Luas permukaan

d.!Kelarutan adsorbat

e.!Ukuran molekul adsorbat

•! Isoterm Adsorpsi

Isoterm adsorpsi adalah adsorpsi yang menggambarkan hubungan antara zat

yang teradsorpsi oleh adsorben dengan tekanan atau konsentrasi pada keadaan

kesetimbangan dan temperatur konstan. Persamaan yang sering digunakan untuk

menggambarkan data percobaan isoterm telah dikembangkan oleh

1) Freundlich,

2) Langmuir, dan

3) Brunauer, Emmett, dan Teller (Isoterm BET).

Adsorpsi fisika Adsorpsi kimia

Molekul terikat pada adsorben oleh

gaya Van der Walls

Molekul terikat pada adsorben oleh

ikatan kimia

Mempunyai entalpi reaksi -4

sampai -40 kJ/mol

Mempunyai entalpi reaksi -40 sampai

800kJ/mol

Dapat membentuk lapisan

multilayer

Membentuk lapisan Monolayer

Adsorpsi hanya terjadi pada suhu

dibawah titik didih adsorbat

Adsorpsi dapat terjadi pada suhu

tinggi

Jumlah adsorpsi pada permukaan

merupakan fungsi adsorbat

Jumlah adsorpsi pada permukaan

merupakan karakteristik adsorben dan

adsorbat

Tidak melibatkan energi aktivasi

tertentu

Melibatan energi aktivasi tertentu

Bersifat tidak spesifik Bersifat sangat spesifik

! 10!

•! Pengertian Adsorben

Adsorben merupakan zat padat yang dapat menyerap komponen tertentu dari

suatu fase fluida. Kebanyakan adsorben adalah bahan- bahan yang sangat berpori dan

adsorpsi berlangsung terutama pada dinding pori- pori atau pada letak-letak tertentu di

dalam partikel itu. Oleh karena pori-pori biasanya sangat kecil maka luas permukaan

dalam menjadi beberapa orde besaran lebih besar daripada permukaan luar dan bisa

mencapai 2000 m/g. Pemisahan terjadi karena perbedaan bobot molekul atau karena

perbedaan polaritas yang menyebabkan sebagian molekul melekat pada permukaan

tersebut lebih erat daripada molekul lainnya.

Adsorben yang digunakan secara komersial dapat dikelompokkan menjadi dua yaitu

kelompok polar dan non polar.

a.! Adsorben Polar

Adsorben polar disebut juga hydrophilic. Jenis adsorben yang termasuk

kedalam kelompok ini adalah silika gel, alumina aktif, dan zeolit.

b.! Adsorben non polar

Adsorben non polar disebut juga hydrophobic. Jenis adsorben yang termasuk

kedalam kelompok ini adalah polimer adsorben dan karbon aktif.

Menurut IUPAC (Internasional Union of Pure and Applied Chemical) ada beberapa

klasifikasi pori yaitu :

a.! Mikropori : diameter < 2nm

b.! Mesopori : diameter 2 – 50 nm

c.! Makropori:diameter>50nm

Adsorben yang Umum Digunakan : Zeolit