Viskositas Dan Tenaga Pengaktifan Aliran 1

PRAKTIKUM IV VISKOSITAS DAN TENAGA PENGAKTIFAN ALIRAN I. TUJUAN 1. Menentukan viskositas cairan dengan metoda Ostwald. 2. Mempelajari pengaruh suhu terhadap viskositas cairan. II. LATAR BELAKANG TEORI Setiap fluida, gas atau cairan, memiliki suatu sifat yang dikenal sebagai viskositas, yaitu tahanan yang dilakukan suatu lapisan fluida terhadap suatu lapisan lainnya. Pada aliran laminer, fluida dalam pipa dianggap terdiri atas lapisan molekul-molekul yang bergerak satu di atas yang lainnya dengan kecepatan yang berbeda-beda. Profil kecepatan per lapisan ini berbentuk parabola dengan kecepatan paling tinggi terdapat pada lapisan di bagian tengah pipa (lihat gambar 1).

d R

r c Gambar 1

Profil kecepatan pada aliran laminer Gradien kecepatan antara 2 lapisan dengan jarak dr

Suatu lapisan pada jarak reaksi (dari sumbu pipa) yang bergerak dengan kecepatan tertentu c, gaya f yang diperlukan untuk mempertahankan beda kecepatan dc antara lapisan ini dan lapisan dr di atasnya diungkapkan sebagai :

(Persamaan 1) :

Dimana A adalah luas penampang pipa dan η adalah koefisien viskositas. Berdasarkan persamaan (1), satuan koefisien viskositas dalam satuan SI adalah Nm-2 det atau Pa det, sedangkan dalam satuan cgs adalah dyne cm -2 det atau poise. Kebalikan dari koefisien viskositas disebut fluiditas, yaitu Φ = 1/η yang merupakan ukuran kemudahan mengalir suatu fluida. Salah satu cara untuk menentukan viskositas suattu cairan ialah metode kapilerdari Poisseuille. Pada metode ini diukur waktu t yang diperlukan oleh sevolume tertentu cairan v1 untuk mengalir melalui pipa kapiler dibawah pengaruh tekanan penggerak pertemuan yang tetap. Dalam hal ini untuk cairan yang mengalir dengan aliran laminer, persamaan Poisseuille dinyatakan sebagai berikut: (Persamaan 2) :

Di mana R dan L masing-masing adalah jari-jari dan panjang pipa kapiler. Metoda Ostwald merupakan suatu variasi dari metoda Poisseuille. Prinsip dari metode ini dapat dipelajari dari gambar 2. sejumlah tertentu cairan dimasukkan ke dalam A, kemudian dengan cara menghisap atau meniup, cairan dibawa ke B, sampai melewati garis m. Selanjutnya cairan dibiarkan mengalir secara bebas dan waktu yang diperlukan untuk mengalir bebas dan waktu yang diperlukan untuk mengalir dari garis ke n diukur. Pada proses pengaliran melalui kapiler C, tekanan penggerak tidak tetap dan pada setiap saat sama dengan h.g.ρ, dengan h adalah beda tinggi permukaan cairan pada kedua reservoir alat, g adalah percepatan gravitasi dan ρ adalah rapat massa cairan (Tim Dosen Kimia Fisika, 2012). Metode ini ditentukan berdasarkan hukum Poisulle menggunakan alat viskometer oswaltd. Penetapannya dilakukan dengan jalan mengukur waktu yang

diperlukan untuk mengalirkan cairan dalam pipa kapiler dari a ke b. Sejumlah cairan yang akan diukur viskositasnya dimasukkan kedalam viskometer yang diletakkan pada thermostat. Cairan kemudian diisap degan pompa kedalam bola csampai diatas tanda a. Cairan dibiarkan mengalir kebawah dan waktu yang diperlukan dari a ke b dicatat menggunakan stowatch (Rosiana, 2009).

Gambar 2. Viskometer Ostwald

Karena pada metode ini selalu diperhatikan aliran cairan dari m ke n dan menggunakan viskometer yang sama, maka viskositas suatu cairan dapat ditentukan dengan membandingkan hasil pengukuran waktu t, rapat massa ρ cairan tersebut terhadap waktu to dan rapat massa ρo, cairan pembanding yang telah diketahui viskositasnya pada suhu pengukuran. Perbandingan viskositas kedua cairan dapat dinyatakan sebagai : (Persamaan 3) :

Dari persamaan (3), viskositas cairan dapat dihitung dengan merujuk pada viskositas cairan pembanding.

Viskositas cairan adalah fungsi dari ukuran dan permukaan molekul, gaya tarik antar molekul dan struktur cairan. Tiap molekul dalam cairan dianggap dalam kedudukan setimbang maka sebelum suatu lapisan molekul dapat melewati lapisan molekul lainnya diperlukan suatu energi tertentu. Sesuai dengan hukum distribusi Maxwell-Boltzmann, jumlah moleul yang memiliki energi yang diperlukan untuk mengalir dihubungkan dengan faktor eE/RT. Secara kuantitatif pengaruh suhu terhadap viskositas dinyatakan dengan persamaan empirik: (Persamaan 4) :

Atau

Dengan A adalah tetapan yang sangat bergantung pada massa moleul relatif dan volume molar cairan dan E adalah energi ambang per mol yang diperlukan untuk proses awal aliran. Untuk cairan tak terasosiasi, Batschinski mengemukakan persamaan empirik yang mengaitkan koefisien visositas dengan volume jenis pada suhu yang sama sebagai : (Persamaan 5) :

Atau

b dan c tetapan yang bergantung pada jenis zat cair dan v adalah jenis dalam cm3/g ditemukan bahwa tetapan b praktis identik dengan tetapan Van Der Waals cairan yang bersangkutan (Tim Dosen Kimia Fisika, 2012). Viskositas adalah salah satu sifat polimer yang sangat berpengaruh dalam pembentukan suatu membran, karena viskositas ini menggambarkan cepat atau lambatnya cairan tersebut mengalir. Dalam pembuatan membran serat berongga ada batasan viskositas larutan polimer minimal yang harus dimiliki oleh larutan yang akan dipintal ( Ahmad, 2007). Faktor- faktor yang mempengaruhi viskositas adalah sebagai berikut : a. Tekanan Viskositas cairan naik dengan naiknya tekanan, sedangkan viskositas gas tidak dipengaruhi oleh tekanan. b. Temperatur Viskositas akan turun dengan naiknya suhu, sedangkan viskositas gas naik dengan naiknya suhu. Pemanasan zat cair menyebabkan molekul-molekulnya memperoleh energi. Molekul-molekul cairan bergerak sehingga gaya interaksi antar molekul melemah. Dengan demikian viskositas cairan akan turun dengan c.

kenaikan temperatur. Kehadiran zat lain Penambahan gula tebu meningkatkan viskositas air. Adanya bahan tambahan seperti bahan suspensi menaikkan viskositas air. Pada minyak ataupun gliserin adanya penambahan air akan menyebabkan viskositas akan turun karena

gliserin maupun minyak akan semakin encer, waktu alirnya semakin cepat. d. Ukuran dan berat molekul Viskositas naik dengan naiknya berat molekul. Misalnya laju aliran alkohol cepat, larutan minyak laju alirannya lambat dan kekentalannya tinggi seta laju aliran lambat sehingga viskositas juga tinggi. e. Berat molekul Viskositas akan naik jika ikatan rangkap semakin banyak. f. Kekuatan antar molekul Viskositas air naik denghan adanya ikatan hidrogen, viskositas CPO dengan gugus OH pada trigliseridanya naik pada keadaan yang sama (Bird, 1993).

III. ALAT DAN BAHAN a. Alat-alat yang digunakan: 1.

Viskometer Ostwald

2.

Termostat

3.

Termometer 0-100ºC

4.

Pencatat waktu atau stopwatch

5.

Pipet ukur 25 ml

6.

Pipet filter

7.

Piknometer atau neraca westphal

b. Bahan-bahan yang digunakan: 1. Cairan yang akan ditentukan viskositasnya, yaitu: air sabun 5% dan alkohol 10% 2.

Air suling sebagai cairan pembanding IV. SKEMA KERJA

Viskometer

Pipet sejumlah tertentu cairan ke dalam reservoir A.

Catat waktu yang diperlukan cairan untuk mengalir dari m ke n. Lakukan pengerjaan ini beberapa kali.

Tentukan rapat massa cairan menggunakan piknometer.

Biarkan viskometer dan isinya dalam termostat selama 10 menit untuk mencapai suhu yang dikehendaki.

Dengan menghisap atau meniup bawa cairan ke B sampai sedikit di atas garis m.

Lakukan percobaan untuk cairtan pembanding menggunakan air suling dengan viskometer yang sama

V. HASIL DAN PEMBAHASAN No . 1 2 3 4 5

No . 1 2 3 4 5

T

tair

30

78.

3 30

6 75

8 31

69.

3 31

6 66.

8 32

6 62.

3

4

T

tair

30

78.

3 30

6 75

8 31

69.

3 31

6 66.

8 32

6 62.

3

4

talkohol

air

alkohol

air

alkohol

1/T

log alkohol

76.8

0.998

0.988

0.00080

0.000774

0.003300

-3.11134

69

0.998

0.988

0.000725

0.000660

0.003247

-3.18025

58.8

0.998

0.988

0.00065

0.000544

0.003195

-3.26469

50.4

0.998

0.988

0.00060

0.000449

0.003145

-3.34727

43.2

0.998

0.988

0.00055

0.000377

0.003096

-3.42371

tsabun

air

sabun

air

sabun

1/T

log sabun

96

0.998

0.999

0.00080

0.000978

0.003300

-3.00963

90

0.998

0.999

0.000725

0.000871

0.003247

-3.06005

81

0.998

0.999

0.00065

0.000757

0.003195

-3.12078

75.6

0.998

0.999

0.00060

0.000682

0.003145

-3.16637

66.6

0.998

0.999

0.00055

0.000588

0.003096

-3.23091

Percobaan viskositas cairan ini bertujuan untuk mengetahui kekentalan zat cair dengan metode ostwalt dan untuk menyelidiki pengaruh suhu terhadap kekentalan zat cair. Prinsipnya adalah membandingkan viskositas fluida dengan cairan pembanding, disini yang bertindak sebagai cairan pembanding adalah aquades. Alasan digunakan akuades karena viskositas aquades sudah ada standar satuannya.

Prinsip dari metode oswald adalah sejumlah tertentu cairan dimasukkan ke dalam A, kemudian dengan cara mengisap atau meniup cairan dibawa ke B, sampai melewati garis m. Selanjutnya cairan dibiarkan mengalir secara bebas dan diukur waktu yang diperlukan untuk mengalir dari garis m ke n. Viskositas menunjukkan kekentalan suatu bahan yang diukur dengan menggunakan alat viskometer. Semakin tinggi viskositas suatu bahan maka bahan tersebut akan semakin stabil karena pergerakan partikel cenderung sulit dengan semakin kentalnya suatu bahan. Nilai viskositas berkaitan dengan kestabilan emulsi suatu bahan yang artinya berkaitan dengan nilai stabilitas emulsi bahan. Viskositas atau kekentalan dari suatu cairan adalah salah satu sifat cairan yang menentukan besarnya perlawanan terhadap gaya geser. Viskositas terjadi terutama karena adanya interaksi antara molekul-molekul cairan. Suatu cairan dimana viskositas dinamiknya tidak tergantung pada temperatur, dan tegangan gesernya proposional (mempunyai hubungan liniear) dengan gradien kecepatan dinamakan suatu cairan Newton. Perilaku viskositas dari cairan ini adalah menuruti Hukum Newton untuk kekentalan. Berat Jenis (specific weight) dari suatu benda adalah besarnya gaya grafitasi yang bekerja pada suatu massa dari suatu satuan volume, oleh karena itu berat jenis dapat didefinisikan sebagai: berat tiap satuan volume. Pada percobaan ini pertama-tama dilakukan pengukuran massa jenis masing-masing zat yang akan dicobakan, yaitu aquades, alkohol 10%, dan air sabun 5%. Dari hasil perhitungan didapat massa jenis dari aquades adalah 0.998 gram/mL, massa jenis alkohol 10% adalah 0.988 gram/mL, dan massa jenis air sabun 0.999 gram/mL. Pada percobaan selanjutnya, zat cair yang telah ditentukan massa jenisnya dimasukkan ke dalam viskometer dengan mengusahakan agar tidak ada gelembung dalam viskometer. Hal ini bertujuan agar aliran laminar tidak terganggu oleh adanya gelembung yang akan mengakibatkan waktu yang diperoleh tidak sesuai dengan waktu yang seharusnya.

-2.9 -3

0

-3.1 log  -3.2

0

0

0

0

0

0

f(x) = 1549.02x - 8.22 R² = 1

-3.3 -3.4 -3.5 1/T

Gambar 3. Grafik hubungan log  alkohol dengan 1/T -2.85 -2.9 0

0

0

0

0

0

0

-2.95 -3 log  -3.05 -3.1

f(x) = 1073.77x - 6.55 R² = 1

-3.15 -3.2 -3.25 1/T

Gambar 3. Grafik hubungan log  air sabun dengan 1/T Dari hasil analisis di atas, diperoleh bahwa air sabun 5% memiliki koefisien viskositas lebih tinggi dibandingkan aquades dan alkohol 10%, dan alkohol 10% memiliki viskositas lebih rendah dibandingkan aquades dan air sabun 5 %. Selain itu dapat pula diketahui bahwa semakin tinggi suhu larutan, maka koefisien viskositas semakin menurun. Hal ini karena pada suhu tinggi, gerakan partikel dalam larutan lebih cepat sehingga viskositasnya menurun. Pada percobaan ini kita menggunakan aquades sebagai pembanding. Hal ini dilakukan karena aquades sudah memiliki ketetapan untuk nilai viskositasnya Hasil yang didapat dari grafik yaitu semakin semakin tinggi suhu larutan, maka koefisien viskositas semakin menurun. Hal ini karena pada suhu tinggi, gerakan partikel dalam larutan lebih cepat sehingga viskositasnya menurun. Molekul semakin merapat sehingga molekul-molekul pada tiap bahan berkumpul dan menyebabkan massa memadat

karena suhu yang digunakan kecil. Selain itu juga terjadi interaksi di antara molekul-molekul zat yang melibatkan ikatan hidrogen yang menyebabkan jarak antar molekul juga semakin kecil. Percobaan ini menggunakan metode Oswald. M etode Ostwald yang diukur adalah waktu yang diperlukan oleh sejumlah tertentu cairan untuk mengalir melalui pipa kapiler dengan gaya yang disebabkan oleh berat cairan itu sendiri. Disini juga dapat ditentukan hubungan waktu alir terhadap viskositas. Semakin lama waktu alir maka viskositas semakin kecil. Jadi dapat dikatakan bahwa semakin encer suatu zat cair maka waktu alirnya akan semakin lama. Dari perhitungan yang dilakukan dapat dibuktikan bahwa semakin banyak waktu yang diperlukan oleh suatu cairan untuk mengalir, maka viskositas cairan tersebut semakin besar pula. Hal ini berarti waktu yang diperlukan oleh suatu cairan untuk mengalir sebanding atau berbanding lurus dengan viskositasnya. Dari grafik diperoleh grafik data yang linier. Pada percobaan yang dilakukan, didapatkan nilai Ea dari air sabun 5% sebesar 8.920922 kJ/mol dan nilai ln A yaitu -6.549. Sedangkan nilai Ea dari alkohol 10% sebesar 12.878386

kJ/mol dan nilai ln A

yaitu -8.216. VI. KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan : 1.

Viskometer Ostwald dapat digunakan untuk menentukan viskositas cairan. Viskositas alkohol 10% : Pada suhu 30C = 0.000774 N detik/m2 Pada suhu 35C = 0.000660 N detik/m2 Pada suhu 40C = 0.000544 N detik/m2 Pada suhu 45C = 0.000449 N detik/m2 Pada suhu 50C = 0.000377 N detik/m2 Viskositas air sabun 5% : Pada suhu 30C = 0.000978 N detik/m2 Pada suhu 35C = 0.000871 N detik/m2 Pada suhu 40C = 0.000757 N detik/m2 Pada suhu 45C = 0.000682 N detik/m2 Pada suhu 50C = 0.000588 N detik/m2

2. Viskositas suatu larutan dipengaruhi oleh suhu, semakin tinggi suhu larutan tersebut maka harga viskositas dari larutan tersebut semakin kecil begitu pula sebaliknya. 3. Semakin tinggi tingkat viskositas suatu zat cair maka energi pengaktifan akan semakin kecil sehingga akan memperlambat aliran dari zat tersebut, tetapi jika semakin rendah viskositas suatu zat cair maka energi pengaktifannya semakin besar dan akan mempercepat aliran. Saran : 1. Praktikan hendaknya melakukan persiapan secara matang. 2.

Praktikan lebih teliti dalam melakukan pengamatan.

3.

Alat yang digunakan sesuai dengan standar.

VII. DAFTAR PUSTAKA Ahmad, S. 2007. “Mempelajari Hubungan antara Viskositas Larutan Dope dan Karakteristik Membran Serat Berongga”. LIPI. Bandung Bird, Tony. 1993. Kimia Fisik untuk Universitas. Jakarta : PT Gramedia. Rosiana, H. 2009. “ Analisis Viskositas Sukardjo. 2003. “Kimia Fisika”. Rineka Cipta. Jakarta. Tim Dosen Kimia Fisika. 2012. Diktat Petunjuk Praktikum Kimia Fisik.Semarang : FMIPA UNNES.

Mengetahui,

Semarang, 14 November 2012

Dosen Pengampu

Praktikan,

Ir. Sri Wahyuni, M.Si

Helivia Elvandari

NIP

NIM. 4301410013

JAWABAN PERTANYAAN 1. Bilangan Reynold adalah bilangan tidak berdimensi NR

NR = Hubungan bilangan Reynold dengan aliran laminer bahwa aliran suatu fluida laminer (non turbulen) dipengaruhi oleh bilangan Reynold. Bila V suatu fluida menjadi cukup besar, maka aliran laminer rusak dan turbulensi terjadi. 2. Cara lain untuk menentukan viskositas yaitu dengan metode kapiler oleh sevolume tertentu cairan V1 untuk mengalir melalui pipa kapiler di bawah tekanan penggerak pertemuan yang tetap. Dapat dinyatakan sebagai berikut.

LAMPIRAN Tabel pengamatan 1 Suhu (C) 30 35 40 45 50 Nama

t1

t2

t3

1.31 1.24 1.16 1.12 1.05

1.32 1.26 1.16 1.11 1.05 Air

1.3 1.25 1.16 1.1 1.02

Zat

Tabel pengamatan 2

Waktu Alir (menit) t4 t5 t6 1.61 1.5 1.35 1.26 1.1

1.61 1.58 1.48 1.52 1.36 1.34 1.27 1.25 1.11 1.12 Air sabun 5%

t7 1.27 1.13 0.98 0.86 0.73

t9 1.29 1.28 1.17 1.15 0.98 0.98 0.83 0.83 0.73 0.7 Alkohol 10%

No . 1 2 3 4 5

T

tair

30

78.

3 30

6 75

8 31

69.

3 31

6 66.

8 32

6 62.

3

4

talkohol

air

alkohol

air

alkohol

1/T

log alkohol

76.8

0.998

0.988

0.00080

0.000774

0.003300

-3.11134

69

0.998

0.988

0.000725

0.000660

0.003247

-3.18025

58.8

0.998

0.988

0.00065

0.000544

0.003195

-3.26469

50.4

0.998

0.988

0.00060

0.000449

0.003145

-3.34727

43.2

0.998

0.988

0.00055

0.000377

0.003096

-3.42371

tsabun

air

sabun

air

sabun

1/T

log sabun

96

0.998

0.999

0.00080

0.000978

0.003300

-3.00963

90

0.998

0.999

0.000725

0.000871

0.003247

-3.06005

81

0.998

0.999

0.00065

0.000757

0.003195

-3.12078

75.6

0.998

0.999

0.00060

0.000682

0.003145

-3.16637

66.6

0.998

0.999

0.00055

0.000588

0.003096

-3.23091

Tabel pengamatan 3 No . 1 2 3 4 5

T

tair

30

78.

3 30

6 75

8 31

69.

3 31

6 66.

8 32

6 62.

3

4

 Menghitung ρ larutan 

Mencari ρ air Massa piknometer kosong

= 19.9261 gram

Massa piknometer + air

= 44.8845 gram

Massa air (m)

= 24.9584 gram

ρ air

=

ρ air 

=

= 0.998 gram/mL

Mencari ρ air sabun 5% Massa piknometer kosong

= 19.9261 gram

Massa piknometer + air sabun = 44.8951 gram



Massa air sabun (m)

= 24.9690 gram

ρ air sabun

=

ρ air sabun

=

= 0.999 gram/mL

Mencari ρ alkohol 10% Massa piknometer kosong

= 19.9261 gram

Massa piknometer + alkohol

= 44.6260 gram

Massa alkohol

= 24.6999 gram

(m)

ρ alkohol

=

ρ alkohol

=

 Menghitung viskositas larutan Rumus viskositas relatif

 Viskositas air

= 0.988 g/mL

Berdasaran literatur, viskositas air pada suhu:



30ºC

= 0,0080 dyne detik/cm2

= 0,00080 N detik/m2

35ºC

= 0,0080 dyne detik/cm2

= 0,000725 N detik/m2

40ºC

= 0,0065 dyne detik/cm2

= 0,00065 N detik/m2

45ºC

= 0,0080 dyne detik/cm2

= 0,00060 N detik/m2

50ºC

= 0,0055 dyne detik/cm2

= 0,00055 N detik/m2

Viskositas alkohol 10% Pada suhu 30ºC =

76.8 x 0.988 x 0.00080 = 0.000774 N detik/m2 78.6 x 0.998

Pada suhu 35ºC =

69 x 0.988 x 0.000725 = 0.000660 N detik/m2 75 x 0.998

Pada suhu 40ºC =

58.8 x 0.988 x 0.00065 = 0.000544 N detik/m2 69.6 x 0.998

Pada suhu 45ºC =

50.4 x 0.988 x 0.00060 = 0.000449 N detik/m2 66.6 x 0.998

Pada suhu 50ºC =



43.2 x 0.988 x 0.00055 = 0.000377 N detik/m2 62.4 x 0.998

Viskositas air sabun 5% Pada suhu 30ºC =

96 x 0.988 x 0.00080 = 0.000978 N detik/m2 78.6 x 0.999

Pada suhu 35ºC

=

90 x 0.988 x 0.000725 = 0.000871 N detik/m2 75 x 0.999

Pada suhu 40ºC =

81 x 0.988 x 0.00065 = 0.000757 N detik/m2 69.6 x 0.999

Pada suhu 45ºC =

50.4 x 0.988 x 0.00060 = 0.000682 N detik/m2 75.6 x 0.999

Pada suhu 50ºC =

43.2 x 0.988 x 0.00055 = 0.000588 N detik/m2 66.6 x 0.999

 Perhitungan Ea  Kurva alkohol 10% Dari kurva diperoleh persamaan y = 1549x - 8.216 ( y = mx + b ) m = 1549

Maka m = Ea/R Ea = m x R = 1549 x 8,314 = 12878.386 J/mol =12.878386 kJ/mol B = intercept = ln A = -8.216  Kurva air sabun 5% Dari kurva diperoleh persamaan y = 1073x - 6.549 ( y = mx + b ) m = 1073

Maka m = Ea/R Ea = m x R = 1073 x 8,314 = 8920.922 J/mol = 8.920922 kJ/mol B = intercept = ln A = -6.549