LAPORAN PRAKTIKUM KIMIA KIMIA FISIK II VISKOSITAS CAIRAN Selasa, 08 April 2014
DISUSUN OLEH: Fikri Sholiha 1112016200028 KELOMPOK 4 1. Fika Rakhmalinda 2. Naryanto
1112016200005 1112016200018
PROGRAM STUDI PENDIDIKAN KIMIA JURUSAN PENDIDIKAN ILMU PENGETAHUAN ALAM FAKLTAS ILMU TARBIYAH DAN KEGURUAN UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SYARIF HIDAYATULLAH JAKARTA 2014
A. ABSTRAK Viskositas fluida (yakni zat cair) adalah gesekan yang ditimbulkan oleh fluida yang bergerak atau benda padat yang bergerak di dalam fluida. Tujuan praktikum viskositas cairan ini, yakni memahami cara penentuan kerapatan zat cair (viskositas) dengan metode ostwald dan falling ball. Viskositas dipengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu tekanan, suhu, dan tegangan permukaan suatu jenis cairan. Pada metode falling ball, nilai viskositas dipengaruhi oleh gaya gravitasi kelereng. Metode ini juga mempengaruhi gaya gesek kelereng terhadap jenis fluida sehingga menghasilkan kecepatan dan kelajuan yang berbeda dari setiap jenis fluida. Pada metode ostwald, digunakan suatu alat, yakni viskometer untuk mengukur laju/kecepatan suatu cairan untuk kembali ke keadaan semula. Kelemahan dari metode ostwald ini, yakni sulitnya mengukur ketinggian pipa akibat lekukan yang ada pada pipa viscometer. Laju viskositas dipengaruhi oleh suatu aliran, aliran ini ada dua. Yang pertama, aliran laminar atau aliran kental merupakan laju aliran kecil melalui sebuah pipa dengan garis tengah kecil, yang kedua aliran ‘turbulen’ yang menggambarkan laju aliran yang besar melalui pipa dengan diameter yang lebih besar. Minyak dan oli termasuk aliran laminar karena laju aliran yang melewati pipa kecil, sedangkan aquades dan etanol merupakan aliran turbulen karena laju aliran yang melewati pipa besar.
B. PENDAHULUAN Viskositas fluida (zat cair) adalah gesekan yang ditimbulkan oleh fluida yang bergerak atau benda padat yang bergerak di dalam fluida. Besaran gesekan ini biasanya juga disebut derajat kekentalan zat cair. Jadi semakin besar viskositas zat cair, maka semakin susah benda padat bergerak di dalam zat cair tersebut. Suatu jenis cairan yang mudah mengalir, dapat dikatakan memiliki viskositas yang rendah, dan sebaliknya bahanbahan yang sulit mengalir dikatakan memiliki viskositas yang tinggi. Viskositas suatu fluida adalah sifat yang menunjukkan besar dan kecilnya tahanan dalam fluida terhadap gesekan1.
1
Pengukuran
viskositas
bola
jatuh
fluida
dengan
mikrokontroler
atmega
8535,
http://repository.library.uksw.edu/bitstream/handle/123456789/629/T1_642005008_Full%20text.pdf?sequenc e=2, pada tanggal 10 April 2014 pukul 14:00
Aliran cairan dapat dikelompokkan ke dalam dua tipe. Yang pertama adalah aliran ‘laminar’ atau aliran kental, yang secara umum menggambarkan laju aliran kecil melalui sebuah pipa dengan garis tengah kecil. Aliran yang lain adalah aliran ‘turbulen’ yang menggambarkan laju aliran yang besar melalui pipa dengan diameter yang lebih besar.2 Dalam pembuatan alat sederhana ini menggunakan metode ostwald dan falling ball. Metode Ostwald merupakan suatu variasi dari metoda Poisseuille. Prinsip dari metode ini dapat dipelajari dari Gambar 1 sejumlah tertentu fluida dimasukkan ke dalam A, kemudian dengan cara menghisap atau meniup, fluida dibawa ke B, sampai melewati garis m. Selanjutnya fluida dibiarkan mengalir secara bebas dan waktu yang diperlukan untuk mengalir bebas dari garis m ke n diukur.3
Gambar 1. Viskometer Ostwald (Sumber: Laboratorium Kimia FMIPA Universitas Negeri Semarang).
Metode Ostwald waktu yang dibutuhkan untuk mengalirnya sejumlah tertentu cairan dicatat, dan η dihitung dengan hubungan
η=
π (∆P )R 4 t 8VL
Metode Bola Jatuh: metode bola jatuh menyangkut gaya gravitasi yang seimbang dengan gerakan aliran pekat, dan hubungannya adalah:
η=
2rb2 (d b − d ) g 9v
2
S. K. Dogra dan S. Dogra, Kimia Fisik dan Soal-Soal terj Umar Mansyur, UI Press: Jakarta, hlm. 209-210.
3
Ari Hendriyana dalam Asep Suryana dan Euis Sustini, 2011, Alat Sederhana untuk Menentukan Viskositas Fluida, diakses dari http://prosiding.papsi.org/index.php/SFN/article/view/301/311 pada tanggal 13 April 2014
dimana b merupakan bola jatuh atau manik-manik dan g adalah konstanta gravitasi.4 Jika sebuah benda berbentuk bola dijatuhkan ke dalam fluida kental, misalnya kelereng dijatuhkan ke dalam kolam renang yang airnya cukup dalam, nampak mulamula kelereng bergerak dipercepat. Tetapi beberapa saat setelah menempuh jarak cukup jauh, Nampak kelereng bergerak dengan kecepatan konstan (bergerak lurus beraturan). Ini berarti disamping gaya berat dan gaya apung zat cair masih ada gaya lain yang bekerja pada kelereng tersebut. Gaya ketiga ini adalah gaya gesekan yang dipengaruhi kekentalan fluida. Akan tetapi penggunaan metode ini, terutama dengan peralatan eksperimen manual yang memiliki banyak kekurangan. Salah satunya, yaitu pencatatan waktu tempuh bola yang kurang teliti. Ini menyebabkan nilai viskositas yang diperoleh memiliki nilai ralat yang besar atau kurang teliti. Untuk itu diperlukan otomatisasi untuk pencatatan waktu tempuh bola jatuh ini.5 Salah satu kerumitan dalam pengukuran intensitas adalah: dalam beberapa kasus, ternyata fluida itu bersifat non-Newtoian, yaitu: viskositasnya berubah saat laju aliran bertambah. Penurunan viskositas dengan bertambahnya laju aliran, menunjukkan adanya molekul seperti batang panjang, yang terorientasi oleh aliran itu, sehingga saling meluncur melewati satu sama laindengan lebih bebas. Dalam beberapa kasus, tekanan yang disebabkan oleh aliran menjadi sangat besar, sehingga molekul panjang terputusputus. Ini membawa konsekuensi lebih lanjut pada viskositas.6
C. MATERIAL DAN METODE Cara Ostwald Alat
Bahan Aquades
Viskometer Gelas Kimia
Etanol
4
S. K. Dogra dan S. Dogra, op cit, hlm. 211
5
Pengukuran
viskositas
bola
jatuh
fluida
dengan
mikrokontroler
atmega
8535,
http://repository.library.uksw.edu/bitstream/handle/123456789/629/T1_642005008_Full%20text.pdf?sequence =2, pada tanggal 10 April 2014 pukul 14:00 6
Atkins, P. W., 1993, Kimia Fisika, edisi keempat, jilid 2, Jakarta: Erlangga.
Stopwatch Mistar Bulp
Minyak tanah/kerosin oli
Cara Falling Ball Alat
Kelereng Gelas Kimia Stopwatch Mistar
Bahan Aquades Etanol Minyak tanah/kerosin oli
Pengukuran massa jenis Alat
picknometer neraca ohauss
Bahan Aquades Etanol Minyak tanah/kerosin oli
1. Masukkan air ke dalam picknometer 2. Kemudian timbang picknometer berisi sampel tersebut di neraca ohauss 3. Ulangi dengan mengganti sampel dengan etanol, minyak, oli
Metode Ostwald 1. 2. 3. 4.
Bersihkan viskometer dengan menggunakan pelarut yang sesuai (bisa dengan etanol Ukur larutan air sebanyak 40 ml kemudian masukkan ke dalam viskometer Tandai tinggi larutan pada A dan B Sedot air menggunakan bulp yang diletakkan pada pipa B (selama proses penyedotan pipa B, tutup pipa A) 5. Lepas bulp pada pipa B sehingga air kembali ke posisi semula (dari m ke n), catat waktu yang dibutuhkan air sampai ke posisi semula 6. Ulangi langkah 1-5 dengan sampel etanol, minyak dan oli
Metode Falling Ball 1. Ukur panjang gelas kimia 2. Ukur jari-jari kelereng 3. Masukkan air ke dalam gelas kimia ukuran 100 ml (usahakan agar air penuh) 4. Masukkan kelereng ke dalam gelas kimia tersebut 5. Putar gelas kimia 180° sehingga kelereng bergeser 6. Catat waktu yang dibutuhkan kelereng jatuh ketika gelas kimia diputar 180°
D. HASIL DAN DISKUSI picknometer kosong (gram)
sampel Aquades Etanhol Minyak tanah/kerosin Oli
ρ=
massa volume
ρ aquades =
46,1 − 22,2 0,249
= 95,98 gr/l
22,2
picknometer+sampel (gram) 46,1
22,2
41,6
0,249
95,98 77,91
22,2
43,25
0,249
84,538
22,2
42,45
0,249
81,325
volume (L) 0,249
massa jenis (gr/ml)
ρ e tan ol =
41,6 − 22,2 0,249
= 77,91 gr/l
ρ min yak =
43,25 − 22,2 0,249
= 84,538 gr/l
ρ oli =
42,45 − 22,2 0,249 = 81,325 gr/l
Metode Ostwald Sampel Aquades Etanhol Minyak tanah/kerosin Oli
η=
Volume sampel (ml) 0,04
jari-jari pipa (cm) 0,85
panjang pipa (cm) 11,6
0,04 0,04 0,04
0,85 0,85 0,85
11,6 11,6 11,6
π (∆P )R 4 t 8VL
η =koefisien viskositas (poise) R = jari-jari pipa (m)
t = waktu (detik)
V= volume (liter) L= panjang pipa (cm) P = tekanan (dyne/cm2) Diketahui: P = 1 atm = 1,013.106 dyne/cm2
waktu (sekon) 1,39 5,49 50,17 3,42
R = 0,85 cm V = 0,04 liter = 40 cm3 L = 11,6 cm
η aquades =
π (∆P )R 4 t aquades 8VL
(
)
22 4 1,013.10 6 (0,85) (1,39) = 7 8(40)(11,6) = 622,324 Poise
η e tan ol =
π (∆P )R 4 t e tan ol 8VL
(
)
22 4 1,013.10 6 (0,85) (5,49 ) = 7 8(40)(11,6) = 2457,956 Poise
η min yak =
π (∆P )R 4 t min yak 8VL
22 4 ( 1,013.10 6 )(0,85) 50,17 = 7 8(40)(11,6) = 22461,8 Poise
η oli =
π (∆P )R 4 t oli 8VL
(
)
22 4 1,013.10 6 (0,85) 4,32 7 = 8(40)(11,6) = 1934,1295 Poise
Metode Falling Ball Sampel
jari-jari kelereng (dm)
tinggi tabung (dm)
waktu (sekon)
0,15
1,62
0,98
0,15
1,62
1,09
0,15 0,15
1,62 1,62
1,87 1,12
Aquades Etanhol Minyak tanah/kerosin Oli
l v= t
7
v = kecepatan (dm/s) l = jarak (dm) t = waktu (detik)
v Aquades =
1,62 = 1,65dm/s 0,98
v Ethanol =
1,62 = 1,4862dm/s 1,09
v Minyak Tanah/Kerosin = v Oli =
7
1,62 = 0,86631dm/s 1,87
1,62 = 1,4464dm/s 1,12
Ridwan, Elbi Wiseno, dan Petjo Gangsar Suwargo, Pembuatan dan Pengujian Viskometer Tabung http://www.gunadarma.ac.id/library/articles/graduate/industrial-technology/2008/Artikel_20402787.pdf diakses pada 13 April 2014
4 v kelereng = πr 3 3 =
4 22 . .(1,5) 3 3 7 3
= 14,142857cm
= 0,014142857 dm3
Diketahui: massa kelereng = 3 gram
ρ kelereng =
3 gram 0,014142857dm 3 3
= 212,12121426 gr/dm
η=
2rb2 (d b − d ) g 9v
η aquades =
2(0,15) 2 ( 212,121214 26 − 95,98)(10) = 3,519gr/dm s = 0,3519gr/cm s = 0,3519 Poise 9(1,65)
η e tan ol =
2(0,15) 2 ( 212,121214 26 − 77,91)(10) = 4,51524gr/dm s = 0,451524gr/cm s = 0,451524 Poise 9(1,4862)
η min yak =
2(0,15) 2 ( 212,121214 26 − 84,538)(10) =7,36360gr/dm.s =0,736360gr/cm.s= 0,736360 Poise 9(0,86631)
η aquades =
2(0,15) 2 ( 212,121214 26 − 81,325)(10) = 4,5214gr/dm s = 0,45214gr/cm.s = 0,45214 Poise 9(1,4464)
Viskositas fluida (zat cair) adalah gesekan yang ditimbulkan oleh fluida yang bergerak atau benda padat yang bergerak di dalam fluida. Besaran gesekan ini biasanya juga disebut derajat kekentalan zat cair. Pada percobaan viskositas dengan metode ostwald, viskositas aquades yang didapat dari perhitungan, yaitu 0,3519 Poise, viskositas etanol yang didapat dari perhitungan, yaitu 0,451524 Poise, viskositas minyak yang didapat dari perhitungan, yaitu 0,736360 Poise, viskositas oli yang didapat dari perhitungan, yaitu 0,45214 Poise Semakin tinggi viskositas, semakin sulit suatu jenis
cairan mengalir, semakin rendah viskositas, semakin mudah suatu jenis cairan mengalir. Oli dan minyak termasuk viskositas tinggi. Hal ini ditunjukkan oleh sukarnya/lamanya waktu fluida oli/minyak kembali ke posisi semula, sedangkan air dan etanol termasuk viskositas rendah ditunjukkan dari mudahnya aquades dan etanhol mencapai posisi semula dengan waktu yang lebih cepat. Pada metode ini, tinggi pipa sukar dihitung. Hal ini menyebabkan tinggi pada pipa kurang teliti, pun juga mempengaruhi harga viskositasnya. Pada percobaan metode bola jatuh, metode ini dipengaruhi oleh adanya gravitasi pada kelereng. Kelereng yang telah dimasukkan ke dalam gelas kimia mengalami gaya gravitasi akibat gelas kimia diputar 180°. Metode ini kurang tepat digunakan untuk menghitung nilai viskositas. Hal ini karena alat dan bahan sederhana yang digunakan pada metode ini menyebabkan nilai viskositas yang akan dicari kurang teliti, selain itu waktu yang dihitung selama kelereng jatuh akan tidak tepat. Oleh karena itu diperlukan pencatatan waktu otomatis yang akan mencatat waktu yang diperlukan kelereng untuk jatuh ketika diputar 180°. Agar nilai viskositas cairan (ketika menggunakan metode bola jatuh) dapat diketahui, diperlukan massa jenis kelereng, massa jenis zat cairan serta jarijari kelereng yang digunakan. Pada metode bola jatuh, nilai viskositas yang didapat dari aquades, yaitu 622,324 Poise, etanol, yaitu 2457,956 Poise, minyak, yaitu 22461,8 Poise, oli, yaitu 1934,1295 Poise. Hal ini menunjukkan bahwa nilai viskositas minyak dan oli lebih tinggi dari nilai viskositas aquades dan etanol, sehingga kelereng yang bergesekan dengan aquades dan etanol lebih mudah mengalir dibanding yang cairannya menggunakan minyak atau oli.
E. KESIMPULAN Berdasarkan percobaan Viskositas dapat disimpulkan bahwa: 1. Minyak dan oli memiliki viskositas yang lebih tinggi dibandingkan etanol dan aquades 2. Semakin tinggi viskositas, semakin sulit suatu fluida mengalir dan sebaliknya semakin rendah viskositas, semakin mudah suatu fluida mengalir 3. Viskositas dipengaruhi oleh tekanan, suhu dan tegangan permukaan 4. Viskositas dipengaruhi pula oleh gaya gesek antara kelereng dengan cairan
F. Refrensi Atkins, P. W. 1993. Kimia Fisika, edisi keempat, jilid 2. Jakarta: Erlangga. S. K. Dogra dan S. Dogra, 2009. Kimia Fisik dan Soal-Soal terj Umar Mansyur, UI Press: Jakarta, hlm. 209-210. Asep Suryana dan Euis Sustini, 2011, Alat Sederhana untuk Menentukan Viskositas Fluida, diakses dari http://prosiding.papsi.org/index.php/SFN/article/view/301/311 pada tanggal 13 April 2014
Ridwan, Elbi Wiseno, dan Petjo Gangsar Suwargo. Pembuatan dan Pengujian Viskometer Tabung http://www.gunadarma.ac.id/library/articles/graduate/industrialtechnology/2008/Artikel_20402787.pdf diakses pada 13 April 2014 Pengukuran
viskositas
bola
jatuh
fluida
dengan
mikrokontroler
atmega
8535.
http://repository.library.uksw.edu/bitstream/handle/123456789/629/T1_642005008_Full%20text.pdf?sequence =2, pada tanggal 10 April 2014 pukul 14:00
