Laporan Praktikum Sabun dan Tegangan Permukaan

LAPORAN PRAKTIKUM

SABUN DAN TEGANGAN PERMUKAAN

Disusun Oleh :

Kelompok 9

Alief Noer Ubay                     14030654058

Nanda Silviana                        14030654061

Rizqika Imami Astiana           14030654074

Abid Rohmiyatul Wahda        14030654080

Pendidikan Sains-B 2014

JURUSAN IPA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS NEGERI SURABAYA

2016

BAB I

PENDAHULUAN

A.    LATAR BELAKANG

Dalam kehidupan sehari-hari seringkali kita menggunakan sabun untuk membersihkan sesuatu atau menghilangkan noda. Gelembung sabun atau tetes air yang berbentuk bulat dipengaruhi oleh adanya tegangan permukaan. Gelembung sabun memiliki dua selaput tipis pada permukaannya dan di antara kedua selaput tersebut terdapat lapisan air tipis. Adanya tegangan permukaan menyebabkan selaput berkontraksi dan cenderung memperkecil luas permukaannya. Ketika selaput air sabun berkontraksi dan berusaha memperkecil luas permukaannya, timbul perbedaan tekanaan udara di bagian luar selaput (tekanan atmosfir) dan tekanan udara di bagian dalam selaput. Tekanan udara yang berada di luar selaput (tekanan atmosfir) mendorong selaput air sabun karena tekanan udara di bagian dalam selaput lebih kecil. Setelah selaput berkontraksi, maka udara di dalamnya (udara yang terperangkap di antara dua selaput) ikut tertekan, sehingga menaikan tekanan udara di dalam selaput sampai tidak terjadi kontraksi lagi.

Tegangan permukaan yang terjadi pada zat cair dipengaruhi oleh beberapa faktor, diantaranya adalah suhu, zat terlarut, dan surfaktan. Oleh karena itu dilakukan percobaan mengenai sabun dan tegangan permukaan agar dapat mengetahui pengaruh adanya penambahan sabun dan massa kawat yang dimasukkan dalam suatu larutan terhadap tegangan permukaan yang dihasilkan dalam larutan tersebut.

B.     RUMUSAN MASALAH

Berdasarkan rumusan masalah di atas maka dapat diperoleh rumusan masalah sebagai berikut.

“Bagaimana pengaruh konsentrasi larutan detergen terhadap tegangan permukaan?”

C.    TUJUAN

Kegiatan praktikum ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh konsentrasi larutan detergen terhadap tegangan permukaan.

D.    HIPOTESIS

“Jika konsentrasi larutan detergen semakin besar maka tegangan permukaannya semakin kecil”

BAB II

DASAR TEORI

A.    Konsep Tegangan Permukaan

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. Molekul cairan biasanya saling tarik menarik. Di bagian dalam cairan, setiap molekul cairan dikelilingi oleh molekul-molekul lain di setiap sisinya; tetapi di permukaan cairan, hanya ada molekul-molekul cairan di samping dan di bawah. Di bagian atas tidak ada molekul cairan lainnya. Karena molekul cairan saling tarik menarik satu dengan lainnya, maka terdapat gaya total yang besarnya nol pada molekul yang berada di bagian dalam cairan. Sebaliknya, molekul cairan yang terletak dipermukaan ditarik 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.     Sabun

Sabun adalah surfaktan yang digunakan dengan air untuk mencuci dan membersihkan. Sabun biasanya berbentuk padatan tercetak yang disebut batang. Penggunaan sabun cair juga telah meluas, terutama pada sarana-sarana publik. Jika diterapkan pada suatu permukaan, air bersabun secara efektif mengikat partikel dalamsuspensi mudah dibawa oleh air bersih.Di negara berkembang, deterjen sintetik telah menggantikan sabun sebagai alat bantu mencuci atau membersihkan (Anonim, 2014).

Surfaktan merupakan molekul yang memiliki gugus polar yang suka air (hidrofilik) dan gugus non polar yang suka minyak (lipofilik) sekaligus, sehingga dapat mempersatukan campuran yang terdiri dari minyak dan air. Surfaktan adalah bahan aktif permukaan, yang bekerja menurunkan tegangan permukaan cairan, sifat aktif ini diperoleh dari sifat ganda molekulnya. Bagian polar molekulnya dapat bermuatan positif, negatif ataupun netral, bagian polar mempunyai gugus hidroksil sementara bagian non polar biasanya merupakan rantai alkil yang panjang (Anonim, 2013).

Tegangan permukaan adalah gaya yang diakibatkan oleh suatu benda yang bekerja pada permukaan zat cair sepanjang permukaan yang menyentuh benda itu. Tegangan permukaan zat cair merupakan kecenderungan permukaan zat cair untuk menegang, sehingga permukaannya seperti ditutupi oleh suatu lapisan elastic. Selain itu, tegangan permukaan juga diartikan sebagai suatu kemampuan atau kecenderungan zat cair untuk selalu menuju ke keadaan yang luas permukaannya lebih kecil yaitu permukaan datar atau bulat seperti bola atau ringkasnya didefinisikan sebagai usaha yang membentuk luas permukaan baru. Dengan sifat tersebut zat cair mampu untuk menahan benda-benda kecil di permukaannya.

C.    Persamaan Tegangan Permukaan

Untuk membantu kita menurunkan persamaan tegangan permukaan, kita tinjau sebuah kawat yang dibengkokkan membentuk huruf U. Sebuah kawat lain yang berbentuk lurus dikaitkan pada kedua kaki kawat U, di mana kawat lurus tersebut bisa digerakkan.

Jika kawat ini dimasukan ke dalam larutan sabun, maka setelah dikeluarkan akan terbentuk lapisan air sabun pada permukaan kawat tersebut. Karena kawat lurus bisa digerakkan dan massanya tidak terlalu besar, maka lapisan air sabun akan memberikan gaya tegangan permukaan pada kawat lurus sehingga kawat lurus bergerak ke atas (perhatikan arah panah). Untuk mempertahankan kawat lurus tidak bergerak (kawat berada dalam kesetimbangan), maka diperlukan gaya total yang arahnya ke bawah, di mana besarnya gaya total adalah F = w + T. Dalam kesetimbangan, F = gaya tegangan permukaan yang dikerjakan oleh lapisan air sabun pada kawat lurus.

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 perbandinganantara 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.

Tegangan antar muka adalah gaya persatuan panjang yang terdapat pada antarmuka dua fase cair yang tidak bercampur. Tegangan antar muka selalu lebih kecil dari pada tegangan permukaan karena gaya adhesi antara dua cairan tidak bercampur lebihbesar dari pada adhesi antara cairan dan udara (Hamid, 2010).

D.    Faktor yang Mempengaruhi Tegangan Permukaan

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. Faktor-faktor yang menpengaruhi :

1.      Suhu

Tegangan permukaan menurun dengan meningkatnya suhu, karena meningkatnya energi 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. Surfaktan (surface active agents), zat yang dapat mengaktifkan permukaan, karena cnderung untuk terkonsentrasi pada permukaan atau antar muka. Surfaktan mempunyai orientasi yang jelas sehingga cenderung pada rantai lurus. Sabun merupakan salah satu contoh dari surfaktan.

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. (Douglas, 2001)

E.     Hubungan Deterjen dengan Tegangan Permukaan Air

Semua cairan memiliki tegangan permukaan, tetapi tegangan permukaan air lebih tinggi dari yang lainnya. Tegangan permukaan dari air bisa diturunkan dengan penambahan zat pembasah seperti sabun atau deterjen. Sabun dan deterjen adalah surfaktan (zat aktif permukaan). Ketika suatu deterjen ditambahkan ke butiran air dalam permukaan yang berminyak, tegangan permukaan akan menurun, butiran-butiran akan hancur, dan air akan menyebar. Tegangan permukaan cairan dapat didefinisikan sebagai gaya per satuan panjang pada permukaan cairan yang melawan ekspansi dari luas permukaan. Tegangan permukaan cairan γ, berbeda-beda bergantung pada jenis cairan dan suhu. Adanya zat terlarut pada cairan dapat menaikkan atau menurunkan tegangan permukaan tergantung sifat zat terlarutnya. Makin kecil nilai γ suatu cairan, makin besar kemampuan cairan tersebut membasahi benda.

Penelitian mengenai sifat-sifat deterjen dan dampaknya terhadap perairan yang telah dilakukan Manik, J.M (1987), yang menyimpulkan bahwa secara fisika deterjen merupakan zat yang berfungsi menurunkan tegangan permukaan zat cair. Bhattacharya (2004) telah meneliti tentang studi tegangan permukaan poly (vinil alcohol) yang dipengaruhi konsentrasi, suhu dan penambahan zat chaotropic telah menyimpulkan bahwa suhu dan konsentrasi dapat meningkatkan dan menurunkan tegangan permukaan molekul polimer tersebut. Syahra (2004) telah meneliti pengaruh konsentrasi deterjen komersil dan komposisi linier alkilbenzen sulfonat pada beberapa merek dagang deterjen cair terhadap tegangan antar permukaan air-minyak tanah.

BAB III

METODE PERCOBAAN

A.    ALAT DAN BAHAN

·         Alat

1)      Gelas Beker                                                                 2 buah

2)      Kawat loop pengukur tegangan permukaan               3 buah

3)      Neraca                                                                         1 buah

4)      Spatula                                                                        1 buah

5)      Mistar                                                                          1 buah

·         Bahan

1)      Detergen                                                                     18 gram

2)      Air                                                                               900 mL

B.     RANCANGAN PERCOBAAN

C.    VARIABEL

·         Variabel manipulasi       : massa detergen, massa kawat

Definisi operasional       : kami membuat manipulasi untuk massa detergen yaitu 3 gram, 6 gram, dan 9 gram. Sedangkan ntuk massa kawat yaitu 0,86 gram ; 0,90 gram dan 1,34 gram.

·         Variabel kontrol             : jenis detergen, volume air

Definisi operasional   : jenis detergent merupakan variable yang dikontrol dalam percobaan ini dan volume air yang digunakan sebagai pelarut sebanyak 300 mL.

·         Variabel respon              : waktu dan tegangan permukaan

Definisi operasional        : waktu yang dibutuhkan gelembung untuk pecah dan tegangan permukaan untuk setiap konsentrasi larutan detergent.

D.    LANGKAH PERCOBAAN

1)      Menyiapkan alat dan bahan

2)      Mengukur panjang kawat

3)      Menimbang massa kawat loop dengan menggunakan neraca.

4)      Memasukkan air 300 mL ke dalam gelas beker

5)      Menambahkan detergen 3 gram kedalam gelas kimia kemudian diaduk dengan spatula hingga homogeny

6)      Memasukkan kawat loop ke dalam gelas kimia kemudian diangkat sampai permukaan

7)      Mengamati perubahan yang terjadi dan mencatat kedalam tabel hasil pengamatan

8)      Mengulangi langkah 1-7 namun dengan massa detergen yang berbeda yaitu 6 gram dan 9 gram

E.     ALUR PERCOBAAN

 BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

A.    DATA

Berdasarkan percobaan yang telah kami lakukan tentang sabun dan tegangan permuakaan maka diperoleh data sebagai berikut.

Tabel 4.1. Pengaruh konsentrasi larutan detergen terhadap tegangan permukaannya.

Keterangan :

m₁                    = massa kawat loop

m₂                    = massa detergen

Kawat ke-1     = 6,0 cm

Kawat ke-2     = 5,7 cm

Kawat ke-3     = 6,2 cm

Volume pelarut (air) = 300 mL

B.     ANALISIS

Pada percobaan untuk mengetahui pengaruh konsentrasi larutan detergent terhadap tegangan permukaannya, kami memasukkan kawat ke dalam larutan detergen dengan konsentrasi yang berbeda. Konsentrasi larutan detergen yang kami gunakan yaitu (1) 3 gram detergent dalam 300 mL air, (2) 6 gram detergen dalam 300 mL air dan (3) 9 gram detergen dalam 300 mL air. Hasil yang kami peroleh adalah panjang kawat lurus (l) sebagai akibat dari tegangan permukaan yang ditimbulkan oleh lapisan air sabun dan waktu (t) yang dibutuhkan gelembung air sabun untuk pecah. Besar tegangan permukaan dapat diketahui dengan menggunakan persamaan  (N/m).

Pada kawat pertama dengan massa 0,86 gram dan panjang kawat 6,0 cm diperoleh panjang kawat lurus (l) untuk setiap konsentrasi larutan detergent secara berturut-turut yaitu 4,0 cm ; 4,5 cm dan 5,0 cm dengan waktu (t) yang dibutuhkan gelembung untuk pecah yaitu 8,2 s ; 8,4 s dan 8,7 s. Sedangkan besar tegangan permukaannya (γ) untuk setiap konsentrasi larutan detergen yaitu pertama 0,11 N/m, kedua 0,09 N/m dan ketiga 0.08 N/m.

Pada kawat kedua dengan massa 0,90 gram dan panjang kawat 5,7 cm diperoleh panjang kawat lurus (l) untuk setiap konsentrasi larutan detergent secara berturut-turut yaitu 1,5 cm ; 1,8 cm dan 2,1 cm dengan waktu (t) yang dibutuhkan gelembung untuk pecah yaitu 6,7 s ; 7,0 s dan 7,4 s. Sedangkan besar tegangan permukaannya (γ) untuk setiap konsentrasi larutan detergen yaitu pertama 0,29 N/m, kedua 0,24 N/m dan ketiga 0,21 N/m.

Pada kawat ketiga dengan massa 1,34 gram dan panjang kawat 6,2 cm diperoleh panjang kawat lurus (l) untuk setiap konsentrasi larutan detergent secara berturut-turut yaitu 4,0 cm ; 4,5 cm dan 4,8 cm dengan waktu (t) yang dibutuhkan gelembung untuk pecah yaitu 9,0 s ; 10,0 s dan 9,0 s. Sedangkan besar tegangan permukaannya (γ) untuk setiap konsentrasi larutan detergen yaitu pertama 0,16 N/m, kedua 0,14 N/m dan ketiga 0,13N/m

C.    PEMBAHASAN

Pada percobaan sabun dan tegangan permukaan dapat diidentifikasi bahwa konsentrasi larutan mempengaruhi besar tegangan permukaan yang dihasilkan. Semakin besar konsentrasi larutan detergen maka tegangan permukaan semakin kecil. Selain itu tegangan permukaan pada zat cair juga dipengaruhi oleh massa kawat dan panjang kawat. Zat terlarut yang kami gunakan pada percobaan ini adalah sabun (detergen). Penambahan detergen ke dalam air menyebabkan tegangan permukaan menurun. Berdasarkan hasil analisis dapat diketahui bahwa setiap kawat loop (ke-1,ke-2 dan ke-3) yang dimasukkan ke dalam larutan detergen menunjukkan bahwa semakin besar konsentrasi larutan detergen maka nilai tegangan permukaannya semakin kecil. Pada saat kawat dimasukkan kedalam larutan detergen kemudian diangkat ke permukaan, kawat loop akan bergerak turun. Adanya partikel sabun diantara kawat loop menyebabkan panjang turunnya kawat loop berbeda untuk setiap konsentrasinya. Hal ini terjadi karena larutan detergen dengan konsentrasi lebih tinggi memiliki viskositas (kekentalan) yang lebih tinggi. Ketika kawat loop bergerak turun, kawat loop menarik partikel larutan detergen (sabun) sampai batas kekentalannya. Karena kekentalan berbanding lurus dengan konsentrasi maka panjang turunnya kawat (l) secara tidak langsung dipengaruhi konsentrasi larutan detergen. Semakin tinggi konsentrasi maka panjang turunnya kawat (l) semakin besar. Turunnya kawat tersebut diikuti juga dengan menurunnya kerapatan dari lapisan elastis pada gelembung yang dihasilkan sehingga gelembung akan semakin cepat pecah atau meletus. Karena gelembung sabun dengan konsentrasi yang lebih tinggi memiliki kerapatan yang lebih tinggi maka waktu yang dibutuhkankan gelembung untuk pecah juga semakin lama.

D.    DISKUSI

Pada percobaan yang telah kami lakukan terdapat hal yang tidak sesuai dengan teori. Pada kawat loop ketiga dengan massa 1,64 gram terdapat ketidaksesuaian dengan teori seharusnya kawat yang di masukkan kedalam larutan detergen dengan konsentrasi yang lebih pekat yaitu 9 gram detergen dalam 300 mL air  membutuhkan waktu yang lebih lama untuk gelembung dapat sabun pecah. Pada hasil percobaan yang telah kami lakukan diketahui bahwa gelembung meletus lebih cepat daripada konsentrasi larutan detergen sebelumnya (6 gram getergen dalam 300 mL air). Hal ini dikarenakan karena kawat yang kami gunakan sudah tidak layak untuk dipakai, pengaruh gerakan saat mengangkat kawat loop dan kondisi lingkungan yang dapat membuat gelembung pecah lebih cepat.

BAB V

PENUTUP

A.    KESIMPULAN

Berdasarkan percobaan yang telah kami lakukan dapat disimpulkan bahwa konsentrasi larutan mempengaruhi besar tegangan permukaan. Semakin tinggi konsentrasi larutan maka tegangan permukaannya semakin kecil.

B.     SARAN

Sebelum melakukan kegiatan praktikum, praktikan hendaknya :

1)      Membaca dan memahami dengan benar mengenai konsep dari percobaan yang akan dilakukan baik dari buku panduan praktikum atau literatur lain.

2)      Memeriksa kondisi alat dan bahan yang akan digunakan selama praktikum agar hasil yang diperoleh lebih valid.

DAFTAR PUSTAKA

Gabriel, J.F. 1996. Fisika Kedokteran. Jakarta: EGC. Giancoli. 2001. Fisika Edisi ke-5 Jilid 1. Jakarta: Erlangga.

D, Satya. 2012. Hubungan Detergen dengan Tegangan Permukaan Air . (Online). (http://satyad.blogspot.com/2012/02/hubungan-deterjen-dengan-tegangan.html. diakses pada 5 april 2016).

Ibrahim, Solihin. 2000. Fisika. erlangga: Jakarta Kanginan, Marthen. Physics for Senior High School 2nd Semester Grade XI. 2010. Jakarta: Erlangga.

Kholidah. 2013. Tegangan permukaan. (online). (http://kholidah-fisikaupi.blogspot.co.id/2013/03/tegangan-permukaan.html. diakses pada  5 april 2016 jam 13:39 WIB)

Rizky.2012. Tegangan Permukaan. (Online). (http://riizky007.blogspot.com/2012/10/tegangan-permukaan.html. diakses pada 5 april 2016).