BAB II
KAJIAN
TEORI
A. Pengertian
Tegangan permukaan merupakan fenomena menarik yang terjadi pada zat cair
(fluida) yang berada dalam keadaan diam (statis). Tegangan permukaan γ
didefinisikan sebagai gaya F persatuan panjang L yang bekerja tegak lurus pada
setia garis di permukaan fluida.
γ = F/L
Tegangan antar muka adalah gaya persatuan
panjang yang terdapat pada antarmuka dua fase cair yang tidak bercampur.
Tegangan antar muka selalu lebih kecil dari pad tegangan permukaan karena gaya
adhesi antara dua cairan tidak bercampur lebih besar dari pada adhesi antara
cairan dan udara (Hamid, 2010)
Tegangan permukaan terjadi karena
permukaan zat cair cenderung untuk menegang, sehingga permukaannya tampak
seperti selaput tipis. Hal ini dipengaruhi oleh adanya gaya kohesi antara
molekul air. Pada zat cair yang adesiv berlaku bahwa besar gaya kohesinya lebih
kecil dari pada gaya adesinya dan pada zat yang non-adesiv berlaku sebaliknya.
Salah satu model peralatan yang sering digunakan untuk mengukur tegangan
permukaan zat cair adalah pipa kapiler. Salah satu besaran yang berlaku pada
sebuah pipa kapiler adalah sudut kontak, yaitu sudut yang dibentuk oleh
permukaan zat cair yang dekat dengan dinding. Sudut kontak ini timbul akibat
gaya tarik-menarik antara zat yang sama (gaya kohesi) dan gaya tarik-menarik
antara molekul zat yang berbeda (adesi).
Molekul biasanya saling tarik-menarik. Dibagian dalam cairan, setiap molekul
cairan dikelilingi oleh molekul-molekul cairan di samping dan di bawah. Di
bagian atas tidak ada molekul cairan lainnya karena molekul cairan
tarik-menarik satu dengan yang lainnya, maka terdapat gaya total yang besarnya
nol pada molekul yang berada di bagian dalam caian. Sebaliknya molekul cairan
yang terletak di permukaan di tarik oleh molekul cairan yang berada di samping
dan bawahnya. Akibatnya, pada permukaan cairan terdapat gaya total yang berarah
ke bawah karena adanya gaya total yang arahnya ke bawah, maka cairan yang terletak
di permukaan cenderung memperkecil luas permukaannya dengan menyusut sekuat
mungkin. Hal ini yang menyebabkan lapisan cairan pada permukaan seolah-olah
tertutup oleh selaput elastis yang tipis. Fenomena ini kita kenal dengan
istilah tegangan permukaan.
B. Persamaan Tegangan Permukaan.
Untuk
membantu kita menurunkan persamaan tegangan permukaan, kita tinjau sebuah kawat
yang membentuk huruf U. sebuah kawat lain yang berbentuk lurus dikaitlan pada
kedua kaki kawat U, dimana kawat lurus tersebut dapat digerakkan. Jika kawat
ini dimasukkan ke dalam larutan sabun, maka setelah dikeluarkan akan terbentuk
lapisan air sabun pada pada permukaan kawat tersebut. Karena kawat lurus dapat
digerakkan dan massanya tidak terlalu besar, maka lapisan air sabun akan memberi
gaya tegangan permukaan pada kawat lurus bergerak keatas (perhatikan arah
panah). Untuk mempertahankan kawat lurus tidak bergerak (kawat berada dalam
kesetimbangan), maka diperlukan gaya total yang arahnya kebawah, dimana
besarnya gaya total adalah F= W+T Dalam kesetimbangan, F = gaya tegangan
permukaan yang dikerjakan oleh lapisan air sabun pada kawat lurus.
Gambar
1. Peralatan kawar berbentuk U untuk tempt suatu lapis tipis cairan untuk
mengukur tegangan permukaan (γ=F/2L)
Misalkan
panjang kawat lurus adalah l. Karena lapisan air sabun yang menyentuh kawat
lurus memiliki dua permukaan, maka gaya tegangan permukaan yang ditimbulkan oleh
lapisan air sabun bekerja sepanjang 2l. Tegangan permukaan pada
lapisan sabun merupakan perbandingan antara gaya tegangan permukaan (F)dengan
panjang permukaan di mana gaya bekerja (d). Untuk kasus ini, panjang permukaan
adalah 2l. Secara matematis, ditulis :
Karena tegangan permukaan merupakan perbandingan
antara Gaya tegangan permukaan dengan Satuan panjang,
maka satuan tegangan permukaan adalah Newton per meter (N/m) atau dyne per
centimeter (dyn/cm).
1 dyn/cm = 10-3 N/m = 1
mN/m. Pada dasarnya tegangan permukaan suatu zat cair dipengaruhi oleh
beberapa faktor diantaranya suhu dan zat terlarut. Dimana keberadaan zat
terlarut dalam suatu cairan akan mempengaruhi besarnya tegangan permukaan
terutama molekul zat yang berada pada permukaan cairan berbentuk lapisan
monomolecular yang disebut dngan molekul surfaktan.
C. Faktor-Faktor yang Mempengaruhi
Tegangan Permukaan
1. Suhu
Tegangan
permukaan menurun dengan meningkatnya suhu, karena meningkatnya energy kinetik
molekul
2. Zat terlarut (solute)
Keberadaan
zat terlarut dalam suatu cairan akan mempengaruhi tegangan permukaan.
Penambahan zat terlarut akan meningkatkan viskositas larutan, sehingga tegangan
permukaan akan bertambah besar. Tetapi apabila zat yang berada dipermukaan
cairan membentuk lapisan monomolecular, maka akan menurunkan tegangan
permukaan, zat tersebut biasa disebut dengan surfaktan.
3. Surfaktan
Surfaktan
(surface active agents), zat yang dapat menurunkan tegangan permukaan, karena
cenderung untuk terkonsentrasi pada permukaan atau antar muka. Surfaktan
mempunyai orientasi yang jelas sehingga cenderung pada rantai lurus. Sabun
merupakan salah satu contoh dari surfaktan. Sturktur surfaktan secara 3 dimensi
:
Molekul
surfaktan yang bersifat amfifil yaitu suatu molekul yang mempunyai dua ujung
yang terpisah, yaitu ujung polar (hidrofilik) dan ujung non polar (hidrifobik).
Sifat surfaktan yang amfifil menyebabkan surfaktan di adsorpsi pada antar muka
baik itu cair/gas (yang tidak saling bercampur).
Surfaktan
akan selalu berada pada antar muka suatu cairan (berbeda jenis), bila jumlah
gugus hidrofil dan lipofilnya seimbang. Tapi, apabila suatu surfaktan memiliki
gugus hidrofil lebih besar lipofil, maka surfaktan akan lebih berada pada fase
air dan sedikit berada pada antar muka. Sebaliknya, bila suatu surfaktan
memiliki gugus hidrofil lebih kecil dari lipofil maka surfaktan akan lebih
berada pada fase minyak dan sedikit berada pada antar muka. Surfaktan dapat
digunakan menjadi dua golongan besar yaitu, surfaktan yang larut dalam minyak
dan surfaktan yang larut dalam pelarut air. Surfaktan yang larut dalam minyak :
Ada tiga yang termasuk dalam golongan ini, yaitu senyawa polar berantai
panjang, senyawa fluorocarbon, dan senyawa silicon.
Surfaktan
yang larut dalam pelarut air : Golongan ini banyak digunakan antara lain
sebagai zat pembasah, zat pembusa, zat pengemulsi, zat anti busa, detergen, zat
flotasi, mencegah korosi, dan lai-lain. Ada empat yang temasuk dalam golongan
ini yaitu surfaktan anion yang bermuatan negative, surfaktan yang bermuatan
positif, surfaktan nonion yang tak terionisasi dalam larutan, dan surfaktan
amfoter yang bermuatan negative dan positif bergantung pada pH-nya.
Surfaktan
menurunkan tegangan permukaan air dengan mematahkan ikatan-ikatan hydrogen pada
permukaan. Hal ini dilakukan dengan menaruh kepala-kepala hidrofiliknya
terentang menjauhi permukaan air. Sabun dapat membentuk misel (miceves), suatu
molekul sabun mengandung suatu rantai hidrokarbon panjang plus ujung ion.
Bagian hidrokarbon dari molekul sabun bersifat hidrofobik dan larut dalam
zat-zat non polar, sedangkan ujung ion bersifat hidrofilik dan larut dalam air.
Karena adanya rantai hidrokarbon, sebuah molekul sabun secara keseluruhan
tidaklah benar-benar larut dalam air, tetapi dengan mudah akan tersuspensi di
dalam air. Larutan surfaktan dalam air menunjukkan perubahan sifat fisik yang
mendadak pada daerah konsentrasi yang tertentu. Perubahan yang mendadak ini
disebabkan oleh pembentukan agregat atau penggumpalan dari beberapa molekul
surfaktan menjadi satu, yaitu pada konsentrasi kritik misel (KMK).
Tegangan
permukaan juga merupakan sifat fisik yang berhubungan dengan gaya antarmolekul
dalam cairan dan didefinisikan sebagai hambatan peningkatan luas permukaan
cairan. Awalnya tegangan permukaan didefinisikan pada antar muka cairan dan
gas. Namun, tegangan yang mirip juga ada pada tegangan antar muka
cairan-cairan, atau padatan dan gas. Tegangan semacam ini secara umum disebut
dengan tegangan antar muka.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar