BAB I
PENDAHULUAN
1.1
TUJUAN PERCOBAAN
Menentukan viskositas (kekentalan) relatif
suatu zat cair menggunakan air sebagai pembanding
1.2 DASAR TEORI
1.2.1
Pengertian Viskositas
Viskositas adalah suatu cara untuk menyatakan
berapa daya tahan dari aliran yang diberkan oleh suatu cairan. Kebanyakan
viscometer mengukur kecepatan dari suatu cairan mengalir melalui pipa gelas
(gelas kapiler). Definisi lain dari viskositas adalah ukuran yang menyatakan
kekentalan suatu cairan atau fluida. Kekentalan merupakan sifat cairan yang
berhubungan erat dengan hambatan untuk mengalir. Viskositas cairan akan
menimbulkan gesekan antar bagian atau lapisan cairan yang bergerak satu
terhadap yang lain. Hambatan atau gesekan yang terjadi ditimbulkan oleh gaya
kohesi di dalam zat cair (Yazid, 2005).
Setiap zat cair memiliki viskositas
(kekentalan) yang berbeda-beda. Hal ini menyebabkan daya alir setiap zat cair
pun berbeda-beda. Bila suatu cairan dalam viscometer mengalir dengan cepat,
maka berarti viskositas dari cairan tersebut rendah (misalnya air) dan bila
suatu cairan mengalir dengan lambat, maka cairan tersebut viskositasnya tinggi
(misalnya madu). Viskositas dapat diukur dengan mengukur laju cairan yang melalui
tabung berbentuk silinder. Cara ini merupakan salah satu cara yang paling mudah
dan dapat digunakan baik untuk cairan maupun gas. Nilai viscositas menentukan
kecepatan mengalirnya suatu cairan.
Di dalam zat cair, viskositas dihasilkan oleh
gaya kohesi antara molekul zat cair. Sedangkan dalam gas, viskositas timbul
sebagai akibat tumbukan antara molekul gas. Viskositas zat cair dapat
ditentukan secara kuantitatif dengan besaran yang disebut koefisien viskositas.
Satuan SI untuk koefisien viskositas adalah Ns/m2 atau pascal sekon
(Pa s). Satuan cgs (centimeter gram sekon) untuk SI koifisien viskositas adalah
dyn.s/cm2 = poise (p). Viskositas juga sering dinyatakan dalam
centipoise (cP). 1 cP = 1/1000 P. Satuan Poise digunakan untuk mengenang
seorang Ilmuwan Prancis, almarhum Jean Louis Marie Poiseuille.
1 Poise = 1 dyn. s/cm2 = 10-1 N.s/m2
Zat cair lebih kental (viskositasnya) daripada
gas, sehingga untuk mengalirkan zat cair diperlukan gaya yang lebih besar
dibandingkan dengan gaya yang diberikan untuk mengalirkan gas. Zat cair
mempunyai beberapa sifat sebagai berikut ( Wylie, 1992) :
a) Apabila ruangan lebih besar dari
volume zat cair akan terbentuk permukaan bebas horizontal yang berhubungan
dengan atmosfer.
b) Mempunyai rapat masa dan berat
jenis.
c) Dapat dianggap tidak termampatkan.
d) Mempunyai viskositas (kekentalan).
e) Mempunyai kohesi, adesi dan tegangan
permukaan.
2.2.1
Faktor-faktor Yang Mempengaruhi
Viskositas
Faktor- fator yang mempengaruhi viskositas
adalah sebagai berikut (Bird,1987):
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 kenaikan temperatur.
c) 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.
g) 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 partikrl semakin tinggi dan viskositasnya semakin tinggi pula
3.2.1
Hukum-hukum Viskositas
a.
Hukum Poiseuille
Suatu fluida tidak kental bias mengalir melalui
pipa yang bertingkat tanpa adanya gaya yang diberikan. Pada fluida kental
(viskos) diperlukan perbedaan tekanan Antara ujung-ujung pipa untuk menjaga
kesinambungan aliran, apakah air atau oli pada pipa atau
darah pada system sirkulasi manusia.
Banyaknya
cairan yang mengalir persatuan waktu melalui penampang melintang terbentuk
silinder berjari-jari r, yang
panjangnya L, selain
ditentukan oleh beda tekanan (
pada kedua ujung yang memberikan gaya
pengaliran juga ditentukan oleh viscositas cairan dan luas penampang pipa. Hubungan tersebut dirumuskan oleh
viscositas cairan dan luas penampang pipa. Hubungan
tersebut dirumuskan oleh Poiseuille yang dikenal dengan hukum Poiseuille sebagai :
Dengan Q adalah kecepatan
aliran volume (volume cairan V yang melewati pipa persatuan waktu (t) dinyatakan dalam satuan SI m3/S).
Keterangan :
Å‹ : viskositas cairan (Nm-2. s)
atau Poise
t : waktu yang diperlukan cairan dengan
volume
mengalir melalui alat (s).
v : volume
total cairan (L)
: tekanan pada cairan (Pa)/atm
r :
jari-jari tabung (m)
L :
panjang pipa (m)
Persamaan
diatas memperlihatkan bahwa Q berbanding terbalik dengan viskositas cairan. Semakin besar viskositas,hambatan aliran
juga semakin besar sehingga Q menjadi rendah. Kecepatan
aliran volume juga sebanding dengan gradien tekanan
/L dan pangkat empat jari-jari pipa. Ini berarti bahwa jika r diperkecil
sehingga menjadi setengahnya, maka
akan dibutuhkan 16 kali lebih besar tekanan untuk memompa cairan lewat pipa
pada kecepatan aliran volume semula persamaan ini berlaku untuk gas dan juga
pipa cairan.
b.
Hukum Stokes
Apabila benda padat bergerak dengan kecepatan tertentu
dalam medium fluida kental, maka benda
tersebut akan mengalami hambatan yang diakibatkan oleh gaya gesekan fluida.
Gaya gesek tersebut sebanding dengan kecepatan relative gerak benda terhadap
medium dan viskositasnya. Besarnya gaya gesekan fluida telah dirumuskan
sebelumnya sebagai:
Dimana k adalah koefisien yang besarnya
bergantung bentuk geometric benda. Dari hasil percobaan, untuk benda berbentuk
bola dengan jari-jari r diperoleh k = 6Ï€r. Dengan memasukkan nilai k diperoleh:
F = 6 π r
v
Persamaan ini pertama kali dinyatakan oleh Sir
George Stokes (1845) yang dikenal dengan hokum Stokes. Bila gaya F diterapkan
pada partikel berbentuk bola dalam larutan, maka Stokes menunjukkan bahwa untuk
aliran Laminar berlaku:
f = 6 π r
v
dimana f adalah koefisien gesek dari partikel.
4.2.1
Alat Ukur Viskositas
Cara menentukan viskositas suatu zat
menggunakan alat yang dinamakan viskometer. Ada beberapa tipe viskometer yang
biasa digunakan antara lain :
1) Viscometer Oswald
Yang diukur adalah waktu yang dibutuhkan oleh
sejumlah cairan tertentu untuk mengalir melalui pipa kapiler dengan gaya yang
disebabkan oleh berat cairan itu sendiri.
Didalam percobaan diukur waktu aliran untuk
volume V (antara tanda a dan b) melalui pipa kapiler yang vertical. Jumlah
tekanan (P) dalam hokum Poiseuille adalah perbedaan tekanan Antara kedua
permukaan cairan, dan berbanding lurus dengan berat jenis cairan (
).
Dalam praktek R dan L sukar diukur secara teliti dalam persamaan Poiseuille.
Karenanya viskositas cairan ditetapkan dengan cara membandingkannya dengan
cairan yang mempunyai viskositas tertentu, misalnya air.
Persamaan yang digunakan adalah:
sehingga
|
×
|
|
=
|
2
2
|
=
|
|
=
|
(Pt)2 P2t2
Dimana:
P :
× konstanta
: density
2)
Viskometer
Hoppler
Yang diukur adalah waktu yang diperlukan oleh
sebuah bola untuk melewati cairan pada jarak atau tinggi tertentu. Karena
adanya gravitasi benda yang jatuh melalui medium yang berviskositas dengan
kecepatan yang semakin besar sampai mencapai kecepatan maksimum. Kecepatan
maksimum akan dicapai jika gaya gravitasi (g) sama dengan gaya tahan medium (f)
besarnya gaya tahan (frictional resistance) untuk benda yang berbentuk bola
stokes.
3) Viskometer Cup dan Bob
Prinsip kerjanya sample digeser dalam ruangan
antaradinding 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 di sepanjangkeliling bagian tube sehingga
menyebabkan penurunan konsentrasi. Penurunan konsentras ini menyebabkab bagian
tengah zat yang ditekan keluar memadat. Hal ini disebut aliran sumbat
(Moechtar,1990)
4) Viskometer Cone dan Plate
Cara pemakaiannya adalah sampel ditempatkan
ditengah-tengah papan, kemudian dinaikkan hingga posisi di bawah kerucut. Kerucut
digerakkan oleh motor dengan bermacam kecepatan dan sampelnya digeser di dalam
ruang semitransparan yang diam dan kemudian kerucut yang berputar
(Moechtar,1990).
BAB II
METODOLOGI
2.1
ALAT DAN BAHAN
2.1.1
Alat yang digunakan
1) Viscometer otswald
2) Gelas kimia 100 ml
3) Pipet ukur
4) Pipet tetes
5) Stopwatch
6) Botol aquadest
7) Piknometer
8) Bulp
9) Labu ukur
10) Thermometer
11) Neraca digital
2.1.2
Bahan yang digunakan
1) Etanol murni
2) Etanol berbagai konsentrasi
3) Kerosin (minyak tanah)
4) Aquadest
2.2
PROSEDUR PERCOBAAN
2.2.1
Pengukuran viskositas
1)
Membersihkan viscometer menggunakan pelarut yang sesuai dan
melewatkan udara bersih, kering sampai semua pelarutnya habis atau hilang.
2)
Mengisi viscometer dengan sampel yang akan dianalisa melalui tabung G
hingga reservoir terbawah, sampel cukup hingga level antara garis J dan K.
3)
Menempatkan jari pada tabung B dan memasukkan penghisap pada tabung A
sampai larutan mencapai tengah bulp C.
4)
Memindahkan penghisap dari tabung A dan memindahkan jari dari tabung B
apabila cairan tepat berada pada garis M serta mengukur waktu alir cairan yang mengalir dari garis M ke
garis N secara bersamaan.
5)
Melakukan percobaan secara duplo
6)
Mengulang untuk sampel yang berbeda
2.2.2
Pengukuran Berat Jenis
1)
Menimbang piknometer kosong dengan menggunakan neraca digital kemudian mencatat hasilnya.
2)
Menimbang piknometer
yang telah di isi
oleh sampel dan
mencatat hasilnya
3)
Menghitung massa jenis masing-masing sampel. Dengan rumus:
4)
Menghitung viskositas masing-masing sampel. Dengan
rumus:
2.3
DIAGRAM ALIR
2.3.1 Pengukuran viskositas
|
Membersihkan
viscometer menggunakan pelarut
yang sesuai dan melewatkan udara bersih,
kering sampai semua pelarutnya habis atau hilang
|
|
Mengisi
viscometer dengan sampel yang akan dianalisa melalui tabung G hingga
reservoir terbawah, sampel cukup hingga level antara garis J dan K
|
|
Menempatkan
jari pada tabung B dan memasukkan penghisap pada tabung A sampai larutan
mencapai tengah bulp C
|
|
Memindahkan penghisap dari tabung A
dan memindahkan jari dari tabung B
apabila cairan tepat berada pada garis M serta mengukur waktu alir cairan yang mengalir dari garis M ke garis N
secara bersamaan
|
|
Melakukan
percobaan secara duplo
|
|
Mengulang untuk sampel yang berbeda
|
2.3.2
|
Menimbang piknometer kosong dengan menggunakan neraca digital kemudian
mencatat hasilnya
|
|
Menghitung massa jenis masing-masing sampel
|
|
Menghitung viskositas masing-masing sampel
|
|
Menimbang piknometer
yang telah di isi oleh sampel dan mencatat hasilnya
|
BAB III
HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1
DATA PENGAMATAN
Tabel 3.1.1 Hasil Pengukuran Waktu Efflux
|
No.
|
Larutan
|
Kode
|
Waktu (s)
|
|
|
1.
|
Aquadest
|
A
|
5,2
|
|
|
B
|
5,2
|
|||
|
2.
|
Kerosin
|
A
|
8,8
|
|
|
B
|
8,8
|
|||
|
3.
|
Etanol 10%
|
A
|
7,7
|
|
|
B
|
7,7
|
|||
|
4.
|
Etanol 20%
|
A
|
8,3
|
|
|
B
|
8,3
|
|||
|
5.
|
Etanol 50%
|
A
|
10,8
|
|
|
B
|
10,8
|
|||
|
6.
|
Etanol murni
|
A
|
5,6
|
|
|
B
|
5,6
|
Tabel 3.1.2 Penentuan Berat Jenis
|
No.
|
Larutan
|
Kode
|
Suhu (oC)
|
Massa Piknometer Kosong (g)
|
Massa Piknometer + Larutan (g/ml)
|
Massa
Larutan (g)
|
|
1.
|
Aquadest
|
A
|
29
|
16,4410
|
26,0360
|
9,595
|
|
B
|
29
|
16,4410
|
26,0365
|
9,5955
|
||
|
2.
|
Kerosin
|
A
|
29
|
16,5372
|
24,1620
|
7,6248
|
|
B
|
29
|
16,5372
|
24,1616
|
7,6244
|
||
|
3.
|
Etanol 10%
|
A
|
31
|
16,4831
|
25,9292
|
9,4461
|
|
B
|
31
|
16,4831
|
25,9306
|
9,4475
|
||
|
4.
|
Etanol 20%
|
A
|
32
|
16,4389
|
25,9787
|
9,5398
|
|
B
|
32
|
16,4389
|
25,9789
|
9,54
|
||
|
5.
|
Etanol 50%
|
A
|
33
|
16,5147
|
26,4227
|
9,908
|
|
B
|
33
|
16,5147
|
26,4822
|
9,9075
|
||
|
6.
|
Etanol Murni
|
A
|
29
|
16,4932
|
24,1732
|
7,68
|
|
B
|
29
|
16,4932
|
24,1726
|
7,6794
|
3.2
HASIL PERHITUNGAN
Tabel 3.2.1 Hasil Perhitungan Viskositas
|
No.
|
Jenis Larutan
|
Viskositas (cP)
|
|
1.
|
Aquadest
|
0,00008
|
|
2.
|
Kerosin
|
1,0556 × 10-4
|
|
3.
|
Etanol 10%
|
1,1443 × 10-4
|
|
4.
|
Etanol 20%
|
1,2456 × 10-4
|
|
5.
|
Etanol 50%
|
1,5427 × 10-4
|
|
6.
|
Etanol murni
|
6,7657 × 10-5
|
3.3
PEMBAHASAN
Praktikum kali ini yaitu viskositas cairan
berbagai larutan, dimana salah satu tujuan dari praktikum ini yaitu untuk
menentukan harga viskositas atau kekentalan dari beberapa cairan dengan air
sebagai pembandingnya. Dimana viskositas larutan merupakan fungsi dari ukuran
dan permukaan molekul, gaya tarik antar molekul dan struktur larutan.
Viskositas dalam zat cair disebabkan karena adanya gaya kohesi atau tarik
menarik antar molekul sejenis. Besarnya
viskositas dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti temperature, gaya tarik
antar molekul dan ukuran serta jumlah molekul terlarut. Tiap molekul dalam
larutan dianggap dalam kedudukan seimbang, sehingga sebelum suatu lapisan
molekul dapat melewati lapisan molekul lainnya diperlukan suatu energy
tertentu. Pada praktikum kali ini cairan yang ditentukan viskositasnya yaitu
etanol 10% , etanol 20% , etanol 50% , etanol murni dan kerosin. Setiap larutan
ini memiliki viskositas yang berbeda-beda.
Viskositas merupakan kekentalan zat cair, dapat
didefinisikan sebagai sifat dari zat cair untuk melawan tegangan geser (t) pada
waktu bergerak atau mengalir dan disebabkan juga oleh kohesi antar partikelnya.
Pada praktikum kali ini yang digunakan yaitu metode Oswald. Prinsip kerja dengan
menggunakan viscometer ostwald yaitu pertama-tama larutan yang akan dimasukkan
kedalam reservoir A diukur suhunya. Untuk pengukuran suhu larutan hanya
dilakukan sekali saja. Kemudian viscometer diletakkan dalam thermostat pada
posisi vertical, kemudian dimasukkan cairan melewati garis M dan reservoir A
masih terisi setengahnya. Dengan penghisap, cairan B dibawa sampai sedikit
melewati garis M dan dibiarkan mengalir secara bebas ke N . Waktu yang
diperlukan larutan untuk mengalir dari garis M ke garis N diukur dengan
menggunakan stopwatch lalu dicatat dalam data pengamatan. Percobaan diulangi
sebanyak dua kali lagi untuk tiap-tiap larutan.
Berdasarkan hasil pengamatan untuk pengukuran
suhu diperoleh suhu aquadest yaitu 28oC , suhu kerosin yaitu 29oC
, suhu etanol murni yaitu 29oC , suhu etanol 10% yaitu 31 oC
, suhu etanol 20% yaitu 32oC, dan suhu etanol 50% yaitu 33 oC. Setelah melakukan pengukuran diperoleh
viskositas masing-masing larutan yaitu, untuk aquadest viskositasnya adalah
0,00008 cP , untuk etanol murni viskositasnya adalah 6,7657 × 10-5 ,
untuk etanol 10% viskositasnya adalah
1,1443 × 10-4 cP , untuk etanol 20% viskositasnya adalah 1,2456 × 10-4
cP , untuk etanol 50% viskositasnya adalah 1,5427 × 10-4 cP dan
untuk kerosin viskositasnya adalah 1,0556 × 10-4 cP .
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.
Hasil praktikum yang telah diperoleh dari
perhitungan viskositas larutan-larutan tersebut belum sesuai dengan teori yang
telah dijelaskan sebelumnya, bahwasanya semakin tinggi konsentrasi suatu
larutan maka semakin tinggi pula viskositasnya. Salah satu yang membuat hasil
paraktikum tidak sesuai dengan teori adalah viskositas etanol murni yang tidak
berbanding lurus dengan etanol 10% , etanol 20% dan etanol 50% yang mana
semakin tinggi konsentrasi maka semakin tinggi viskositasnya. Hal ini
kemungkinan disebabkan karena etanol dengan konsentrasi 10% , 20% dan 50%
melalui proses pengenceran, sehingga ada proses pencampuran air. Pencampuran
air yang mempengaruhi massa jenis tersebut karena biasanya suatu zat cair yang
dicampurkan dengan air, massa jenis zat cair tersebut telah mendekati massa
jenis air. Sehingga etanol dengan konsentrasi 10%, 20% dan 50% memiliki massa
jenis lebih besar dibandingkan etanol murni. Oleh sebab itu etanol dengan
konsentrasi 10% , 20% dan 50% memiliki nilai viskositas lebih besar
dibandingkan etanol murni. Padahal etanol murni memiliki konsentrasi lebih
besar dibandingkan etanol dengan konsentrasi 10% , 20% dan 50% . karena dalam
perhitungan viskositas sendiri massa jenisnya berpengaruh, massa jenis suatu
zat berbanding lurus dengan viskositas.
Jenis zat suatu zat cair juga dapat
mempengaruhi nilai viskositas. Salah satunya adalah kekentalan. Kekentalan
suatu zat biasanya dipengaruhi oleh massa jenis zat tersebut. Semakin besar
massa jenis maka semakin tinggi kekentalan suatu zat tersebut. Pengaruh dari
kekentalan terhadap energy pengaktifan suatu aliran adalah semakin tinggi
tingkat kekentalan suatu zat cair maka energi pengaktifan akan semakin kecil
sehingga akan memperlambat aliran dari zat tersebut, tetapi jika semakin rendah
kekentalan suatu zat cair maka energy pengaktifannya semakin besar dan akan
memperlambat aliran. Dari hasil praktikum dapat dilihat nilai viskositas
kerosin lebih kecil dari nilai viskositas etanol. Hal ini terjadi karena
kerosin sendiri memiliki massa jenis yang lebih kecil dibandingkan dengan
etanol, sebab massa jenis juga
mempengaruhi kekentalan zat tersebut sehingga waktu efflux zat tersebut
semaki lama. Jadi, semakin besar massa jenis suatu zat, maka semakin kental
suatu zat tersebut dan semakin lama waktu efflux suatu zat maka nilai
viskositasnya semakin besar.
BAB IV
PENUTUP
4.1
KESIMPULAN
Dari hasil percobaan yang telah dilakukan dapat
disimpulkan beberapa hal, yaitu:
1) Viskositas untuk kerosin adalah
sebesar 1,0556 × 10-4 cP
2) Viskositas untuk etanol 10% adalah
sebesar 1,1443 × 10-4 cP
3) Viskositas untuk etanol 20% adalah
sebesar 1,2456× 10-4 cP
4) Viskositas untuk etanol 50% adalah
sebesar 1,5427 × 10-4 cP
5) Viskositas untuk etanol murni adalah
sebesar 6,7656 × 10-5 cP
6) Massa jenis mempengaruhi nilai
viskositas, karena semakin tinggi massa jenis suatu zat maka viskositasnya akan
semakin tinggi pula
DAFTAR
PUSTAKA
Modul Ajar . Praktikum Dasar Proses
Kimia . Polnes . Tahun 2013
LAMPIRAN
PERHITUNGAN
1) Massa Jenis Larutan
a.
Aquadest
b.
Kerosin
c.
Etanol
10%
d.
Etanol
20%
e. Etanol 50%
f.
Etanol
murni
2)
Viskositas Larutan
a) Kerosin
-4 cP
b) Etanol 10%
-4 cP
c) Etanol 20%
-4 cP
d) Etanol 50%
-4 cP
e) Etanol Murni
-5 cP
GAMBAR ALAT
Viskometer
otswald Stopwatch Botol Aquadest
Gelas
Kimia Bulp Piknometer
Pipet
Ukur Pipet Tetes Labu Ukur
Neraca
Digital Thermometer
