Menentukan Kekentalan Relatif Zat Cair d
A. Judul Percobaan: Menentukan Kekentalan Relatif Zat Cair dengan Viskometer Ostwald
B. Waktu Percobaan: Senin, 26 maret 2012
C. Tujuan Percobaan:
1. Melatih cara menggunakan viskometer Ostwald dengan benar
2. Menentukan sifat-sifat molekul
3. Menyelidiki angka kental relatif suatu zat cair dengan menggunakan air sebagai
pembanding
D. Dasar Teori
Viskositas (kekentalan) berasal dari perkataan Viscous (Soedojo, 1986). Suatu
bahan apabila dipanaskan sebelum menjadi cair terlebih dulu menjadi viscous yaitu
menjadi lunak dan dapat mengalir pelan-pelan. Viskositas dapat dianggap sebagai gerakan
di bagian dalam (internal) suatu fluida (Sears & Zemansky, 1982).
Viskositas diartikan sebagai resistensi atau ketidakmauan suatu bahan untuk
mengalir yang disebabkan karena adanya gesekan atau perlawanan suatu bahan terhadap
deformasi atau perubahan bentuk apabila bahan tersebut dikenai gaya tertentu (Kramer,
1996). Viskositas secara umum dapat juga diartikan sebagai suatu tendensi untuk
melawan aliran cairan karena internal friction atau resistensi suatu bahan untuk
mengalami deformasi bila bahan tersebut dikenai suatu gaya (Lewis, 1987).
Viskositas biasanya berhubungan dengan konsistensi yang keduanya merupakan
sifat kenampakan (appearance property) yang berhubungan dengan indera perasa.
Konsistensi dapat didefinisikan sebagai ketidakmauan suatu bahan untuk melawan
perubahan bentuk (deformasi) bila suatu bahan mendapat gaya gesekan (sheering fore).
Gesekan yang timbul sebagai hasil perubahan bentuk cairan yang disebabkan karena
adanya resistensi yang berlawanan yang diberikan oleh cairan tersebut dinamakan gaya
irisan (sheering stress). Jika tenaga diberikan pada suatu cairan, tenaga ini akan
menyebabkan suatu bentuk atau deformasi. Perubahan bentuk ini disebut sebagai aliran
(Lewis, 1987).
Viskositas fluida dilambangkan dengan symbol η . Jadi tingkat kekentalan suatu
fluida dinyatakan oleh koefisien viskositas fluida tersebut. Secara matematis, koofisien
viskositas bisa dinyatakan dengan persamaan. Untuk membantu menurunkan persamaan,
kita meninjau gerakan suatu lapisan tipis fluida yang ditempatkan di antara dua pelat
sejajar.
Lapisan fluida tipis ditempatkan di antara 2 pelat. Gaya adhesi bekerja antara pelat
dan lapisan fluida yang nempel dengan pelat (molekul fluida dan molekul pelat saling
tarik menarik). Sedangkan gaya kohesi bekerja di antara selaput fluida (molekul fluida
saling tarik menarik).
Mula-mula pelat dan lapisan fluida diam (gambar 1). Setelah itu pelat yang ada di
sebelah atas ditarik ke kanan (gambar 2). Pelat yang ada di sebelah bawah tidak ditarik
(pelat sebelah bawah diam). Besar gaya tarik diatur sedemikian rupa sehingga pelat yang
ada di sebelah atas bergeser ke kanan dengan laju tetap (v tetap). Karena ada gaya adhesi
yang bekerja antara pinggir pelat dengan bagian fluida yang menempel dengan pelat,
maka fluida yang ada di sebelah bawah pelat juga ikut bergeser ke kanan. Karena ada
gaya kohesi antara molekul fluida, maka fluida yang bergeser ke kanan menarik yang ada
di sebelah bawah. Sedangkan yang ada di sebelah bawah juga ikut bergeser ke kanan,
begitu seterusnya.
Pelat yang ada di sebelah bawah diam, karena itu bagian fluida yang menempel
dengan pelat tersebut juga ikut diam (ada gaya adhesi). Fluida yang menempel dengan
pelat menahan fluida yang ada di sebelah atas. Fluida yang ada di sebelah atas juga
menahan fluida yang ada di sebelah atas, demikian seterusnya.
Karena bagian fluida yang berada di sebelah atas menarik fluida sebelah bawah
menahan fluida yang ada di sebelah atas, maka laju fluida tersebut bervariasi. Bagian
fluida yang berada di sebelah atas bergerak dengan laju (v) yang lebih besar, sedangkan
yang berada di sebelah bawah bergerak dengan v yang lebih kecil, demikian seterusnya.
Jadi makin ke bawah v makin kecil. Dengan kata lain, kecepatan lapisan fluida
mengalami perubahan secara teratur dari atas ke bawah sejauh l (lihat gambar 2).
Sebuah bola padat memiliki rapat massa ρb dan berjari-jari r dijatuhkan tanpa
kecepatan awal ke dalam fluida kental memiliki rapat massa ρ f, di mana ρb > ρf Telah
diketahui bahwa bola mula-mula mendapat percepatan gravitasi, namun beberapa saat
setelah bergerak cukup jauh bola akan bergerak dengan kecepatan konstan. Kecepatan
yang tetap ini disebut kecepatan akhir VT atau kecepatan terminal yaitu pada saat gaya
berat bola sama dengan gaya apung ditambah gaya gesekan fluida. Gambar 3
menunjukkan sistem gaya yang bekerja pada bola kelereng yakni FA = gaya Archimedes,
FS = gaya Stokes, dan W= mg = gaya berat kelereng.
Gambar 3. Gaya yang Bekerja Pada Saat Bola
Dengan Kecepatan Tetap.
Jika saat kecepatan terminal telah tercapai, pada Gambar 1 berlaku prinsip
Newton tentang GLB (gerak lurus beraturan), yaitu Persamaan (2).
FA + FS = W
(2)
Jika ρb menyatakan rapat massa bola, ρf menyatakan rapat massa fluida, dan Vb
menyatakan volume bola, serta g gravitasi bumi, maka berlaku Persamaan (3) dan (4).
W = ρb.Vb.g
(3)
FA = ρf .Vb.g
(4)
Rapat massa bola ρb dan rapat massa fluida ρf dapat diukur dengan menggunakan
Persamaan (5) dan (6).
dengan mgu menyatakan massa gelas ukur, mf massa fluida, Vf volume fluida.
Dengan mensubstitusikan Persamaan (3) dan (4) ke dalam Persamaan (2) maka
diperoleh Persamaan (7).
FS = Vbg (ρb - ρf)
(7)
Dengan mensubstitusikan Persamaan (1) ke dalam Persamaan (7) diperoleh Persamaan
(8).
Perubahan kecepatan lapisan fluida (v) dibagi jarak terjadinya perubahan (l) =
v / l. v / l dikenal dengan julukan gradien kecepatan. Pelat yang berada di sebelah atas
bisa bergerak karena ada gaya tarik (F). Untuk fluida tertentu, besarnya Gaya tarik yang
dibutuhkan berbanding lurus dengan luas fluida yang menempel dengan pelat (A), laju
fluida (v) dan berbanding terbalik dengan jarak l. Secara matematis, dapat ditulis
sebagai berikut:
Fluida yang lebih cair biasanya lebih mudah mengalir, sebaliknya fluida yang
lebih kental lebih sulit mengalir. Tingkat kekentalan fluida dinyatakan dengan koofisien
viskositas, jika fluida makin kental maka gaya tarik yang dibutuhkan juga makin besar.
Dalam hal ini, gaya tarik berbanding lurus dengan koofisien kekentalan. Secara
matematis bisa ditulis sebagai berikut:
Keterangan :
Satuan Sistem Internasional (SI) untuk koofisien viskositas adalah Ns/m 2 = 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,
Jean Louis Marie Poiseuille.
Viskositas suatu bahan dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu (Bambang Kartika,
1990):
1. Suhu
Viskositas berbanding terbalik dengan suhu. Jika suhu naik maka viskositas akan
turun, dan begitu pula sebaliknya. Hal ini disebabkan karena adanya gerakan partikelpartikel cairan yang semakin cepat apabila suhu ditingkatkan dan menurun
kekentalannya.
2. Konsentrasi larutan
Viskositas berbanding lurus dengan konsentrasi larutan. Suatu larutan dengan
konsentrasi tinggi akan memiliki viskositas yang tinggi pula, karena konsentrasi
larutan menyatakan banyaknya partikel zat yang terlarut tiap satuan volume. Semakin
banyak partikel yang terlarut, gesekan antar partikel semakin tinggi dan viskositasnya
semakin tinggi pula.
3. Berat molekul solute
Viskositas berbanding lurus dengan berat molekul solute, karena dengan
adanya solute yang berat akan menghambat atau memberi beban yang berat pada
cairan sehingga akan menaikkan viskositasnya.
4. Tekanan
Viskositas berbanding lurus dengan tekanan, karena semakin besar
tekanannya, cairan akan semakin sulit mengalir akibat dari beban yang dikenakannya.
Viskositas akan bernilai tetap pada tekanan 0-100 atm.
Pengukuran viskositas absolut secara langsung mendapat banyak kendala yang
sukar diatasi. Viskositas relatif suatu cairan merupakan perbandingan viskositas cairan
Absolut air pada suhu yang bersamaan. Hubungan ini dapat dinyatakan sebagai berikut:
η1
d .t
= 1 1
η 2 d 2 .t 2
Macam-macam Viskometer Dan Pengukuran Kekentalan
Cara menentukan viskositas suatu zat menggunakan alat yang dinamakan
viskometer. Ada beberapa tipe viskometer yang biasa digunakan antara lain:
a. Viskometer kapiler / Ostwald
Viskositas dari cairan newton bisa ditentukan dengan mengukur waktu yang
dibutuhkan bagi cairan tersebut untuk lewat antara 2 tanda ketika ia 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 ).
b. Viskometer Hoppler
Berdasrkan 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 hampir
tikal berisi zat cair yang diselidiki. Kecepatan jatuhnya bola merupakan fungsi dari
harga resiprok sampel ( Moechtar,1990 ).
c. Viskometer Cup dan Bob
Prinsip kerjanya sample digeser dalam ruangan antara dinding 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 disepanjang keliling bagian tube sehingga menyebabkan penueunan
konsentrasi. Penurunan konsentrasi ini menyebabkab bagian tengah zat yang
ditekan keluar memadat. Hal ini disebt aliran sumbat ( Moechtar,1990 ).
d. Viskometer Cone dan Plate
Cara pemakaiannya adalah sampel ditempatkan ditengah-tengah papan, kemudian
dinaikkan hingga posisi dibawah kerucut. Kerucut digerakkan oleh motor dengan
bermacam kecapatan dan sampelnya digeser didalam ruang semit antara papan
yang diam dan kemudian kerucut yang berputar ( Moechtar,1990 ).
Tabel viskositas berbagai macam fluida:
Temperatur (o C)
Koofisien Viskositas
0
1,8 x 10-3
20
1,0 x 10-3
60
0,65 x 10-3
100
0,3 x 10-3
Darah (keseluruhan)
37
4,0 x 10-3
Plasma darah
37
1,5 x 10-3
Ethyl alkohol
20
1,2 x 10-3
Oli mesin(SAE 10)
30
200 x 10-3
0
10.000 x 10-3
20
1500 x 10-3
60
81 x 10-3
Udara
20
0,018 x 10-3
Hidrogen
0
0,009 x 10-3
Uap air
100
0,013 x 10-3
Fluida
Air
Gliserin
E. Alat dan Bahan
Alat
Viskometer Ostwald
Beker glass
Pipet Volume 5 ml
Stopwatch
Bahan
Aseton Aquades
Larutan Gliserol 1 M
Larutan Gliserol 0,5 M
Larutan Gliserol 0,25 M
Larutan Gliserol 0,75 M
F. Langkah Kerja
1. Menghitung densitas air dari tiap-tiap larutan gliserol berbagai konsentrasi dengan
menggunakan piknometer
Viskometer Ostwald
-
dicuci dengan aseton
dialiri dengan zat yang akan dicari viskositasnya
Viskometer besih
-
dimasukkan 5 ml larutan gliserol 0,25 M dengan
pipet volume
5 ml Gliserol 0,25 M dalam
viskometer
-
meniup larutan sampai berada di atas tanda batas
bagian atas viskometer
Larutan berada pada bagian atas tanda
viskometer
- dibiarkan turun
- dicatat waktu yang diperlukan untuk melewati dua
tanda
Waktu (t)
-
diulang sebanyak dua kali untuk perhitungan waktu
-
diulang lagkah-langkah di atas untuk larutan gliseol
0,5 M ; 0,75 M ; 1 M ; dan air.
Data pengamatan untuk t1, t2, t3, t4,
dan t5
Waktu yang didapat digunakan untuk menghitung
viskositas gliserol
Viskositas gliserol
G.
Tabel Pengamatan
No
Perlakuan
1 Mencuci viskometer
ostwald dan
Pengamatan
Massa jenis air
ρ=
mengalirinya dengan
larutan yang akan
dicari viskositasnya
2
Memasukkan 5 ml
ρ=
ρ=
dengan pipet volume
Massa jenis gliserol 0,75 M
Meniup larutan sampai
ρ=
Massa Jenis Gliserol 1 M
Membiarkan cairan
ρ=
Bahan
Air
t1
7,89
t2
8,10
tanda tersebut
Gliserol 0,25 M
10,35
09,90
Mengulangi langkah 3
Gliserol 0,5 M
12,64
12,96
dan 4 sebanyak 2 kali
Gliserol 0,75 M
13,32
13,54
dan selisih waktu
Gliserol 1 M
14,17
14,35
ketiganya tidak boleh
Mengulangi langkah di
atas untuk larutan
gliserol 0,5 M ; 0,75 M
; 1 M; dan Air
8
m 80,715
=
= 1,6143 gr/ml
V
50
untuk melewati dua
lebih dari 0,5 detik
7
m 80,433
=
= 1,6085 gr/ml
V
50
tanda batas viskometer
waktu yang dibutuhkan
6
m 80,163
=
= 1,6033 gr/ml
V
50
dalam viskometer
turun dan mencatat
5
m 79,897
=
= 1,5979 gr/ml
V
50
Massa jenis gliserol 0,5 M
cairan berada di atas
4
m 79,622
=
= 1,5924 gr/ml
V
50
Massa jenis gliserol 0,25 M
larutan gliserol 0,25 M
3
Kesimpulan
Menghitung viskosits
cairan dari data yang
telah didapat
H.
Analisa Data dan Pembahasan
Percobaan yang berjudul menentukan kekentalan relatif zat cair dengan
viskometer Ostwald bertujuan untuk melatih menggunakan viskometer Ostwald,
menentukan sifat-sifat molekul, dan menyelidiki angka kekentalan (viskositas) suatu
zat cair dengan menggunakan air sebagai pembanding.
Percobaan ini dilakukan dengan langkah awal yaitu mencuci viskometer
Ostwald dengan larutan aseton dan mengalirinya dengan larutan yang kan diuji
(diukur viskositasnya). Langkah ini bertujuan agar larutan yang berada pada pipa
kapiler viskometer tidak bercampur dengan larutan yang berbeda sehingga
mempengaruhi hasil pengamatan.
Langkah
selanjutnya
adalah
memasukkan
larutan
yang
akan
diuji
viskositasnya, dalam hal ini yaitu larutan gliserol 1 M ; 0,75 M ; 0,5 M ; 0,25 M ; dan
air sebagai pembanding, kemudian meniup larutan sampai berada pada bagian atas
tanda batas, lalu larutan dibiarkan turun dan mencatat waktu yang dibutuhkan untuk
melewati dua tanda tersebut.
Waktu yang diperlukan untuk melewati tanda itulah yang akan dicatat sebagai
t. Waktu tersebut digunakan untuk mengukur viskositas dari larutan gliserol masingmasing konsentrasi. Langkah tersebut diulang sebanyak 2 kali dengan menggunakan
larutan dengan kosentrasi yang sama, selanjutnya digunakan larutan dengan
konsentrasi yang berbeda.
Setelah mengetahui waktu dari masing-masing konsentrasi, kemudian
membandingkan dengan harga viskositas dari air. Dengan mengetahui viskositas air,
maka penentuan viskositas relative larutan gliserol untuk masing-masing konsentrasi
dapat ditentukan dengan persamaan berikut:
η1
d .t
= 1 1
η 2 d 2 .t 2
Dengan ρ air = 1.002 gr/ml ; tair
rata-rata
= 7.995 detik, maka dapat diperoleh harga
viskositas relatif larutan gliserol sebagai berikut:
Konsentrasi (M)
0.25
0.5
0.75
1
Viskositas relative (gr s/cm3)
1.2655
1.6084
1.697
1.812
Dari hasil viskositas di atas kemudian dibuat grafik hubungan antara konsentrasi
dengan viskositas larutan gliserol. Seperti ditunjukkan grafik di bawah ini:
dari grafik tersebut diperoleh hubungan bahwa semakin besar konsentrasi suatu
larutan maka semakin besar pula viskositasnya. Hal tersebut dibuktikan pada
percobaan dimana semakin besar konsentrasinya maka cairan semakin sulit mengalir
(waktu yang dibutuhkan besar).
Semakin besar viskositas cairan, maka semakin sulit cairan tersebut mengalir.
Konsentrasi yang besar, maka semakin kuat interaksi antar molekul sejenis (gaya
kohesi), semakin besar gaya kohesi maka semakin kecil kemampuan untuk mengalir
karena untuk dapat mengalir, harus mengatasi gaya Van Der Walls. Jika zat cair
tersebut sudah dapat mengalir, maka proporsi kecepatan molekul sesuai dengan
Distribusi Boltzman.
Viskositas juga dipengaruhi oleh berat molekul solute. Viskositas berbanding
lurus dengan berat molekul solute, karena dengan adanya solute yang berat akan
menghambat atau memberi beban yang berat pada cairan sehingga akan menaikkan
viskositasnya.
I.
Simpulan
1. Viskometer Ostwald bekerja berdasarkan metode kenaikan pipa kapiler.
2. Zat-zat yang mempunyai konsentrasi tinggi, semakin kuat interaksi antar molekul
sejenis (gaya kohesi), semakin besar gaya kohesi maka semakin kecil kemampuan
untuk mengalir karena untuk dapat mengalir, harus mengatasi gaya Van Der Walls.
3. Viskositas relatif larutan gliserol 0,25 M, 0,5 M, 0,75 M, dan 1 M berturut-turut
adalah 1.2655 gr s/cm3, 1.6084 gr s/cm3, 1.697 gr s/cm3, dan 1.812 gr s/cm3.
J.
Daftar Pustaka
Atkins, P. W. 1996. Kimia Fisik Jilid 2. Jakarta: Erlangga.
Nasruddin, Harun, dkk. 2010. Panduan Praktikum Kimia Fisika IV. Surabaya: FMIPA
Unesa.
Olovan s, Daniel. 2011. Viskositas. Laporan Praktikum.Universitas Padjadjaran.
Pratama, dkk. 2000. Buku Materi Pokok Kimia Fisika II. Jakarta: Universits Terbuka.
Bird, Tony, 1987. Penuntun Praktium Kimia Fisik untuk Universitas. Jakarta. PT
Gramedia.
Farrington, Robert.1978. Kimia Fisika Jilid 2. Jakarta Erlangga
B. Waktu Percobaan: Senin, 26 maret 2012
C. Tujuan Percobaan:
1. Melatih cara menggunakan viskometer Ostwald dengan benar
2. Menentukan sifat-sifat molekul
3. Menyelidiki angka kental relatif suatu zat cair dengan menggunakan air sebagai
pembanding
D. Dasar Teori
Viskositas (kekentalan) berasal dari perkataan Viscous (Soedojo, 1986). Suatu
bahan apabila dipanaskan sebelum menjadi cair terlebih dulu menjadi viscous yaitu
menjadi lunak dan dapat mengalir pelan-pelan. Viskositas dapat dianggap sebagai gerakan
di bagian dalam (internal) suatu fluida (Sears & Zemansky, 1982).
Viskositas diartikan sebagai resistensi atau ketidakmauan suatu bahan untuk
mengalir yang disebabkan karena adanya gesekan atau perlawanan suatu bahan terhadap
deformasi atau perubahan bentuk apabila bahan tersebut dikenai gaya tertentu (Kramer,
1996). Viskositas secara umum dapat juga diartikan sebagai suatu tendensi untuk
melawan aliran cairan karena internal friction atau resistensi suatu bahan untuk
mengalami deformasi bila bahan tersebut dikenai suatu gaya (Lewis, 1987).
Viskositas biasanya berhubungan dengan konsistensi yang keduanya merupakan
sifat kenampakan (appearance property) yang berhubungan dengan indera perasa.
Konsistensi dapat didefinisikan sebagai ketidakmauan suatu bahan untuk melawan
perubahan bentuk (deformasi) bila suatu bahan mendapat gaya gesekan (sheering fore).
Gesekan yang timbul sebagai hasil perubahan bentuk cairan yang disebabkan karena
adanya resistensi yang berlawanan yang diberikan oleh cairan tersebut dinamakan gaya
irisan (sheering stress). Jika tenaga diberikan pada suatu cairan, tenaga ini akan
menyebabkan suatu bentuk atau deformasi. Perubahan bentuk ini disebut sebagai aliran
(Lewis, 1987).
Viskositas fluida dilambangkan dengan symbol η . Jadi tingkat kekentalan suatu
fluida dinyatakan oleh koefisien viskositas fluida tersebut. Secara matematis, koofisien
viskositas bisa dinyatakan dengan persamaan. Untuk membantu menurunkan persamaan,
kita meninjau gerakan suatu lapisan tipis fluida yang ditempatkan di antara dua pelat
sejajar.
Lapisan fluida tipis ditempatkan di antara 2 pelat. Gaya adhesi bekerja antara pelat
dan lapisan fluida yang nempel dengan pelat (molekul fluida dan molekul pelat saling
tarik menarik). Sedangkan gaya kohesi bekerja di antara selaput fluida (molekul fluida
saling tarik menarik).
Mula-mula pelat dan lapisan fluida diam (gambar 1). Setelah itu pelat yang ada di
sebelah atas ditarik ke kanan (gambar 2). Pelat yang ada di sebelah bawah tidak ditarik
(pelat sebelah bawah diam). Besar gaya tarik diatur sedemikian rupa sehingga pelat yang
ada di sebelah atas bergeser ke kanan dengan laju tetap (v tetap). Karena ada gaya adhesi
yang bekerja antara pinggir pelat dengan bagian fluida yang menempel dengan pelat,
maka fluida yang ada di sebelah bawah pelat juga ikut bergeser ke kanan. Karena ada
gaya kohesi antara molekul fluida, maka fluida yang bergeser ke kanan menarik yang ada
di sebelah bawah. Sedangkan yang ada di sebelah bawah juga ikut bergeser ke kanan,
begitu seterusnya.
Pelat yang ada di sebelah bawah diam, karena itu bagian fluida yang menempel
dengan pelat tersebut juga ikut diam (ada gaya adhesi). Fluida yang menempel dengan
pelat menahan fluida yang ada di sebelah atas. Fluida yang ada di sebelah atas juga
menahan fluida yang ada di sebelah atas, demikian seterusnya.
Karena bagian fluida yang berada di sebelah atas menarik fluida sebelah bawah
menahan fluida yang ada di sebelah atas, maka laju fluida tersebut bervariasi. Bagian
fluida yang berada di sebelah atas bergerak dengan laju (v) yang lebih besar, sedangkan
yang berada di sebelah bawah bergerak dengan v yang lebih kecil, demikian seterusnya.
Jadi makin ke bawah v makin kecil. Dengan kata lain, kecepatan lapisan fluida
mengalami perubahan secara teratur dari atas ke bawah sejauh l (lihat gambar 2).
Sebuah bola padat memiliki rapat massa ρb dan berjari-jari r dijatuhkan tanpa
kecepatan awal ke dalam fluida kental memiliki rapat massa ρ f, di mana ρb > ρf Telah
diketahui bahwa bola mula-mula mendapat percepatan gravitasi, namun beberapa saat
setelah bergerak cukup jauh bola akan bergerak dengan kecepatan konstan. Kecepatan
yang tetap ini disebut kecepatan akhir VT atau kecepatan terminal yaitu pada saat gaya
berat bola sama dengan gaya apung ditambah gaya gesekan fluida. Gambar 3
menunjukkan sistem gaya yang bekerja pada bola kelereng yakni FA = gaya Archimedes,
FS = gaya Stokes, dan W= mg = gaya berat kelereng.
Gambar 3. Gaya yang Bekerja Pada Saat Bola
Dengan Kecepatan Tetap.
Jika saat kecepatan terminal telah tercapai, pada Gambar 1 berlaku prinsip
Newton tentang GLB (gerak lurus beraturan), yaitu Persamaan (2).
FA + FS = W
(2)
Jika ρb menyatakan rapat massa bola, ρf menyatakan rapat massa fluida, dan Vb
menyatakan volume bola, serta g gravitasi bumi, maka berlaku Persamaan (3) dan (4).
W = ρb.Vb.g
(3)
FA = ρf .Vb.g
(4)
Rapat massa bola ρb dan rapat massa fluida ρf dapat diukur dengan menggunakan
Persamaan (5) dan (6).
dengan mgu menyatakan massa gelas ukur, mf massa fluida, Vf volume fluida.
Dengan mensubstitusikan Persamaan (3) dan (4) ke dalam Persamaan (2) maka
diperoleh Persamaan (7).
FS = Vbg (ρb - ρf)
(7)
Dengan mensubstitusikan Persamaan (1) ke dalam Persamaan (7) diperoleh Persamaan
(8).
Perubahan kecepatan lapisan fluida (v) dibagi jarak terjadinya perubahan (l) =
v / l. v / l dikenal dengan julukan gradien kecepatan. Pelat yang berada di sebelah atas
bisa bergerak karena ada gaya tarik (F). Untuk fluida tertentu, besarnya Gaya tarik yang
dibutuhkan berbanding lurus dengan luas fluida yang menempel dengan pelat (A), laju
fluida (v) dan berbanding terbalik dengan jarak l. Secara matematis, dapat ditulis
sebagai berikut:
Fluida yang lebih cair biasanya lebih mudah mengalir, sebaliknya fluida yang
lebih kental lebih sulit mengalir. Tingkat kekentalan fluida dinyatakan dengan koofisien
viskositas, jika fluida makin kental maka gaya tarik yang dibutuhkan juga makin besar.
Dalam hal ini, gaya tarik berbanding lurus dengan koofisien kekentalan. Secara
matematis bisa ditulis sebagai berikut:
Keterangan :
Satuan Sistem Internasional (SI) untuk koofisien viskositas adalah Ns/m 2 = 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,
Jean Louis Marie Poiseuille.
Viskositas suatu bahan dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu (Bambang Kartika,
1990):
1. Suhu
Viskositas berbanding terbalik dengan suhu. Jika suhu naik maka viskositas akan
turun, dan begitu pula sebaliknya. Hal ini disebabkan karena adanya gerakan partikelpartikel cairan yang semakin cepat apabila suhu ditingkatkan dan menurun
kekentalannya.
2. Konsentrasi larutan
Viskositas berbanding lurus dengan konsentrasi larutan. Suatu larutan dengan
konsentrasi tinggi akan memiliki viskositas yang tinggi pula, karena konsentrasi
larutan menyatakan banyaknya partikel zat yang terlarut tiap satuan volume. Semakin
banyak partikel yang terlarut, gesekan antar partikel semakin tinggi dan viskositasnya
semakin tinggi pula.
3. Berat molekul solute
Viskositas berbanding lurus dengan berat molekul solute, karena dengan
adanya solute yang berat akan menghambat atau memberi beban yang berat pada
cairan sehingga akan menaikkan viskositasnya.
4. Tekanan
Viskositas berbanding lurus dengan tekanan, karena semakin besar
tekanannya, cairan akan semakin sulit mengalir akibat dari beban yang dikenakannya.
Viskositas akan bernilai tetap pada tekanan 0-100 atm.
Pengukuran viskositas absolut secara langsung mendapat banyak kendala yang
sukar diatasi. Viskositas relatif suatu cairan merupakan perbandingan viskositas cairan
Absolut air pada suhu yang bersamaan. Hubungan ini dapat dinyatakan sebagai berikut:
η1
d .t
= 1 1
η 2 d 2 .t 2
Macam-macam Viskometer Dan Pengukuran Kekentalan
Cara menentukan viskositas suatu zat menggunakan alat yang dinamakan
viskometer. Ada beberapa tipe viskometer yang biasa digunakan antara lain:
a. Viskometer kapiler / Ostwald
Viskositas dari cairan newton bisa ditentukan dengan mengukur waktu yang
dibutuhkan bagi cairan tersebut untuk lewat antara 2 tanda ketika ia 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 ).
b. Viskometer Hoppler
Berdasrkan 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 hampir
tikal berisi zat cair yang diselidiki. Kecepatan jatuhnya bola merupakan fungsi dari
harga resiprok sampel ( Moechtar,1990 ).
c. Viskometer Cup dan Bob
Prinsip kerjanya sample digeser dalam ruangan antara dinding 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 disepanjang keliling bagian tube sehingga menyebabkan penueunan
konsentrasi. Penurunan konsentrasi ini menyebabkab bagian tengah zat yang
ditekan keluar memadat. Hal ini disebt aliran sumbat ( Moechtar,1990 ).
d. Viskometer Cone dan Plate
Cara pemakaiannya adalah sampel ditempatkan ditengah-tengah papan, kemudian
dinaikkan hingga posisi dibawah kerucut. Kerucut digerakkan oleh motor dengan
bermacam kecapatan dan sampelnya digeser didalam ruang semit antara papan
yang diam dan kemudian kerucut yang berputar ( Moechtar,1990 ).
Tabel viskositas berbagai macam fluida:
Temperatur (o C)
Koofisien Viskositas
0
1,8 x 10-3
20
1,0 x 10-3
60
0,65 x 10-3
100
0,3 x 10-3
Darah (keseluruhan)
37
4,0 x 10-3
Plasma darah
37
1,5 x 10-3
Ethyl alkohol
20
1,2 x 10-3
Oli mesin(SAE 10)
30
200 x 10-3
0
10.000 x 10-3
20
1500 x 10-3
60
81 x 10-3
Udara
20
0,018 x 10-3
Hidrogen
0
0,009 x 10-3
Uap air
100
0,013 x 10-3
Fluida
Air
Gliserin
E. Alat dan Bahan
Alat
Viskometer Ostwald
Beker glass
Pipet Volume 5 ml
Stopwatch
Bahan
Aseton Aquades
Larutan Gliserol 1 M
Larutan Gliserol 0,5 M
Larutan Gliserol 0,25 M
Larutan Gliserol 0,75 M
F. Langkah Kerja
1. Menghitung densitas air dari tiap-tiap larutan gliserol berbagai konsentrasi dengan
menggunakan piknometer
Viskometer Ostwald
-
dicuci dengan aseton
dialiri dengan zat yang akan dicari viskositasnya
Viskometer besih
-
dimasukkan 5 ml larutan gliserol 0,25 M dengan
pipet volume
5 ml Gliserol 0,25 M dalam
viskometer
-
meniup larutan sampai berada di atas tanda batas
bagian atas viskometer
Larutan berada pada bagian atas tanda
viskometer
- dibiarkan turun
- dicatat waktu yang diperlukan untuk melewati dua
tanda
Waktu (t)
-
diulang sebanyak dua kali untuk perhitungan waktu
-
diulang lagkah-langkah di atas untuk larutan gliseol
0,5 M ; 0,75 M ; 1 M ; dan air.
Data pengamatan untuk t1, t2, t3, t4,
dan t5
Waktu yang didapat digunakan untuk menghitung
viskositas gliserol
Viskositas gliserol
G.
Tabel Pengamatan
No
Perlakuan
1 Mencuci viskometer
ostwald dan
Pengamatan
Massa jenis air
ρ=
mengalirinya dengan
larutan yang akan
dicari viskositasnya
2
Memasukkan 5 ml
ρ=
ρ=
dengan pipet volume
Massa jenis gliserol 0,75 M
Meniup larutan sampai
ρ=
Massa Jenis Gliserol 1 M
Membiarkan cairan
ρ=
Bahan
Air
t1
7,89
t2
8,10
tanda tersebut
Gliserol 0,25 M
10,35
09,90
Mengulangi langkah 3
Gliserol 0,5 M
12,64
12,96
dan 4 sebanyak 2 kali
Gliserol 0,75 M
13,32
13,54
dan selisih waktu
Gliserol 1 M
14,17
14,35
ketiganya tidak boleh
Mengulangi langkah di
atas untuk larutan
gliserol 0,5 M ; 0,75 M
; 1 M; dan Air
8
m 80,715
=
= 1,6143 gr/ml
V
50
untuk melewati dua
lebih dari 0,5 detik
7
m 80,433
=
= 1,6085 gr/ml
V
50
tanda batas viskometer
waktu yang dibutuhkan
6
m 80,163
=
= 1,6033 gr/ml
V
50
dalam viskometer
turun dan mencatat
5
m 79,897
=
= 1,5979 gr/ml
V
50
Massa jenis gliserol 0,5 M
cairan berada di atas
4
m 79,622
=
= 1,5924 gr/ml
V
50
Massa jenis gliserol 0,25 M
larutan gliserol 0,25 M
3
Kesimpulan
Menghitung viskosits
cairan dari data yang
telah didapat
H.
Analisa Data dan Pembahasan
Percobaan yang berjudul menentukan kekentalan relatif zat cair dengan
viskometer Ostwald bertujuan untuk melatih menggunakan viskometer Ostwald,
menentukan sifat-sifat molekul, dan menyelidiki angka kekentalan (viskositas) suatu
zat cair dengan menggunakan air sebagai pembanding.
Percobaan ini dilakukan dengan langkah awal yaitu mencuci viskometer
Ostwald dengan larutan aseton dan mengalirinya dengan larutan yang kan diuji
(diukur viskositasnya). Langkah ini bertujuan agar larutan yang berada pada pipa
kapiler viskometer tidak bercampur dengan larutan yang berbeda sehingga
mempengaruhi hasil pengamatan.
Langkah
selanjutnya
adalah
memasukkan
larutan
yang
akan
diuji
viskositasnya, dalam hal ini yaitu larutan gliserol 1 M ; 0,75 M ; 0,5 M ; 0,25 M ; dan
air sebagai pembanding, kemudian meniup larutan sampai berada pada bagian atas
tanda batas, lalu larutan dibiarkan turun dan mencatat waktu yang dibutuhkan untuk
melewati dua tanda tersebut.
Waktu yang diperlukan untuk melewati tanda itulah yang akan dicatat sebagai
t. Waktu tersebut digunakan untuk mengukur viskositas dari larutan gliserol masingmasing konsentrasi. Langkah tersebut diulang sebanyak 2 kali dengan menggunakan
larutan dengan kosentrasi yang sama, selanjutnya digunakan larutan dengan
konsentrasi yang berbeda.
Setelah mengetahui waktu dari masing-masing konsentrasi, kemudian
membandingkan dengan harga viskositas dari air. Dengan mengetahui viskositas air,
maka penentuan viskositas relative larutan gliserol untuk masing-masing konsentrasi
dapat ditentukan dengan persamaan berikut:
η1
d .t
= 1 1
η 2 d 2 .t 2
Dengan ρ air = 1.002 gr/ml ; tair
rata-rata
= 7.995 detik, maka dapat diperoleh harga
viskositas relatif larutan gliserol sebagai berikut:
Konsentrasi (M)
0.25
0.5
0.75
1
Viskositas relative (gr s/cm3)
1.2655
1.6084
1.697
1.812
Dari hasil viskositas di atas kemudian dibuat grafik hubungan antara konsentrasi
dengan viskositas larutan gliserol. Seperti ditunjukkan grafik di bawah ini:
dari grafik tersebut diperoleh hubungan bahwa semakin besar konsentrasi suatu
larutan maka semakin besar pula viskositasnya. Hal tersebut dibuktikan pada
percobaan dimana semakin besar konsentrasinya maka cairan semakin sulit mengalir
(waktu yang dibutuhkan besar).
Semakin besar viskositas cairan, maka semakin sulit cairan tersebut mengalir.
Konsentrasi yang besar, maka semakin kuat interaksi antar molekul sejenis (gaya
kohesi), semakin besar gaya kohesi maka semakin kecil kemampuan untuk mengalir
karena untuk dapat mengalir, harus mengatasi gaya Van Der Walls. Jika zat cair
tersebut sudah dapat mengalir, maka proporsi kecepatan molekul sesuai dengan
Distribusi Boltzman.
Viskositas juga dipengaruhi oleh berat molekul solute. Viskositas berbanding
lurus dengan berat molekul solute, karena dengan adanya solute yang berat akan
menghambat atau memberi beban yang berat pada cairan sehingga akan menaikkan
viskositasnya.
I.
Simpulan
1. Viskometer Ostwald bekerja berdasarkan metode kenaikan pipa kapiler.
2. Zat-zat yang mempunyai konsentrasi tinggi, semakin kuat interaksi antar molekul
sejenis (gaya kohesi), semakin besar gaya kohesi maka semakin kecil kemampuan
untuk mengalir karena untuk dapat mengalir, harus mengatasi gaya Van Der Walls.
3. Viskositas relatif larutan gliserol 0,25 M, 0,5 M, 0,75 M, dan 1 M berturut-turut
adalah 1.2655 gr s/cm3, 1.6084 gr s/cm3, 1.697 gr s/cm3, dan 1.812 gr s/cm3.
J.
Daftar Pustaka
Atkins, P. W. 1996. Kimia Fisik Jilid 2. Jakarta: Erlangga.
Nasruddin, Harun, dkk. 2010. Panduan Praktikum Kimia Fisika IV. Surabaya: FMIPA
Unesa.
Olovan s, Daniel. 2011. Viskositas. Laporan Praktikum.Universitas Padjadjaran.
Pratama, dkk. 2000. Buku Materi Pokok Kimia Fisika II. Jakarta: Universits Terbuka.
Bird, Tony, 1987. Penuntun Praktium Kimia Fisik untuk Universitas. Jakarta. PT
Gramedia.
Farrington, Robert.1978. Kimia Fisika Jilid 2. Jakarta Erlangga