1. Tegangan Permukaan
Terbentuknya tegangan permukaan pada suatu cairan disebabkan karena adanya gaya tarik menarik antara molekul-molekul pada cairan
dengan udara Durrant, 1953. Gaya tarik-menarik antara molekul-molekul pada cairan lebih besar daripada terhadap gas. Resultan gaya yang terjadi
pada molekul-molekul di permukaan cenderung menggerakkan molekul- molekul tersebut menuju bagian pusat cairan sehingga menyebabkan
cairan berperilaku membentuk lapisan tipis. Gaya tersebut dihitung sebagai tegangan permukaan.
Definisi tegangan permukaan juga dikemukakan oleh Bird et al. 1983 sebagai suatu fenomena dari adanya ketidakseimbangan antara
gaya-gaya yang dialami oleh molekul-molekul yang berada di permukaan. Akibat dari ketidakseimbangan gaya tersebut, maka molekul pada
permukaan cenderung meninggalkan permukaan masuk ke dalam cairan sehingga permukaan cenderung menyusut. Apabila molekul dalam cairan
akan pindah ke permukaan untuk memperluas permukaan, maka dibutuhkan usaha untuk mengatasi gaya tarik menarik antar molekul
tersebut. Tegangan permukaan didefinisikan sebagai entalpi permukaan bebas
per unit area dan gaya dalam permukaan suatu cairan untuk meminimalkan area dari permukaan tersebut. Ketika mengukur tegangan permukaan
berarti mengukur energi bebas antar muka per unit area batas permukaan antara cairan dan udara di atasnya. Umumnya, tegangan permukaan
dinyatakan dalam satuan dynecm atau mNM OECD, 1995. Hasil pengukuran tegangan permukaan menunjukkan nilai 64
dynecm pada pengukuran kondisi laju alir reaktan 0,8; 0,9; dan 1,0 kgjam dan 68 dynecm pada pengukuran kondisi laju alir reaktan 1,1
kgjam. Setelah dilakukan penambahan MESA, nilai tegangan permukaan yang didapat sebesar 33,85 dynecm sampai 37,20 dynecm. Hal ini
menunjukkan bahwa dengan penambahan MESA sebanyak 10 vv mampu mengurangi tegangan permukaan air dalam rentang 41,87-50,22.
Besar penurunan yang hampir serupa juga diperoleh dari penelitian Pore
1993 yang mendapatkan nilai penurunan tegangan permukaan sebesar 44,17 hingga 45,83.
Gambar 10. Grafik hubungan pengaruh laju alir reaktan SO
3
dan suhu proses sulfonasi terhadap nilai tegangan permukaan
Nilai tegangan permukaan cenderung menurun dengan peningkatan laju alir reaktan dan suhu reaksi. Hal ini disebabkan karena semakin tinggi
laju alir reaktan memperbesar kemungkinan tumbukan antar partikel zat yang akan bereaksi. Dengan demikian kemungkinan terjadinya reaksi juga
akan semakin besar. Dalam proses sulfonasi ini, reaksi yang diharapkan adalah terikatnya gugus sulfonat dari SO
3
pada atom karbon metil ester. Semakin besar terikatnya gugus sulfonat akan meningkatkan jumlah gugus
hidrofilik dari MES. Gugus hidrofilik ini akan menurunkan gaya kohesi dari molekul air sehingga mampu menurunkan tegangan permukaan.
Suhu juga memberikan pengaruh terhadap penurunan nilai tegangan permukaan. Segel 1993 mengatakan bahwa peningkatan suhu akan
menyebabkan pada peningkatan jumlah energi bagi molekul reaktan sehingga tumbukan antar molekul per waktu lebih produktif. Oleh karena
itu, semakin besar suhu reaksi maka akan meningkatkan jumlah gugus hidrofilik sehingga kemampuan untuk menurunkan nilai tegangan
permukaan juga semakin baik. Pengaruh dari berbagai perlakuan terhadap penurunan tegangan
permukaan dapat dihitung dengan menggunakan analisis sidik ragam menggunakan rancangan percobaan acak lengkap faktorial. Hasil analisis
sidik ragam menunjukkan adanya pengaruh laju alir reaktan X dan suhu reaksi Y terhadap nilai tegangan permukaan. Pada selang kepercayaan
95 α=0,05, suhu reaksi dan laju alir reaktan memberikan pengaruh
yang sangat signifikan terhadap penurunan nilai tegangan permukaan. Akan tetapi interaksi antara laju alir reaktan dan suhu reaksi XY tidak
memberikan pengaruh yang signifikan terhadap penurunan nilai tegangan permukaan.
Hasil uji lanjut Duncan terhadap faktor suhu reaksi menunjukkan bahwa suhu reaksi 100°C dan 120°C tidak berbeda nyata tetapi berbeda
nyata dengan suhu 80°C. Hasil uji lanjut Duncan terhadap faktor laju alir reaktan menunjukkan bahwa masing-masing laju alir reaktan SO
3
0,8; 0,9; 1,0; 1,1 kgjam berbeda nyata satu sama lain terhadap nilai tegangan
permukaan. Hasil uji sidik ragam dan uji lanjut Duncan terhadap nilai tegangan permukaan dapat dilihat pada Lampiran 5.
Kondisi proses yang mampu menurunkan nilai tegangan permukaan paling rendah ditunjukkan oleh laju alir reaktan gas SO
3
1,1 kgjam dan suhu reaksi 120°C. Pada kondisi ini, MESA yang dihasilkan mampu
menurunkan tegangan permukaan air dari 68 dynecm hingga 33,85 dynecm atau ekuivalen dengan penurunan sebesar 50,22. Tegangan
permukaan akan semakin menurun dengan semakin banyak molekul surfaktan yang terbentuk Cox et al., 1997. Nilai tegangan permukaan
paling tinggi terdapat pada suhu reaksi 80°C dan laju alir reaktan 0,8 kgjam. Hal ini diduga karena pada kondisi tersebut proses sulfonasi masih
belum sempurna sehingga belum banyak gugus hidrofilik yang terbentuk.
2. Tegangan Antar Muka
Kategori