VISKOSITAS CAIRAN BERBAGAI LARUTAN
I. PEN PENDAHULUAN 1. Tujuan Percobaan
-Untuk menentukan viskositas berbagai cairan dengan Metode Oswald. -Mengetahui hubungan antara viskositas dengan fluiditas waktu alir dari cairan atau berbagai larutan. -Mengetahui -Mengetahui hubungan hubungan antara antara koefisien koefisien viskosita viskositas, s, massa jenis, dan waktu antara suatu cairan tertentu dengan cairan pembandingnya. -Mengeta -Mengetahui hui dan memaha memahami mi prinsi prinsip p kerja kerja dari dari percoba percobaan an viskos viskosita itass berbaga berbagaii larutan dengan metode Ostwald.
2. Dasar Teori
Viskositas dapat dinyatakan sebagai tahanan aliaran fluida yang merupakan gesekan antara molekul – molekul cairan satu dengan yang lain. Suatu jenis cairan yang yang mudah mudah menga mengali lirr dapa dapatt dika dikata taka kan n memi memili liki ki visk viskos osit itas as yang yang rend rendah, ah, dan sebaliknya bahan – bahan yang sulit mengalir dikatakan memiliki viskositas yang tinggi. Pada hukum aliran viskos, Newton menyatakan hubungan antara gaya – gaya mekanika dari suatu aliran viskos sebagai : Geseran dalam ( viskositas ) fluida adalah konstan konstan sehubungan sehubungan dengan gesekannya. Hubungan Hubungan tersebut tersebut berlaku untuk fluida Newtonian, dimana perbandingan antara tegangan geser (s) dengan kecepatan geser (g) nya konstan. Parameter inilah yang disebut dengan viskositas. Aliran viskos dapat digambarkan dengan dua buah bidang sejajar yang dilapisi fluida tipis diantara kedua bidang tersebut. Suatu bidang permukaan bawah yang tetap dibatasi oleh lapisan fluida setebal h, sejajar dengan suatu bidang permukaan atas yang bergerak seluas A. Jika bidang bagian atas itu ringan, yang berarti tidak memberikan beban pada lapisan fluida 1
dibawahnya, dibawahnya, maka tidah ada gaya tekan yang bekerja bekerja pada lapisan fluida. fluida. Suatu gaya F dikenakan pada bidang bagian atas yang menyebabkan bergeraknya bidang atas dengan kecepatan konstan v, maka fluida dibawahnya akan membentuk suatu lapisan – lapisan lapisan yang saling bergeseran.S bergeseran.Setia etiap p lapisan lapisan tersebut tersebut akan memberikan memberikan tegangan tegangan geser (s) sebesar F/A F/A yang seragam, dengan kecepatan lapisan fluida yang paling atas sebesar v sebesar v dan kecepatan lapisan fluida paling bawah sama dengan nol. Maka kecepatan geser (g) pada lapisan fluida di suatu tempat pada jarak y dari bidang tetap, dengan tidak adanya tekanan fluida menjadi :
Pada fluida newtonian perbandingan antara besaran kecepatan geser dan tegangan geser adalah konstan
Konsep Viskositas Fluida, baik zat cair maupun zat gas yang jenisnya berbeda memiliki tingkat kekentalan kekentalan yang berbeda. berbeda. Viskositas Viskositas alias kekentalan kekentalan sebenarnya sebenarnya merupakan merupakan gaya gesekan antara molekul-molekul yang menyusun suatu fluida. Jadi molekul-molekul yang membentuk suatu fluida saling gesek-menggesek ketika fluida tersebut mengalir. Pada zat cair, viskositas disebabkan karena adanya gaya kohesi (gaya tarik menarik anta antara ra mole molekul kul seje sejeni nis) s).. Seda Sedangk ngkan an dala dalam m zat gas, gas, visk viskos osit itas as dise disebab babka kan n oleh oleh tumbukan antara molekul. Flui Fluida da yang yang lebi lebih h cair cair bias biasan anya ya lebi lebih h mudah mudah meng mengal alir ir,, conto contohny hnyaa air. air. Sebaliknya, fluida yang lebih kental lebih sulit mengalir, contohnya minyak goreng, oli, madu dkk. Hal ini bisa dibuktikan dengan menuangkan air dan minyak goreng di atas lantai yang permukaannya miring. Pasti air ngalir lebih cepat daripada minyak goreng atau oli. Tingkat kekentalan suatu fluida juga bergantung pada suhu. Semakin tinggi suhu zat cair, semakin kurang kental zat cair tersebut. Misalnya ketika ibu menggoreng paha ikan di dapur, minyak goreng yang awalnya kental menjadi lebih 2
cair ketika dipanaskan. Sebaliknya, semakin tinggi suhu suatu zat gas, semakin kental zat gas tersebut. Perlu diketahui bahwa viskositas alias kekentalan cuma ada pada fluida riil (rill = nyata). Fluida riil/nyata tuh fluida yang kita temui dalam kehidupan sehari-hari, seperti air, sirup, oli, asap knalpot, dan lainnya. Fluida riil berbeda dengan fluida ideal. Fluida ideal sebenarnya tidak ada dalam kehidupan sehari-hari. Fluida ideal hanya model yang digunakan untuk membantu kita dalam menganalisis aliran fluida (fluida ideal ini yang kita pakai dalam pokok bahasan Fluida Dinamis). Mirip seperti kita menganggap benda sebagai benda tegar, padahal dalam kehidupan sehari-hari sebenarnya tidak ada benda yang benar-benar tegar/kaku. Tujuannya sama, biar analisis kita menjadi lebih sederhana. Satuan Sistem Internasional (SI) untuk koofisien viskositas adalah Ns/m2 = Pa.s (pascal sekon). Satuan CGS (centimeter gram sekon) untuk si koofisien viskositas adalah dyn.s/cm2 = poise (P). Viskositas juga sering dinyatakan dalam sentipoise (cP). 1 cP = 1/100 P. Satuan poise digunakan untuk mengenang seorang Ilmuwan Perancis, almahrum Jean Louis Marie Poiseuille (baca : pwa-zoo-yuh). 1 poise = 1 dyn . s/cm2 = 10-1 N.s/m2 Fluida
Temperatur ( o C)
Koofisien Viskositas
Air
0 20 60 100 37 37 20 30 0 20 60 20 0
1,8 x 10-3 1,0 x 10-3 0,65 x 10-3 0,3 x 10-3 4,0 x 10-3 1,5 x 10-3 1,2 x 10-3 200 x 10-3 10.000 x 10-3 1500 x 10-3 81 x 10-3 0,018 x 10-3 0,009 x 10-3
Darah (keseluruhan) Plasma Darah Ethyl alkohol Oli mesin (SAE 10) Gliserin
Udara Hidrogen
3
Uap air
100
0,013 x 10-3
Setiap zat cair mempunyai karakteristik yang khas, berbeda satu zat cair dengan zat cair yang lain. Salah satunya adalah viskositas. Viskositas merupakan tahanan yang dilakukan oleh suatu lapisan fluida terhadap suatu lapisan lainnya. Sifat viskositas ini dimiliki oleh setiap fluida, gas, atau cairan. Viskositas suatu cairan murni adalah indeks hambatan aliran cairan. Aliran cairan dapat dikelompokan menjadi dua yaitu aliran laminar dan aliran turbulen. Aliran laminar menggambarkan laju aliran kecil melalui sebuah pipa dengan garis tengah kecil. Sedangkan aliran turbulen menggambarkan laju aliran yang besar dengan diameter pipa yang besar. Penggolongan ini berdasarkan bilangan Reynoldnya. Viskositas menentukan kemudahan suatu molekul bergerak karena adanya gesekan antar lapisan material. Karenanya viskositas menunjukkan tingkat ketahanan suatu cairan untuk mengalir. Semakin besar viskositas maka aliran akan semakin lambat. Besarnya viskositas dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti temperatur, gaya tarik antar molekul dan ukuran serta jumlah molekul terlarut. Fluida, baik zat cair maupun zat gas yang jenisnya berbeda memiliki tingkat kekentalan yang berbeda. Pada zat cair, viskositas disebabkan karena adanya gaya kohesi (gaya tarik menarik antara molekul sejenis). Sedangkan dalam zat gas, viskositas disebabkan oleh tumbukan antara molekul. Fluida yang lebih cair biasanya lebih mudah mengalir, contohnya air. Sebaliknya, fluida yang lebih kental lebih sulit mengalir, contohnya minyak goreng, oli, madu dll. Tingkat kekentalan fluida dinyatakan dengan koefisien viskositas (η ). Kebalikan dari Koefisien viskositas disebut fluiditas, Φ =
1 η
, yang merupakan ukuran
kemudahan mengalir suatu fluida. Viskositas cairan adalah fungsi dari ukuran dan permukaan molekul, gaya tarik menarik antar molekul dan struktur cairan. Tiap molekul dalam cairan dianggap dalam kedudukan setimbang, maka sebelum sesuatu lapisan melewati lapisan lainnya diperlukan energy tertentu. Sesuai hokum distribusi Maxwell-Boltzmann, jumlah molekul yang memiliki energy yang diperlukan untuk mengalir, dihubungkan oleh 4
factor e-E/RT dan viskositas sebanding dengan e-E/RT. Secara kuantitatif pengaruh suhu terhadap viskositas dinyatakan dengan persamaan empirik, η
= A e-E/RT atau ln
η =
E RT
+
nA
A merupakan tetapan yang sangat tergantung pada massa molekul relative dan volume molar cairan dan E adalah energi ambang per mol yang diperlukan untuk proses awal aliran. Untuk cairan tak terasosiasi, Batschinski mengemukakan persamaan empiric yang mengaitkan koefisien viskositas dengan volume jenis pada suhu yang sama sebagai : η =
c v −b
atau v = b +
c η
= b + cφ
b dan c adalah tetapan yang bergantung pada jenis zat cair dan V adalah volume jenis dalam cm9/g. Cara menentukan viskositas suatu zat menggunakan alat yang dinamakan viskometer. Ada beberapa tipe viskometer yang biasa digunakan antara lain : 1. Viskometer kapiler / Ostwald Viskositas dari cairan yang ditentukan dengan mengukur waktu yang dibutuhkan bagi cairan tersebut untuk lewat antara 2 tanda ketika mengalir karena gravitasi melalui viskometer Ostwald. Waktu alir dari cairan yang diuji dibandingkan dengan waktu yang dibutuhkan bagi suatu zat yang viskositasnya sudah diketahui (biasanya air) untuk lewat 2 tanda tersebut (Moechtar,1990). 2.
Viskometer Hoppler Berdasarkan
hukum
Stokes
pada
kecepatan
bola
maksimum,
terjadi
keseimbangan sehingga gaya gesek = gaya berat – gaya archimides. Prinsip kerjanya adalah menggelindingkan bola ( yang terbuat dari kaca ) melalui tabung gelas yang berisi zat cair yang diselidiki. Kecepatan jatuhnya bola merupakan fungsi dari harga resiprok sampel (Moechtar,1990). 3.
Viskometer Cup dan Bob Prinsip kerjanya sample digeser dalam ruangan antaradinding luar dari bob dan
dinding dalam dari cup dimana bob masuk persis ditengah-tengah. Kelemahan viscometer ini adalah terjadinya aliran sumbat yang disebabkan geseran yang tinggi di 5
sepanjangkeliling bagian tube sehingga menyebabkan penurunan konsentrasi. Penurunan konsentras ini menyebabkab bagian tengah zat yang ditekan keluar memadat. Hal ini disebut aliran sumbat (Moechtar,1990). 4. Viskometer Cone dan Plate Cara pemakaiannya adalah sampel ditempatkan ditengah-tengah papan, kemudian dinaikkan hingga posisi di bawah kerucut. Kerucut digerakkan oleh motor dengan bermacam kecepatan dan sampelnya digeser di dalam ruang semitransparan yang diam dan kemudian kerucut yang berputar (Moechtar,1990). Gambar viskometer Ostwald :
m B n
A
Viskositas cairan juga dapat ditentukan berdasarkan jatuhnya benda melalui medium zat cair, yaitu berdasarkan hukum Stokes. Dimana benda bulat dengan radius r dan rapat d, yang jatuh karena gaya gravitasi melalui fluida dengan rapat dm/db, akan dipengaruhi oleh gaya gravitasi sebesar : F1 = 4/3 πr3 ( d-dm ) g
Metode bola jatuh menyangkut gaya gravitasi yang seimbang dengan gerakan aliran pekat, dan hubungannya adalah : 2 rb 2 ( db − d ) g η= gv 6
dimana b merupakan bola jatuh atau manik-manik dan g adalah konstanta gravitasi. Apabila digunakan metode perbandingan, kita dapatkan : η 1 η 2
=
(db − d 1 ) t 1 (db − d 2 )t 2
Benda yang jatuh mempunyai kecepatan yang makin lama makin besar. Tetapi dalam medium ada gaya gesek, yang makin besar bila kecepatan benda jatuh makin besar. Pada saat kesetimbangan, besarnya kecepatan benda jatuh tetap. Menurut George G Stokes, untuk benda bulat tersebut besarnya gaya gesek pada kesetimbangan adalah : f 2 = 6 π r ηv f 1 = f 2 4
πr 3 = ( d-dm )g = 6 π η r v
3
η=
2r 2 ( d − dm ) g gv
Rumus tersebut berlaku bila jari-jari benda yang jatuh relative besar bila dibandingkan dengan jarak antara molekul-molekul fluida. Perbedaan antara viskositas cairan dengan viskositas gas adalah sebagai berikut : Jenis Perbedaan
Viskositas Cairan
Viskositas Gas
Gaya gesek
Lebih besar untuk
Lebih kecil disbanding
mengalir
viskositas cairan
Lebih besar
Lebih kecil
Temperatur
Temperatur
Koefisien viskositas Temperatur
naik,viskositas
naik,viskositas naik
turun Tekanan
Tekanan
Tidak tergantung
naik,viskositas 7
naik
tekanan
Pengaruh Temperatur Pada Viskositas
Koefisien viskositas berubah-ubah dengan berubahnya temperature, dan hubungannya adlah : log η = A + B/T
(a)
dimana A dan B adalah konstanta yang tergantung pada cairan. Persamaan di atas dapat ditulis sebagai : η = A’eksp ( -∆Evis/RT )
dimana A adalah konstanta yang tidak perlu. Dengan membandingakn dengan persamaan ( a ), B =
II.
∆ Ε vis
2,303
R
dan untuk kebanyakan zat, ∆Evis = 0,3 ∆E(uap)
ALAT DAN BAHAN
~ Alat – alat :
1.
Viskometer Ostwald 1 buah
2.
Termostat
1 buah
3.
Stopwatch
1 buah
4.
Pipet ukur 25 mL
1 buah
5.
Pipet filler
1 buah
Piknometer
6.
1 buah
~ Bahan - bahan : 1.
Akuades 20 mL
2.
CCl4
20 mL 8
III. 1.
2.
3.
Aseton
20 mL
4.
Etanol
20 Ml
CARA KERJA Viskometer yang bersih dipergunakan.
Viskometer diletakkan dalam termostat pada posisi vertikal. 3.
Sejumlah tertentu cairan (5 mL) dipipet ke dalam reservoir A (lihat gambar)sehingga kalau cairan ini dibawa ke reservoir B dan permukaannya melewati garis m, reservoir A kira-kira masih terisi setengahnya. 4.
Dengan menghisap atau meniup (melalui sepotong selang karet) cairan A
dibawa ke B sampai sedikit di atas garis m, kemudian cairan dibiarkan mengalir secara bebas. Waktu yang diperlukan cairan untuk mengalir dari m ke n dicatat. Percobaan ini dilakukan berkali-kali. 5.
Rapat massa cairan pada suhu yang bersangkutan ditentukan dengan
piknometer atau neraca Westpal. 6.
Percobaan 1-5 di atas dilakukan untuk cairan pembanding (aquadest) dengan viskositas yang sama.
IV.
DATA PENGAMATAN
9
Larutan Aquades
Waktu (s) 39,00
Massa Piknometer + cairan (g)
(air suling)
38.90
43,34
Etanol
39,10 34,70 34,50
42,41
34,30 11,00
Aseton
11,20
42,30
11,40 21,00
CCl4
20,60
45,89
21,00
Massa piknometer kosong + tutup : 38,49 g Volume piknometer (cairan dalam piknometer) = 5 ml
V. PERHITUNGAN
1. Menentukan rapat massa cairan dari berbagai larutan a.
CCl4 Diketahui
Ditanya
: Massa piknometer kosong
= 38,49 g
Massa piknometer + CCl4
= 45,89 g
Massa CCl4
= (45,89-38,49) = 7,40 g
ρ air
= 1 g/ml
Massa air
= (43,34-38,49) = 4,85 g
: ρ etanol = ? 10
Jawab
:
ρ CCl
4
ρ CCl
4
ρ CCl
4
=
m CCl
4
× ρ air m air 7,40g = ×1 g/ml 4,85 g =1,5258 g/ml
b. Etanol Diketahui
: Massa piknometer kosong
= 38,49 g
Massa piknometer + etanol
= 42,41 g
Massa etanol
= 4,02 g
ρ air
= 1 g/ml
Massa air
= (43,34-38,49) = 4,85 g
Ditanya
: ρ etanol = ?
Jawab
: m etanol
ρ etanol
=
× ρ air m air 4,02 g ρ etanol = ×1 g/ml 4,85 g ρ etanol
= 0,8289 g/ml
c. Aseton Diketahui
: Massa piknometer kosong
= 38,49 g
Massa piknometer + aseton
= 42,30 g
Massa aseton
= (42,30-38,49) = 3,81 g
ρ air
= 1 g/ml
Massa air
= (43,34-38,49) = 4,85 g
Ditanya
: ρ aseton = ?
Jawab
:
11
ρ aseton =
m aseton
× ρ air m air 3,81 g ×1 g/ml ρ aseton = 4,85 g ρ aseton = 0,7856 g/ml
2. Menentukan viskositas dan fluiditas cairan dari berbagai larutan Untuk cairan CCl 4
• Pengulangan pertama Pada
t
air = 39,0 s dan t CCl
Diketahui :
t
4
= 21,0 s.
air = 39,0 s
t CCl
4
= 21,0 s
ρ air = 1 g/ml ρ CCl4 = 1,5258 g/ml η air = 1,005 cp Ditanya
: η CCl4 = ? φ CCl4 = ?
Jawab
: ρ CCl
4
4
4
=
η CCl
4
=
η CCl
4
=1,5258 ⋅ 0,5385 ⋅1,005cp
η CCl
4
= 0,8258 cp
φ CCl
4
=
ρ air
⋅
t CCl
η CCl
t air
1,5258 g/ml 1 g/ml
1 η CCl
⋅
⋅η air
21,0s 39,0 s
⋅1,005 cp
4
1 0,8258 cp
φ CCl
4
=
φ CCl
4
-1 =1,2109 cp
• Pengulangan kedua Pada
t
air = 38,90 s dan t CCl
Diketahui :
t
4
= 20,6 s.
air = 38,90 s 12
t CCl
4
= 20,60 s
ρ air = 1 g/ml ρ CCl4 = 1,5258 g/ml η air = 1,005 cp Ditanya
: η CCl4 = ? φ CCl4 = ?
Jawab
: ρ CCl
4
⋅
t CCl
4
η CCl
4
=
η CCl
4
=
η CCl
4
=1,5258 ⋅ 0,5296 ⋅1,005cp
η CCl
4
= 0,8121 cp
φ CCl
4
ρ air
t air
1,5258 g/ml 1 g/ml
=
⋅
⋅η air
20.6 s 38,9 s
⋅1,005 cp
1 η CCl
4
1 0,8121 cp
φ CCl
4
=
φ CCl
4
=1,2313 cp -1
• Pengulangan ketiga Pada
t
air = 39,1 s dan t CCl
Diketahui :
t
4
= 21,0 s.
air = 39,1 s
t CCl
4
= 21,0 s
ρ air = 1 g/ml ρ CCl4 = 1,5258 g/ml η air = 1,005 cp Ditanya
: η CCl4 = ? φ CCl4 = ?
Jawab
:
13
η = φ =
ρ CCl
4
⋅
t CCl
4
η CCl
4
=
η CCl
4
=
η CCl
4
=1,5258 ⋅ 0,5371 ⋅1,005cp
η CCl
4
= 0,8236 cp
φ CCl
4
=
ρ air
1,5258 g/ml
⋅
1 g/ml
η CCl
⋅1,005 cp
1 0,8236 cp
=
φ CCl
4
=1,2142 cp -1
+
η 3
η 2
39,1 s
4
4
+
21,0 s
1
φ CCl
η 1
⋅η air
t air
3 φ 1 + φ 2 + φ 3
=
=
3
(0,8258 + 0,8121 + 0,8256 ) cp 3 (1,2109 + 1,2313 + 1,2142 )
=
3
=
0,8212 cp
1,2188 cp
1
−
Untuk Etanol
• Pengulangan pertama Pada
t
air = 39,0 s dan t etanol = 34,7 s.
Diketahui :
t
air = 39,0 s
t etanol = 34,7 s
ρ air = 1 g/ml ρ etanol =
0,8289
g/ml
η air = 1,005 cp Ditanya
: η etanol = ? φ etanol = ?
Jawab
: ρ etanol
=
η etanol
=
η etanol
=0,8289
⋅1,8897
η etanol
=0,7412
cp
ρ air
⋅
t etanol
η etanol
0,8289 g/ml 1 g/ml
t air ⋅
⋅η air
34,7 s 39,0 s
⋅1,005
cp
⋅1,005cp
14
1
φ etanol
=
φ etanol
=
φ etanol
=
η etanol 1 0,7412
cp
1,3492
cp
-1
• Pengulangan kedua Pada
t
air = 38,9 s dan t etanol = 34,5 s.
Diketahui :
air = 38,9 s
t
t etanol = 34,5 s
ρ air = 1 g/ml ρ etanol = 0,8289 g/ml η air = 1,005 cp Ditanya
: η etanol = ? φ etanol = ?
Jawab
: ρ etanol
η etanol
=
η etanol
=
η etanol
=0,8289
η etanol
=0,7388cp
ρ air
⋅
t etanol
t air
0,8289 g/ml
⋅
1 g/ml
⋅η air
34,5 s 38,9 s
⋅ 0,8869
⋅1,005
cp
⋅1,005cp
1
φ etanol
=
φ etanol
=
φ etanol
=
η etanol 1 0,7388
cp
1,3535
cp
-1
• Pengulangan ketiga Pada
t
air = 39,1 s dan t etanol = 34,3 s.
Diketahui :
t
air = 39,1 s
t etanol = 34,3 s
ρ air = 1 g/ml ρ etanol = 0,8289 g/ml 15
η air = 1,005 cp Ditanya
: η etanol = ? φ etanol = ?
Jawab
η = φ =
η 1
: ρ etanol
η etanol
=
η etanol
=
η etanol
=0,8289
η etanol
=0,7307cp
ρ air
⋅
⋅η air
34,3 s 39,1 s
⋅1,005
cp
⋅ 0,8772 ⋅1,005cp
1
φ etanol
=
φ etanol
=
+
t air
1 g/ml
=
η 2
t etanol
0,8289 g/ml
φ etanol
+
⋅
η etanol 1 0,7307
1,3686
η 3
3 φ 1 + φ 2 + φ 3
=
=
3
cp cp
-1
(0,7412 + 0,7388 + 0,7307 ) cp 3 (1,3492 + 1,3535 + 1,3686 ) 3
=
=
0,7369 cp
1,3571cp
1
−
Untuk Aseton
• Pengulangan pertama Pada
t
air = 39,0 s dan t aseton = 11,0 s.
Diketahui :
t
air = 39,0 s
t aseton = 11,0 s ρ air = 1 g/ml ρ aseton =
0,7856
g/ml
η air = 1,005 cp Ditanya
: η aseton = ? φ aseton = ?
Jawab
:
16
ρ aseton
⋅
t aseton
η aseton
=
η aseton
=
η aseton
=0,7856
⋅ 0,2821 ⋅1,005cp
η aseton
=0,2227
cp
ρ air
t air
0,7856 g/ml 1 g/ml
⋅
⋅η air
11,0 s 39,0 s
⋅1,005
cp
1
φ aseton
=
φ aseton
=
0,2227
cp
φ aseton
=4,4903
cp
η aseton 1 -1
• Pengulangan kedua Pada
t
air = 38,9 s dan t aseton = 11,2 s.
Diketahui :
air = 38,9 s
t
t aseton = 11,2 s ρ air = 1 g/ml ρ aseton = 0,7856 g/ml η air = 1,005 cp Ditanya
: η aseton = ? φ aseton = ?
Jawab
: ρ aseton
η aseton
=
η aseton
=
η aseton
=0,7856
η aseton
=0,2273cp
φ aseton
=
φ aseton
=
φ aseton
= 4,2995
ρ air
⋅
t aseton
0,7856 g/ml 1 g/ml
t air ⋅
⋅η air
11,2 s 38,9 s
⋅1,005
cp
⋅ 0,2879 ⋅1,005cp
1
η aseton 1 0,2273
cp
• Pengulangan ketiga Pada
t
air = 39,1 s dan t aseton = 11,4s. 17
Diketahui :
air = 39,1 s
t
t aseton = 11,4 s ρ air = 1 g/ml ρ aseton = 0,7856 g/ml η air = 1,005 cp Ditanya
: η aseton = ? φ aseton = ?
Jawab
η = φ =
η 1
: ρ aseton
⋅
t aseton
η aseton
=
η aseton
=
η aseton
=0,7856
⋅ 0,2916
η aseton
=0,2302
cp
ρ air
0,7856 g/ml
φ aseton
=
0,2302
cp
φ aseton
=4,3440
cp
+
η 3
3 φ 1 + φ 2 + φ 3 3
⋅η air
11,4 s 39,1 s
⋅1,005
cp
⋅1,005cp
1
=
η 2
⋅
1 g/ml
φ aseton
+
t air
η aseton
=
=
1
(0,2227
+
-1
0,2273 + 0,2302 ) cp
3 (4,4903 + 4,2995 + 4,3440 ) 3
=
=
0,2267 cp
4,3779 cp
1
−
II. RALAT KERAGUAN Viskositas CCl 4
Percobaan 1. 2. 3.
η (cP)
0,8258 0,8121 0,8256
∑
η (cP)
(η −η ) (cP)
(η −η ) 2 (cP)
0,8212
- 4,6 x 10 −3 9,1 x 10 −3 - 4,4 x 10 −3
21,16 x 10 −3 82,81 x 10 −3 19,36 x 10 −3 123,33 x 10
(η −η ) 2
−3 18
∆η =
∑(η −η ) n(n −1)
2
=
2 12 ,333 x 10 −
= 0,248 cP
(3 −1)
(η ± ∆η ) = (0,8212 ± 0,248 )cP Ralat nisbi =
0,248 ∆η x 100 % = x100 % = 30 ,2 % 0,8212 η
prak . = 100 % − 30 ,2% = 69 ,8%
Kebenaran
Fluiditas CCl 4
Percobaan 1. 2. 3.
Φ
Φ
1,2109 1,2313 1,2142
1,2188
( Φ - Φ) 0,0079 - 0,0125 0,0046
∑ ( Φ - Φ) 2
∆Φ =
∑(Φ − Φ) n(n −1)
2
=
239,82 x 10
( Φ - Φ) 2 62,41 x 10-6 156,25 x 10-6 21,16 x 10-6 239,82 x 10-6
-6
(3 −1)
= 0,0109
( Φ ± ∆Φ) = (1,2188 ± 0,0109 ) cP Ralat nisbi =
0,0109 ∆Φ x 100 % = x100 % = 0,89 % 1,2188 Φ
Kebenaran prak . = 100 % −11,79 % = 99 ,11 %
Viskositas etanol
Percobaan
η (cP)
η (cP)
(η −η ) (cP)
0,7369
(η −η ) 2 (cP)
18,49 x 10
1.
0,7412
-4,3 x 10-3
2.
0,7388
-1,9 x 10-3
−6
3,61 x 10
−6
19
38,44 x 10 3.
6,2 x 10-3
0,7307
−6
60,54 x 10
∑
∑(η −η )
∆η =
(η −η ) 2
2
60 ,54 x 10
=
n(n −1)
−6
−6
= 5,5 x10 −3 cP
(3 −1)
(η ± ∆η ) = (0,7369 ± 5,5 x 10
−3
)cP −3
5,5 x 10 ∆η Ralat nisbi = x 100 % = x100 % = 0,75 % 0,7369 η Kebenaran prak . = 100 % − 0,75 % = 99 ,25 %
Fluiditas etanol
Φ
Percobaan 1. 2.
1,3492 1,3535
3.
1,3686
Φ
1,3571
( Φ - Φ) 7,9 x 10 −3 3,6 x 10 −3 -11,5 x 10 −3
( Φ - Φ) 2 62,41 x 10 −6 12,96 x 10 −6 132,25 x 10 207,62 x 10
∑ ( Φ - Φ) 2
∆Φ =
∑(Φ − Φ) n(n −1)
2
=
−6 −6
207 ,62 x 10 −6 (3 −1)
= 0,01
( Φ ± ∆Φ) = (1,3571 ± 0,01) cP Ralat nisbi = Kebenaran
∆Φ 0,01 x 100 % = x100 % = 0,74 % Φ 1,3571
prak . = 100 % − 0,74 % = 99 ,26 %
Untuk ASETON Viskositas aseton
Percobaan 1.
η (cP)
η (cP)
(η −η ) (cP)
(η −η ) 2 (cP)
0,2227
0,2267
4 x 10 −3
16 x 10 −6 20
2. 3.
-6 x 10 −3 -3,5 x 10 −3
0,2273 0,2302
∑
(η −η ) 2
∑(η −η )
∆η =
n( n −1)
2
=
64 ,25 x 10 −6 (3 −1)
36 x 10 −6 12,25 x 10 −6 64,25 x 10 −6
= 5,6679 x10 −3 cP
(η ± ∆η ) = (0,2267 ± 5,6679 x10 −3 )cP Ralat nisbi =
∆η 5,6679 x10 −3 x 100 % = x100 % = 2,5% 0,2267 η
prak . = 100 % − 2,5% = 97 ,5%
Kebenaran
Fluiditas aseton
Percobaan 1. 2. 3.
Φ
Φ
4,4903 4,2995 4,3440
4,3779
( Φ - Φ) -0,1124 0,0784 0,0339
∑ ( Φ - Φ) 2
∆Φ =
∑(Φ − Φ) n( n −1)
2
=
0,0198 (3 −1)
( Φ - Φ) 2 0,0126 0,0061 0,0011 0,0198
= 0,0994
( Φ ± ∆Φ) = (4,3779 ± 0,0994 ) cP Ralat nisbi = Kebenaran
VI.
0,0994 ∆Φ x 100 % = x100 % = 2,27 % 4,3779 Φ
prak . = 100 % − 2,27 % = 97 ,73 %
PEMBAHASAN Pada percobaan kali ini telah dilakukan penentuan viskositas cairan berbagai larutan. Dimana viskositas cairan merupakan fungsi dari ukuran dan permukaan molekul, gaya tarik antarmolekul, dan struktur cairan. Tiap molekul dalam cairan dianggap dalam kedudukan setimbang, sehingga sebelum suatu lapisan molekul dapat melewati lapisan molekul dapat melewati lapisan molekul lainnya diperlukan suatu energi tertentu. Cairan yang ditentukan viskositasnya dalam percobaan ini adalah aseton, CCl4, etanol, dan aquadest sebagai pembanding.
21
Viskositas merupakan kekentalan zat cair, dapat didefinisikan sebagai sifat dari zat cair untuk melawan tegangan geser (t) pada waktu bergerak atau mengalir dan disebabkan juga oleh kohesi antar partikelnya. Dalam praktikum kali ini digunakan metode Oswald dengan menggunakan suatu alat yang menggunakan suatu alat yang bernama viskometer. Pertama – tama viskometer diletakkan dalam termostat pada posisi vertikal, kemudian dimasukkan cairan melewati garis m dan reservoir A masih terisi setengahnya. Dengan penghisap, cairan B dibawa sampai sedikit melewati garis m dan dibiarkan mengalir secara bebas ke n. Dari sini kan diperoleh waktu yang dibutuhkan untuk cairan mengalir dari m ke n dan data tersebut dicatat dalamdata pengamatan. Percobaan diulangi sebanyak dua kali lagi untuk tiap – tiap cairan. Cairan tersebut kemudian diukur suhunya. Berdasarkan hasil pengamatan, diperoleh suhu untuk aquadest, aseton, etanol, dan CCl4 adalah 300C. Setelah dilakukan perhitungan diperoleh nilai viskositas dan fluiditas dari masing – masing cairan, dimana fluiditas merupakan kebalikan dari viskositas. Data yang diperoleh dari perhitungan tersebut adalah sebagai berikut: Larutan Etanol
Aseton
CCl4
Waktu (s) 34,70
Viskositas (η) 0,7412cp
Fluiditas (Φ) 1,3492
34,50
0,7388cp
1,3535
34,30 11,00
0,7307cp 0,2227cp
1,3686 4,4903
11,20
0,2273cp
4,2995
11,40 21,00
0,2302cp 0,8258cp
4,3779 1,2109
20,60
1,2313cp
1,2313
21,00
1,2188cp
1,2142
22
Dari data di atas terlihat bahwa semakin besar viskositas suatu cairan maka semakin lama waktu cairan untuk mengalir. Begitu pula sebaliknya, semakin kecil viskositasnya maka semakin sedikit waktu yang dibutuhkan oleh cairan untuk mengalir. Telah diketahui bahwa fluiditas merupakan kebalikan dari
viskositas, sehingga semakin kecil fluiditas suatu cairan maka semakin lama waktu yang diperlukan oleh cairan untuk mengalir. Dan sebaliknya, semakin besar fluiditasnya maka semakin sedikit pula waktu yang diperlukan oleh cairan tersebut untuk mengalir. Dari data tersebut juga dapat diketahui bahwa larutan yang paing kental di antara ketiga larutan yang ditentukan adalah etanol, kemudian CCl4, dan yang paling encer adalah aseton. Viskositas suatu larutan tidak hanya ditentukan oleh kekentalan suatu larutan dan fluiditasnya, tetapi juga dipengaruhi oleh temperature. Dimana viskositas suatu cairan akan turun seiring meningkatnya temperature. Begitu pula sebaliknya, viskositas cairan akan naik jika temperature diturunkan. Salah satu hubungan viskositas (η) dengan temperature (T) dinyatakan dalam persamaan berikut: Log η =
A T
+ B
Dimana A dan B merupakan tetapan. Praktikum yang dilakukan
untuk etanol dan CCl4 sudah cukup teliti dan
benar, ini dapat dilihat dari nilai persentase kebenaran praaktikum untuk penentuan viskositas maupun penentuan fluiditas, yang nilainya hampir mendekati 100%, sedangkan nilai persentase kebenaran praktikum aseton, baik penentuan viskositas maupun penentuan fluiditas, hanya mencapai 97% saja. Hal ini dapat disebabkan 23
kekurang telitian praktikum dalam mengukur waktu yang diperlukan CCl4 untuk mengalir dari batas m ke n dalam viskometer ostwald.
VII. KESIMPULAN 1. Viskositas
suatu cairan dapat diukur dengan vikometer, diantaranya viskometer
Ostwald, viskometer Lehman, dan viskometer bola jatuh- Stokes. Tapi untuk praktikum ini hanya digunakan viskometer Ostwald saja. 2. Setiap
cairan memiliki viskositas yang berbeda-beda karena banyak pengaruh jenis
zat, komposisi campuran dan tekanan. 3.
Makin kental suatu cairan, maka makin besar gaya yang dibutuhkan untuk mengalir dari garis m ke n.
4. Semakin
besar viskositasnya, maka semakin rendah fluiitasnya dan semaki kental
cairan tersebut. 5. Rata-rata
6. Rata-rata
7. Makin
nilai viskositas dari masing-masing larutan adalah
•
Etanol
= 0,7369 cp
•
Aseton
= 0,2267 cp
•
CCl4
= 0,8212 cp
nilai fluiditas dari masing-masing larutan adalah
•
Etanol
= 1,3571
•
Aseton
= 4,3779
•
CCl4
= 1,2188
kental suatu cairan, makin besar gaya yang dibutuhkan untuk membuatnya
mengalir pada kecepatan tertentu.
24
VIII. LAMPIRAN (JAWABAN PERTANYAAN) 1.
Bilangan Reynold adalah suatu tetapan yang menjadi ukuran apakah suatu aliran
merupakan aliran turbulen atau laminar. Hubungannya dengan aliran laminer bila nilai RN > 2100 maka aliran suatu tersebut memiliki aliran laminer. d v R
Dimana : RN =
η
R : jari-jari pipa d : kerapatan cairan v
: kecepatan rata-rata cairan sepanjang pipa
η : viskositas 2.
Cara lain yang dapat digunakan untuk menentukan viskositas cairan adalah dengan metode bola jatuh. Metode ini menyangkut gaya gravitasi yang seimbang dengan gerak alirannya pekat. Dimana benda yang jatuh mempunyai kecepatan yang semakin besar, namun juga diimbangi dengan besarnya gaya gesek, saat setimbang kecepatan benda jatuh tetap. η=
2 rb 2 ( dh − d ) g gv
dimana : b adalah bola jatuh g adalah gaya gravitasi v adalah volumen η adalah viskositas dengan perbandingan digunakan rumus : η 1 η 2
=
(ab − d 1 )t 1 (ab − d 2 )t 2 25
DAFTAR PUSTAKA
Dogra,S.K.1990. Kimia Fisik dan Soal-Soal .UI-Press:Jakarta. http://arto-maryanto.blogspot/2009/11/fluida-dan-viskositas.html. 9 April 2010. Tim Laboratorium Kimia Fisika.2009. Penuntun Praktikum Kimia Fisika II . Jurusan Kimia FMIPA UNUD: Bukit Jimbaran. Chang, Raymond.2005. Kimia Dasar Konsep-konsep Inti .Erlangga : Jakarta Sukarjo, Dr.1989. Kimia fisika.PT. Bina Aksara : Jakarta Reid, C. Rober, dkk. 1991. Sifat Gas dan Zat Cair , Edisi Ketiga.PT.Gramedia Pustaka:Jakarta.
26
27
