2.6 Tegangan Permukaan dan Surfaktan
Tegangan pemukaan η suatu cairan dapat didefinisikan banyaknya kerja yang dibutukan untuk memperluas permukaaan cairan persatu satuan luas. Molekul yang
ada didalam cairan akan mengalami gaya tarik menarik gaya Van Der Waals yang sama besarnya kesegala arah. Namun molekul pada permukaaan cairan akan
mengalami resultan gaya yang mengarah kedalam cairan itu sendiri karena tidak ada lagi molekul diatas permukaan dan akibatnya luas permukaan cairan cenderung untuk
menyusut. Pengukuran tegangan permukaan dengan metode cincin du Nouy didasarkan atas penentuan gaya yang dibutuhkan untuk mengangkat cincin platina
atau iridium dari permukaan cairan. Gaya ini diukur dengan jalan mencelupkan cincin yang digantung pada lengan neraca dan perlahan-lahan mengangkatnya sampai cincin
tersebut meninggalkan cairan. Metode ini tidak hanya dapat digunakan untuk mengukur tegangan permukaan cairan udara, tetapi juga digunakan untuk mengukur
tegangan antar muka cairan-cairan seperti tegangan antar muka minyak-air, kloroform-air.. Gaya yang dibutuhkan untuk mengangkat cincin dari permukaan
cairan dapat dihitung dari persamaan : Gaya = 4πRɤ
Dengan R adalah jari-jari cincin. Keliling 2 πR harus dikalikan dua mengingat
bahwa ada batas dalam dan batas luar antara cairan dan kawat. Perumusan tensiometer du Nouy ditulis dalam persamaan :
skala yang terbaca 2 x keliling lingkaran
x Faktor koreksi =
η
Faktor koreksi diperoleh dengan menghitung nilai tegangan permukaan teori air 72,75 dynecm dibagikan dengan tegangan permukaan air praktek Tony, 1993.
Surfaktan merupakan suatu molekul dengan rantai hidrokarbon panjang dengan gugus ujung bersifat polar atau ionik. Bagian rantai hidrokarbon dari molekul
ini bersifat hidrofobik dan larut dalam cairan non polar, sedangkan gugus ujung polarionik bersifat hidrofilik dan larut dalam air. Berdasarkan klasifikasinya
surfaktan dapat dibagi menjadi dua kelompok bagian yaitu surfaktan yang larut dalam minyak dan surfaktan yang larut dalam air. Struktur molekul surfaktan terdiri atas dua
bagian, yaitu,bagian ”kepala” dan bagian “ekor”. Bagian “kepala” berupa molekul
Universitas Sumatera Utara
yang bersifat terlarut dalam air namun tidak dapat larut dalam minyak, disebut bagian hidrofilik. Bagian kepala dapat berupa anion, kation atau non ionik. Bagian ”ekor”
berupa rantai hidrokarbon yang bersifat larut dalam minyak namun tidak larut dalam air dan disebut sebagai bagian hidrofobik. Apabila terdapat kotoran yang mengandung
minyak, surfaktan akan mengelilingi kotoran. Bagian yang bermuatan akan terdapat dipermukaan kotoran sehingga menyebabkan kotoran menjadi bermuatan Fessenden
dan Fessenden, 1999.
Surfaktan adalah senyawa yang dapat menurunkan tegangan permukaan airlarutan. Aktivitas surfaktan diperoleh karena memiliki sifat ganda dari molekulnya.
Molekul surfaktan memiliki sifat polar gugus hidrofilik dapat dengan mudah larut didalam air dan sifat non polar gugus hidrofobik yang mudah larut dalam minyak.
Jika proses interaksi dengan fasa air lebih kuat dibandingkan dengan fasa minyak, hal ini menunjukkan bahwa jumlah gugus hidrofiliknya lebih banyak. Sebagai akibatnya,
tegangan permukaan air akan menjadi lebih rendah sehingga dengan mudah menyebar dan menjadi fasa kontinu. Demikian sebaliknya, jika interaksi dengan fasa minyak
lebih kuat dibandingkan dengan fasa air, yang diakibatkan oleh jumlah gugus hidrofobik yang lebih banyak sehingga akan mengakibatkan tegangan permukaaan
minyak menjadi lebih rendah dan dengan mudah menyebar dan menjadi kontinu. Bila penambahan surfaktan melebihi konsentrasi kritis tertentu, maka surfaktan akan
mengalami agregasi dan mebentuk struktur misel. Penambahan surfaktan tersebut tidak akan mempengaruhi tegangan permukaan walaupun konsentrasi surfaktan terus
ditingkatkan. Konsentrasi kritis terbentuknya misel ini disebut sebagai Critical Consentration Micelle CMC. Tegangan permukaan akan menurun hingga CMC
tercapai. Penambahan konsentrasi surfaktan lebih tinggi dari CMC tidak akan menurunkan tegangan permukaan, yang menunjukkan bahwa permukaan cairan telah
menjadi jenuh, dimana misel tidak terbentuk dan berada dalam kesetimbangan dinamis dengan monomernya Genaro, 1990.
Critical Micelle Concentration atau CMC merupakan salah satu sifat penting surfaktan yang menunjukkan batas konsentrasi kitis surfaktan dalam suatu larutan.
Diatas konsentrasi tersebut akan terjadi pembentukan misel atau agregat. Pada prakteknya kemampuan optimum surfaktan ditetapkan disekitar harga CMC.
Universitas Sumatera Utara
Penggunaan banyaknya surfaktan yang jauh diatas harga CMC-nya mengakibatkan terjadinya emulsi balik, disamping itu juga secara ekonomis tidak menguntungkan.
Cara yang umum untuk menetapkan CMC adalah dengan mengukur tegangan permukaan atau tegangan antar muka larutan surfaktan sebagai fungsi dari
konsentrasi. Makin tinggi konsentrasi surfaktan menyebabkan tegangan antar muka makin rendah sampai mencapai suatu konsentrasi dimana tegangan antar muka
konstan. Batas awal konsentrasi mulai konstan disebut CMC. Adsorpsi surfaktan pada permukaan tergantung konsentrasinya Porter, 1994. Pada konsentrasi yang
sangat rendah, molekul-molekul bergerak bebas dan dapat berjajar datar diatas permukaan. Dengan meningkatnya konsentrasi, maka jumlah molekul surfaktan diatas
permukaan juga meningkat. Harga CMC dari surfaktan dapat dihitung dari penurunan tegangan permukaan versus log konsentrasi Opawale dan Burges, 1998.
Berdasarkan gugus hidrofiliknya, surfaktan diklasifikasikan menjadi 4 golongan yaitu Rosen,1978 :
a. Surfaktan anionik
- Jenis surfaktan yang paling besar
- Tidak bereaksi dengan jenis surfaktan lain
- Sensitif terhadap air sadah atau hard water. Derajat sensitifitasnya : asam
karboksilat pospat sulfat sulfonat. -
Rantai pendek polioksietilen antara gugus anionik dan hidrokarbon meningkatkan kemampuan untuk bereaksi terhadap garam.
- Rantai pendek polioksipropilen antara gugus anionik dan hidrokarbon
meningkatkan kelarutan dalam pelarut organik. -
Jenis sulfat mudah terhidrolisa oleh asam-asam dalam proses autokatalitik. Contohnya adalah
- Sabun karboksilat
RCOO -
Sulfonat RSO
- 3
- Sulfat
RO SO
- 3
- Phospat
ROPOOH
- 2
O
b. Surfaktan kationik