Selasa, 12 Oktober 2010

Tegangan Permukaan dan Kapilaritas


Tegangan permukaan adalah gaya yang diakibatkan oleh suatu benda yang bekerja pada permukaan zat cair setiap panjang permukaan yang menyentuh benda itu. Apabila F = gaya (newton) dan L = panjang (m), tegangan-permukaan/S dapat ditulis sebagai S = F/L. http://id.wikipedia.org/wiki/Tegangan_permukaan

Tegangan permukaan dan kapilaritas

(tegangan permukaan memungkinkan nyamuk berdiri di atas air)
Pernahkah kamu melihat sebuah jarum terapung diatas air? Atau kamu pasti pernah melihat ada nyamuk atau serangga lain dapat berdiri diatas air. Fenomena ini erat kaitannya dengan penjelasan tentang tegangan permukaan yang akan dibahas pada bagian ini. Di lain pihak, kita juga mungkin pernah menemui kejadian berupa air dari tanah yang merembes naik ke atas tembok sehingga tembok menjadi basah. Kejadian ini dalam fisika dikenal dengan peristiwa kapilaritas yang akan dijelaskan juga pada bagian ini.

Tegangan Permukaan

Mari kita amati sebatang jarum yang kita buat terapung di permukaan air sebagai benda yang mengalami tegangan permukaan. Tegangan permukaan disebabkan oleh interaksi molekul-molekul zat cair dipermukaan zat cair. Di bagian dalam cairan sebuah molekul dikelilingi oleh molekul lain disekitarnya, tetapi di permukaan cairan tidak ada molekul lain dibagian atas molekul cairan itu. Hal ini menyebabkan timbulnya gaya pemulih yang menarik molekul apabila molekul itu dinaikan menjauhi permukaan, oleh molekul yang ada di bagian bawah permukaan cairan. Sebaliknya jika molekul di permukaan cairan ditekan, dalam hal ini diberi jarum, molekul bagian bawah permukaan akan memberikan gaya pemulih yang arahnya ke atas, sehingga gaya pemulih ke atas ini dapat menopang jarum tetap di permukaan air tanpa tenggelam.

tegangan permukaan dilihat dari interaksi molekul benda dan zat cair

Gaya ke atas untuk menopang jarum agar tidak tenggelam merupakan perkalian koefisien tegangan permukaan dengan dua kali panjang jarum. Panjang jarum disini adalah permukaan yang bersentuhan dengan zat cair.

Gaya yang diperlukan untuk mengangkat jarum adalah gaya ke atas dijumlah gaya berat jarum (mg).

Kapilaritas

meniskus air menyebabkan peristiwa kapilaritas

Kapilaritas disebabkan oleh interaksi molekul-molekul di dalam zat cair. Di dalam zat cair molekul-molekulnya dapat mengalami gaya adhesi dan kohesi. Gaya kohesi adalah tarik-menarik antara molekul-molekul di dalam suatu zat cair sedangkan gaya adhesi adalah tarik menarik antara molekul dengan molekul lain yang tidak sejenis, yaitu bahan wadah di mana zat cair berada. Apabila adhesi lebih besar dari kohesi seperti pada air dengan permukaan gelas, air akan berinteraksi kuat dengan permukaan gelas sehingga air membasahi kaca dan juga permukaan atas cairan akan melengkung (cekung). Keadaan ini dapat menyebabkan cairan dapat naik ke atas oleh tegangan permukaan yang arahnya keatas sampai batas keseimbangan gaya ke atas dengan gaya berat cairan tercapai. Jadi air dapat naik keatas dalam suatu pipa kecil yang biasa disebut pipa kapiler. Inilah yang terjadi pada saat air naik dari tanah ke atas melalui tembok.


air dapat merembes ke atas melalui retakan tembok sehingga membasahi tembok. Satu contoh kapilaritas

Gejala alam kapilaritas ini memungkinkan kita menghitung tinggi kenaikan air dalam suatu pipa kapiler berbentuk silinder/tabung dengan jari-jari r.
Salah satu konsep fisika yang bisa menjelaskan fenomena yang terjadi pada lilin, lampu minyak serta banyak fenomena terkait lainnya adalah Kapilaritas. Terus kapilaritas itu apa ? untuk memahami konsep Kapilaritas, pahami penjelasan berikut ini.
Gaya Kohesi dan Adhesi
Dirimu mungkin pernah mendengar istilah Kohesi dan Adhesi. Gaya Kohesi merupakan gaya tarik menarik antara molekul dalam zat yang sejenis, sedangkan gaya tarik menarik antara molekul zat yang tidak sejenis dinamakan Gaya Adhesi. Misalnya kita tuangkan air dalam sebuah gelas. Kohesi terjadi ketika molekul air saling tarik menarik, sedangkan adhesi terjadi ketika molekul air dan molekul gelas saling tarik menarik.
Sudut Kontak
Sebelum mempelajari konsep Kapilaritas, terlebih dahulu kita pahami bagaimana pengaruh gaya adhesi dan gaya kohesi bagi Kapilaritas. Misalnya kita tinjau cairan yang berada dalam sebuah gelas (lihat gambar di bawah). Ketika gaya kohesi molekul cairan lebih kuat daripada gaya adhesi (gaya tarik menarik antara molekul cairan dengan molekul gelas) maka permukaan cairan akan membentuk lengkungan ke atas. Contoh untuk kasus ini adalah ketika air berada dalam gelas. Biasanya dikatakan bahwa air membasahi permukaan gelas. Sebaliknya apabila gaya adhesi lebih kuat maka permukaan cairan akan melengkung ke bawah. Contohnya ketika air raksa berada di dalam gelas.
Sudut yang dibentuk oleh lengkungan itu dinamakan sudut kontak (teta). Ketika gaya kohesi cairan lebih besar daripada gaya adhesi, maka sudut kontak yang terbentuk umumnya lebih kecil dari 90o (gambar a). Sebaliknya, apabila gaya adhesi lebih besar daripada gaya kohesi cairan, maka sudut kontak yang terbentuk lebih besar dari 90o (gambar b). Gaya adhesi dan gaya kohesi secara teoritis sulit dihitung, tetapi sudut kontak dapat diukur. Apa hubungannya dengan kapilaritas ?
Konsep Kapilaritas
Seperti yang telah dijelaskan pada pokok bahasan Tegangan Permukaan, pada setiap permukaan cairan terdapat tegangan permukaan.
Apabila gaya kohesi cairan lebih besar dari gaya adhesi, maka permukaan cairan akan melengkung ke atas. Ketika kita memasukan tabung atau pipa tipis (pipa yang diameternya lebih kecil dari wadah), maka akan terbentuk bagian cairan yang lebih tinggi (Lihat digambar di bawah). Dengan kata lain, cairan yang ada dalam wadah naik melalui kolom pipa tersebut. Hal ini disebabkan karena gaya tegangan permukaan total sepanjang dinding tabung bekerja ke atas. Ketinggian maksimum yang dapat dicapai cairan adalah ketika gaya tegangan permukaan sama atau setara dengan berat cairan yang berada dalam pipa. Jadi, cairan hanya mampu naik hingga ketinggian di mana gaya tegangan permukaan seimbang dengan berat cairan yang ada dalam pipa.
Sebaliknya, jika gaya adhesi lebih besar daripada gaya kohesi cairan, maka permukaan cairan akan melengkung ke bawah. Ketika kita memasukan tabung atau pipa tipis (pipa yang diameternya lebih kecil dari wadah), maka akan terbentuk bagian cairan yang lebih rendah (lihat gambar di bawah).

Efek ini dikenal dengan julukan gerakan kapiler alias kapilaritas dan pipa tipis tersebut dinamakan pipa kapiler. Perlu diketahui bahwa pembuluh darah kita yang terkecil juga bisa disebut pipa kapiler, karena peredaran darah pada pembuluh darah yang kecil juga terjadi akibat adanya efek kapilaritas. Demikian juga fenomena naiknya leleh lilin atau minyak tanah melalui sumbu. Selain itu, kapilaritas juga diyakini berperan penting bagi perjalanan air dan zat bergizi dari akar ke daun melalui pembuluh xylem yang ukurannya sangat kecil. Bila tidak ada kapilaritas, permukaan tanah akan langsung mengering setelah turun hujan atau disirami air. Efek penting lainnya dari kapilartas adalah tertahannya air di celah-celah antara partikel tanah. Lumayan, bisa membantu para petani di kebun.


Persamaan Kapilaritas

Pada penjelasan sebelumnya, dikatakan bahwa ketinggian maksimum yang dapat dicapai cairan ketika cairan naik melalui pipa kapiler terjadi ketika gaya tegangan permukaan seimbang dengan berat cairan yang ada dalam pipa kapiler. Nah, bagaimana kita bisa menentukan ketinggian air yang naik melalui kolom pipa kapiler ? mau tidak mau, kita harus menggunakan persamaan  rumus lagi, rumus lagi… Untuk membantu kita menurunkan persamaan, perhatikan gambar di bawah.
Tampak bahwa cairan naik pada kolom pipa kapiler yang memiliki jari-jari r hingga ketinggian h. Gaya yang berperan dalam menahan cairan pada ketinggian h adalah komponen gaya tegangan permukaan pada arah vertikal : F cos teta (bandingkan dengan gambar di bawah).

Bagian atas pipa kapiler terbuka sehingga terdapat tekanan atmosfir pada permukaan cairan. Panjang permukaan sentuh antara cairan dengan pipa adalah 2 phi r (keliling lingkaran). Dengan demikian, besarnya gaya tegangan permukaan komponen vertikal yang bekerja sepanjang permukaan kontak adalah :
Keterangan :






Apabila permukaan cairan yang melengkung ke atas diabaikan, maka volume cairan dalam pipa adalah :

Apabila komponen vertikal dari Gaya Tegangan Permukaan seimbang dengan berat kolom cairan dalam pipa kapiler, maka cairan tidak dapat naik lagi. Dengan kata lain, cairan akan mencapai ketinggian maksimum, apabila komponen vertikal dari gaya tegangan permukaan seimbang dengan berat cairan setinggi h. Komponen vertikal dari Gaya tegangan permukaan adalah :
Ketika cairan mencapai ketinggian maksimum (h), Komponen vertikal dari gaya tegangan permukaan harus sama dengan berat cairan yang ada dalam pipa kapiler. Secara matematis, ditulis :







Tegangan permukaan (sigma) Tegangan permukaan adalah intensitas gaya tarik modulus persatuan panjang sepanjang suatu garis dipermukaan
tegangan permukaan tergantung pada temperatur dan juga fluida lain yang bersentuhan dipermukaan temu (antar muka).
tegangan dalam satu butir tetesan zat cair dapat dihitung dengan
2 x phi x R x sigma = delta p x phi x R^2
atau
delta p = pi - pe = 2 sigma / R
fenomena tegangan permukaan dalam sebuah pipa kapiler
ketika sebuah pipa kapiler dimasukan kedalam air maka permukaan air pada pipa kapiler akan
1. berada diatas permukaan air
2. berada dibawah permukaan air
penjelasan point 1 => untuk kasus ini terdapat gaya tarik adhesi antara dinding tabung dan molekul zat cairyang cukup kuat untuk mengatasi gaya tarik molekul (kohesi) danmenariknya kearah dinding
penjelasan point 2 =>untuk kasus ini gaya adhesi molekul-molekul pada permukaan padat lemah dibanding dengan kohesi antar molekul.
ketinggian air pada permkaan kapiler dari kasus diatas dapat dihitung dengan persamaan
h = ( 2 sigma x cos theta x ) / rho x r

Laporan Praktikum Koloid Berion


A.  JUDUL PRAKTIKUM         : KOLOID BERION
B.  TUJUAN PRAKTIKUM      : Memahami sistem yang terjadi pada koloid berion (reaksi pengendapan antara AgNO3 + NaCl).
C.  DASAR TEORI                    :
Sistem koloid adalah suatu campuran yang keadaannya terletak antara larutan dan suspensi (campuran kasar) dan bersifat metastabil, seolah – olah stabil tetapi saat tertentu akan memisah. System koloid ini mempunyai sifat – sifat khas yang berbeda dari sifat larutan atau suspensi. Keadaan koloid bukan ciri dari zat tertentu karena semua zat, baik padat, cair, maupun gas, dapat dibuat dalam keadaan koloid.
Didalam larutan koloid ada 2 zat, yakni sebagai berikut :
-      Zat terdispersi, yakni zat yang terlarut didalam larutan koloid.
-      Zat pendispersi, yakni zat pelarut didalam larutan koloid.
Berdasarkan fase terdispersi maupun fase pendispersi suatu koloid dibagi sebagai berikut :
Fase
Nama koloid
Contoh
Terdispersi
Pendispersi
Gas
Gas
Bukan koloid, karena gas bercampur secara homogen
Gas
Cair
Busa
Buih, sabun, ombak, krim kocok
Gas
Padat
Busa padat
Batu apung, kasur busa
Cair
Gas
Aerosol cair
Obat semprot, kabut, hair spray di udara
Cair
Cair
Emulsi
Air santan, air susu, mayones
Cair
Padat
Gel
Mentega, agar-agar
Padat
Gas
Aerosol padat
Debu, gas knalpot, asap
Padat
Cair
Sol
Cat, tinta
Padat
Padat
Sol Padat
Tanah, kaca, lumpur

SIFAT KOLOID
1.    Efek Tyndall
Efek Tyndall adalah penghamburan cahaya oleh larutan koloid, peristiwa di mana jalannya sinar dalam koloid dapat terlihat karena partikel koloid dapat menghamburkan sinar ke segala arah.
Contoh sinar matahari yang dihamburkan oleh partikel koloid diangkasa, debu dalam ruangan akan terlihat jika ada sinar masuk melalui celah.
2.    Gerak Brown
Gerak braown adalah gerak partikel kolid dalam medium pendispersi secara terus menerus, karena adanya tumbukan antar partikel zat terdispersi dan zat pendispersi. Karena gerak aktif yang terus – menerus ini, partikel koloid tidak memisah jika didiamkan.
3.    Adsorbsi Koloid
Adsorbsi Koloid adalah penyerapan zat atau ion pada permukaan koloid. Sifat adsorbsi digunakan dalam proses:
a.    Pemutihan gula tebu.
b.    Norit.
c.    Penjernihan air.
Contoh:
-        Koloid Fe(OH)3 akan mengadsorbsi ion H+ sehingga menjadi bermuatan +. Adanya muatan senama maka koloid Fe(OH), akan tolak-menolak sesamanya sehingga partikel-partikel koloid tidak akan saling menggerombol.
-       Koloid As2S3 akan mengadsorbsi ion OH- dalam larutan sehingga akan bermuatan - dan tolak-menolak dengan sesamanya, maka koloid As2S3 tidak akan menggerombol.
4.    Muatan koloid dan Elektroforesis
Muatan Koloid ditentukan oleh muatan ion yang terserap permukaan koloid. Elektroforesis adalah gerakan partikel koloid karena pengaruh medan listrik.
Karena partikel koloid mempunyai muatan maka dapat bergerak dalam medan listrik. Jika ke dalam koloid dimasukkan arus searah melalui elektroda, maka koloid bermuatan positif akan bergerak menuju elektroda negatif dan sesampai di elektroda negatif akan terjadi penetralan muatan dan koloid akan menggumpal (koagulasi).
Contoh: cerobong pabrik yang dipasangi lempeng logam yang bermuatan listrik dengan tujuan untuk menggumpalkan debunya.
5.    Koagulasi Koloid
Koagulasi koloid adalah penggumpalan koloid karena elektrolit yang muatannya berlawanan.
Contoh: kotoran pada air yang digumpalkan oleh tawas sehingga air menjadi jernih.
Faktor-faktor yang menyebabkan koagulasi:
-          Perubahan suhu.
-          Pengadukan.
-          Penambahan ion dengan muatan besar (contoh: tawas).
-          Pencampuran koloid positif dan koloid negatif.
Koloid akan mengalami koagulasi dengan cara:
a)    Mekanik
Cara mekanik dilakukan dengan pemanasan, pendinginan atau pengadukan cepat.
b)   Kimia
-       Dengan penambahan elektrolit (asam, basa, atau garam).
Contoh: susu + sirup masam —> menggumpal
lumpur + tawas —> menggumpal
-       Dengan mencampurkan 2 macam koloid dengan muatan yang berlawanan.
Contoh: Fe(OH)3 yang bermuatan positif akan menggumpal jika dicampur As2S3 yang bermuatan negatif.


PEMBUATAN SISTEM KOLOID
1.    Cara Kondensasi
Pembuatan sistem koloid dengan cara kondensasi dilakukan dengan cara penggumpalan partikel yang sangat kecil. Penggumpalan partikel ini dapat dilakukan dengan cara sebagai berikut:
a.    Reaksi Pengendapan
Pembuatan sistem koloid dengan cara ini dilakukan dengan mencampurkan larutan elektrolit sehingga menghasilkan endapan.
Contoh: AgNO3 + NaCl —> AgCl(s) + NaNO3
b.    Reaksi Hidrolisis
Reaksi hidrolisis adalah reaksi suatu zat dengan air. Sistem koloid dapat dibuat dengan mereaksikan suatu zat dengan air.
Contoh: AlCl3 +H2O —> Al(OH)3(s) + HCl
c.    Reaksi Redoks
Pembuatan koloid dapat terbentuk dari hasil reaksi redoks.
Contoh: pada larutan emas
Reaksi: AuCl3 + HCOH —> Au + HCl + HCOOH
d.   Reaksi Pergeseran
Contoh: pembuatan sol As2S3 dengan cara mengalirkan gas H2S ke dalam laruatn H3AsO3 encer pada suhu tertentu.
Reaksi: 2 H3AsO3 + 3 H2S —> 6 H2O + As2S3
e.    Reaksi Pergantian Pelarut
Contoh: pembuatan gel kalsium asetat dengan cara menambahkan alkohol 96% ke dalam larutan kalsium asetat jenuh.
2.    Cara Dispersi
Pembuatan sistem koloid dengan cara dispersi dilakukan dengan memperkecil partikel suspensi yang terlalu besar menjadi partikel koloid, pemecahan partikel-partikel kasar menjadi koloid.



a.    Cara Mekanik
Ukuran partikel suspensi diperkecil dengan cara penggilingan zat padat, dengan menghaluskan butiran besar kemudian diaduk dalam medium pendispersi.
Contoh: Gumpalan tawas digiling, dicampurkan ke dalam air akan membentuk koloid dengan kotoran air.
Membuat tinta dengan menghaluskan karbon pada penggiling koloid kemudian didispersikan dalam air.
Membuat sol belerang dengan menghaluskan belerang bersama gula (1:1) pada penggiling koloid, kemudian dilarutkan dalam air, gula akan larut dan belerang menjadi sol.
b.    Cara Peptisasi
Pembuatan koloid dengan cara peptisasi adalah pembuatan koloid dengan menambahkan ion sejenis, sehingga partikel endapan akan dipecah.
Contoh: sol Fe(OH)3 dengan menambahkan FeCl3.
sol NiS dengan menambahkan H2S.
karet dipeptisasi oleh bensin.
Agar-agar dipeptisasi oleh air.
Endapan Al(OH)3 dipeptisasi oleh AlCl3.
c.    Cara Busur Bredia/Bredig
Pembuatan koloid dengan cara busur Bredia/Bredig dilakukan dengan mencelupkan 2 kawat logam (elektroda) yang dialiri listrik ke dalam air, sehingga kawat logam akan membentuk partikel koloid berupa debu di dalam air.
d.   Cara Ultrasonik
yaitu penghancuran butiran besar dengan ultrasonik (frekuensi > 20.000 Hz)




D.   ALAT DAN BAHAN :
Alat :
Corong                                                  Tabung sentrifuge
Bunshen                                                Gelas kimia
Tabung reaksi
Bahan :
AgNO3
NaCl
    Na2CO3 jenuh
larutan ammonia
HCl 6 M
NH4OH
Ag(NH3)2+
E.   CARA KERJA :
1. Pembuatan Koloid :
          AgNO3 ditambahkan dengan larutan NaCl maka akan terbentuk endapan AgCl dan NaNO3, dengan reaksi : AgNO3 + NaCl —> AgCl(s) + NaNO3
2. Pembuktian Kation Ag
Endapan AgCl
-  + AgNO3 berlebih
-  + HCl 6M
-  Disentrifuge
-  Disaring
Endapan kemungkinan adalah Hg2Cl2, AgCl, atau PbCl2
-  Dipenangas
-  + NH4OH 6N
-  Dipanaskan dan disentrifuge
-  + Ag(NH3)2+
Endapan          menandakan terdapatnya ion Ag

3. Pembuktian Anoin Cl
Endapan AgCl
-  + NaCl berlebih
-  + Na2CO3 jenuh
-  Dipanaskan
-  Disaring
Larutan persiapan untuk diuji anionnya
-  + AgNO3hingga membentuk endapan
-  + larutan amoniak
            Endapan larut              menandakan terdapatnya ion

F.   PEMBAHASAN
AgNO3 + NaCl —> AgCl(s) + NaNO3, jika NaCl berlebih maka endapan AgCl akan berjalan kearah ion negative Cl, endapan Cl dapat dibuktikan dengan produk yang diperoleh ditambah dengan Na2CO3 jenuh kemudian dipanaskan diatas bunshen kemudian disaring (menjadi larutan persiapan untuk diuji anionnya), untuk membuktikan adanya ion Cl yang dominan maka larutan persiapan ditambah AgNO3 sehingga membentuk endapan kemudian ditambah larutan ammonia(NH3),jika endapan larut maka terbukti produk tersebut mengandung ion Cl yang dominan.
Jika AgNO3 yang berlebih maka endapan AgCl akan berjalan kearah ion positif Ag, endapan Ag dapat dibuktikan dengan produk yang diperoleh ditambah dengan HCl 6M kemudian disentifuge kemudian disaring, endapan yang diperoleh kemungkinan adalah Hg2Cl2,AgCl, atau PbCl2, untuk membuktikan produk tersebut adalah AgCl maka endapan yang didapat dipenangas kemudian ditambah NH4OH 6N kemudian dipanaskan dan disentrifuge kemudian ditambah Ag(NH3)2+, jika terdapat endapan maka itu adalah endapan AgCl yang menandakan terdapatnya ion Ag.
G.  KESIMPULAN :
Dari penambahan NaCl yang berlebih pada endapan AgCl maka dapat dibuktikan bahwa endapan AgCl lebih bergerak kearah Cl dengan munculnya endapan yang dapat larut pada larutan amoniak melalui cara kerja diatas. Dan jika penambahan berlebihnya pada AgNO3 maka reaksi berjalan kea rah kation Ag yang dibuktikan dengan terdapatnya endapan jika ditambah Ag(NH3)2+ melalui langkah kerja diatas.
H.  DAFTAR PUSTAKA
Harjadi, W. 1990. Ilmu Kimia Analitik Dasar (cetakan kedua). Jakarta: PT. Gramedia
Yazird, Estien. 2005. Kimia Fisika Untuk Paramedis. Jogja: ANDI.