MAKALAH PENENTUAN DENSITAS CAIRAN DAN PADATAN

PENENTUAN DENSITAS CAIRAN DAN PADATAN

BAB I PENDAHULUAN

Ketika kita membahas benda getar, kita berpikir tentang gumpalan materi tertentu, seperti balok kayu, bloa bisbol, atau batang logam. Besaran fisika yang membantu dalam menerapkan hukum Newton adalah massa dan gaya. Contohnya, kita dapat mengatakan, bahwa sebuah balok 3,6 kg terangkat oleh gaya sebesar 25 N.

Dengan fluida, kita akan lebih tertarik pada zat yang lebih luas dan pada sifat yang dapat bervariasi dari titik ke titik dalam zat tersebut. Akan lebih tepat membahas densitas dan tekanan dari pada massa dan gaya.

1.1  TUJUAN PERCOBAAN

1.      Untuk mengetahui densitas

2.      Untuk mengetahui faktor-faktor yang mempengaruhi densitas

3.      Untuk mengetahui aplikasi dari percobaan

 

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Densitas

Untuk menemukan densitas p sebuah fluida pada titik manapun, kita isolasi suatu elemen yang memiliki volume yang  kecil (∆V) di sekitar titik tersebut dan mengukur massa fluida ∆m yang terkandung dalam elemen tersebut. Maka rumus densitasnya adalah

Dalam teori, densitas pada titik manapun dalam fluida adalah batas dari rasio tersebut seiring dengan semakin mengecilnya volume elemen ∆V  pada titik tersebut. Pada penerapannya, kita asumsikan sampel fluida tersebut besar, relatif terhadap dimensi atomik dan bersifat “mulus” (dengan densitas yang seragam), bukan “bongkahan” atom. Asumsi ini membuat kita menyimpulkan bahwa:

(densitas seragam)

Di mana m dan V adalah massa dan volume sampel.

Densitas adalah besaran skalar; satuannya dalam SI adalah kg/m³. Tabel menunjukkan densitas beberapa zat dan densitas rata-rata beberapa objek. Tapi bahwa densitas gas bervariasi tergantung pada tekanan, tetapi densitas cairan tidak demikian; maka dapat kita simpulkan bahwa gas dapat dimampatkan sedangkan cairan tidak dapat dimampatkan.

Tekanan

Pasang sebuah sensor tekanan di dalam penampung yang berisi fluida, seperti sensor tersebut terdiri atas piston dengan luas permukaan ∆A yang berada di dalam silinder tertutup dan diletakkan berhadapan dengan sebuah pegas. Susunan tersebut membuat kita dapat mencatat jumlah di mana pegas (dikalibrasi) yang dimampatkan oleh fluida di sekelilingnya, sehingga mengindikasikan besarnya gaya ∆F yang bekerja normal terhadap piston.

Dalam teori, tekanan pada titik mana pun dalam fluida merupakan batas dari tabel ini karena luas permukaan ∆A piston yang terpusat pada titik tersebut dibuat lebih kecil dan semakin mengecil. Namun, jika gaya pada area datar A seragam, dapat merumuskan persamaan sebagai berikut:

(tekanan dari gaya yang seragam pada area datar)

Di mana F adalah besarnya gaya normal pada area A. (ketika kita menyatakan sebuah gaya itu seragam pada sebuah area, maksudnya adalah bahwa gaya tersebut terdistribusi secara merata ke setiap titik area tersebut).

Melalui percobaan, kita mengetahui bahwa pada titik tertentu di dalam fluida yang diam, tekanan p yang ditentuka oleh persamaan memiliki nilai yang sama tanpa mempedulikan orientasi sensor tekanan tersebut. Tekanan adalah besaran skala, tidak memiliki sifat arah. Memang benar bahwa gaya yang bekerja pada piston atau sensor tekanan kita merupakan besaran vektor, tetapi persamaan hanya melibatkan besarnya gaya tersebut sebagai sebuah besaran skalar.

Satuan SI tekanan adalah newton per meter persegi, yang diberi nama khusus, yaitu pascal (Pa). Dalam negara-negara yangbersistem metrik, alat pengukur tekanan baru dikalibrasi dalam kilopascal. Pascal tersebut berkaitan dengan beberapa satuan tekanan umum lainnya (non-SI) sebagai berikut:

1 atm = 1,01 x 10⁵ Pa = 760 torr = 14,7 lb/in²

Atmosfer (atm). seperti namanya, adalah perkiraan tekanan rata-rata atmosfer pada permukaan laut. Torr (berasal dari nama Evangelista Torricelli, yang menemukan barometer merkuri pada tahun 1674) sebelumnya disebut milimeter merkuri (mm Hg). Berat pon per inci persegi sering disingkat menjadi psi.

Densitas ( Rapatan )

Rapatan diperoleh dengan membagi massa suatu objek dengan volumenya.

                                                 (d) =

Suatu sifat yang besarnya tergantung pada jumlah bahan yang sedang diselidiki disebut sifat ekstensif. Baik massa maupun volume adalah sifat-sifat ekstensif. Suatu sifat yang tergantung pada jumlah bahan adalah sifat intensif. Rapatan yang merupakan perbandingan antara massa dan volume, adalah sifat intensif. Sifat-sifat intensif umumnya dipilih oleh para ilmuwan untuk pekerjaan ilmiah karena tidak tergantung pada jumlah bahan yang sedang diteliti.

Satuan SI untuk Rapatan adalah kg/m³ atau gr/cm³, tetapi kadang-kadang dapat pula dinyatakan dalam g/mi atau, untuk gas adalah g/I.

Massa 1000 cm³ air pada 4⁰C dan tekanan atmosfer normal adalah hampir tepat (tetapi hanya sedikit sekali kurang dari) 1 kg. Rapatan dari air dibawah keadaan ini adalah 1000 g/ 1000 cm³ = 1,000 g/cm³. Karena volume berubah menurut suhu sedangkan massa tetap, Rapatan merupakan fungsi dari suhu. Pada suhu 20⁰C Rapatan dari air adalah 0,998 g/cm³. Rapatan pada 20⁰C untuk dua jenis cairan adalah etil alkohol 0,789 g/cm³, karbon tetraklorida 1,59 g/cm³, dan rapatan untuk yang berbentuk padat, aluminium 2,70 g/cm³, besi 7,86 g/cm³, timbal 11,34 g/cm³, emas 19,3 g/cm³. Perhitungan numerik yang menyangkut konsep Rapatan terdapat pada sub-Bab 1 – 10.

Ada teka-teki kuno yang berbunyi: “Manakah yang lebih berat, satu ton batu bata atau satu ton bulu?”. Jawaban yang betul adalah beratnya sama, dan setiap orang yang menjawab jawaban itu berdasarkan atas arti dari massa – sebuah pengukuran jumlah bahan dari suatu materi. Seseorang yang menjawab bahwa bahwa batu bata lebih berat dari bulu adalah orang yang bingung terhadap konsep massa dan Rapatan. Materi dalam batu bata adalah lebih padat dibandingkan dengan di dalam bulu, jadi, batu bata memiliki volume yang lebih kecil, atau batu bata lebih padat di bandingkan bulu.

            Densitas atau Massa Jenis

            Massa jenis  atau densitas (density) suatu batuan secara harafiah merupakan perbandingan antara massa dengan volume total pada batuan tersebut. Secara sederhana, suatu batuan memiliki dua komponen, komponen padatan dan komponen rongga (pori). Keberadaan komponen padatan maupun komponen rongga mempunyai nilai yang beragam pada tiap-tiap batuan sehingga massa jenis dari suatu batuan berbeda dengan batuan yang lainnya. Ilustrasi pada gambar di bawah menunjukan dua jenis batuan yang terdiri dari presentase padatan dan rongga yang berbeda-beda. Namun rongga yang terdapat pada batuan tersebut juga dapat terisi oleh fluida, seperti air, minyak, ataupun gas bumi. Persentase rongga yang terisi oleh fluida dikenal dengan istilah kejenuhan fluida, untuk air dinamakan saturasi air (S_w), untuk hidrokarbon (minyak dan gas bumi) dikenal dengan saturasi hidrokarbon (S_HC).

Model Matriks dan Rongga pada Batuan

Pengaruh komponen padatan terhadap densitas batuan.

Komponen padatan yang terdapat pada batuan juga dapat memiliki masa jenis yang berbeda-beda juga. Massa jenis ini dikenal dengan istilah densitas matriks, yang dapat dirumuskan melalui rumus seperti demikian:

ρ_m=   m/V …(1)

Apabila komponen padatan pada kedua batuan tersebut adalah kuarsa, maka densitas matriks (ρ_m) untuk kedua batuan tersebut adalah densitas dari kuarsa (yaitu sekitar 2,65gr/cc atau 2,65kg/l). Perhatikan bahwa meskipun massa jenis dari komponen kuarsa sama, tetapi karena persen rongga pada kedua batuan tersebut (gambar di atas) berbeda, maka densitas dari kedua batuan tersebut akan berbeda-beda. Pada batuan yang pertama komponen padatannya 80% sedangkan pada batuan kedua 60%, sehingga densitas dari batuan yang komponen padatannya berupa kuarsa tersebut adalah 80% . 2,65gr/cc = 2,12gr/cc untuk batuan yang pertama dan 60% . 2,6gr/cc = 1,59gr/cc untuk batuan yang kedua. Dengan demikian hubungan antara densitas matriks dengan densitas total dari suatu batuan dapat dirumuskan sebagai berikut:

ρ =   ρ_m  . (1-φ) … (2) dengan φ: persen rongga atau porositas

Pengaruh saturasi fluida terhadap densitas batuan.

Tiap-tiap fluida akan mempunyai densitas tertentu pula, nilai ini dapat berbeda ataupun sama antara masing-masing fluida tergantung pada komponen fluida tersebut, temperatur, dan salinitasnya. Air, sebagai salah satu fluida yang merupakan fluida utama penyusun batuan dikatakan memiliki densitas yang berbeda-beda pada temperatur dan salinitas yang berebeda. Semakin saline (banyak kandungan garamnya) maka densitanya akan bertambah, dan mengenai temperatur: masih ingatkah kalian pelajaran SMP/SMA yang mengajarkan kalian tentang anomali air? Tetapi secara umum, kita dapat merumuskan pengaruh densitas yang dibawa oleh air/fluida lainnya terhadap densitas batuan, yaitu seperti berikut ini:

ρ =   ρ_m . (1-φ) + ρ_f . φ . S_f … (3)

·         fluida berupa air                ρ =   ρ_m .(1-φ) + ρ_w . φ. S_w … (4)

·         saturasi air 100%               ρ =   ρ_m . (1-φ) + ρ_w . φ … (5)

·         mengandung HC                ρ =   ρ_m . (1-φ) + ρ_w . φ . S_w + ρ_HC . φ . (1-S_w) … (6)

Darimanakah rumus (6) berasal? Dengan menganggap bahwa semua pori batuan sedimen terisi penuh oleh fluida, maka besaran volume untuk tiap-tiap komponen penyusun batuan dapat dihitung dengan menggunakan rumus berikut ini:

Ilustrasi Volume pada Batuan

Sehingga untuk suatu batuan yang terdiri dari matriks, air, dan hidrokarbon, rumusnya dijabarkan sebagai berikut:

massa jenis batuan total = massa jenis batuan dari matriks + massa jenis batuan dari air + massa jenis batuan dari HC

ρ = ρ_{bat m} + ρ_{bat W} + ρ_{bat HC}

ρ = m_matriks / V_batuan + m_air / V_batuan + m_HC / V_batuan

ρ = m_matriks / (V_matriks / (1- φ)) + m_air / (V_W / φ . S_W) + m_HC / (V_HC / φ . (1-S_W))

ρ =   ρ_m . (1-φ) + ρ_w . φ . S_w + ρ_HC . φ . (1-S_w) …(6)

Jadi secara singkat, jawaban dari pertanyaan “Mengapa massa jenis batuan berbeda-beda?” adalah sebagai berikut:

·         Tiap batuan memiliki komposisi matriks yang berbeda-beda,

·         Tiap batuan memiliki porositas yang berbeda-beda,

·         Tiap batuan terisi oleh fluida pada rongganya yang mungkin berbeda jenisnya dengan saturasi yang berbeda pula, dan

·         Tiap batuan memiliki kondisi fisik (temperatur) dan kimia (salinitas) yang berbeda-beda,

Sehingga oleh karena hal di atas maka massa jenis tiap batuan berbeda-beda.[1]

Satuan SI massa jenis adalah kilogram per meter kubik (kg·m-3)

Massa jenis berfungsi untuk menentukan zat. Setiap zat memiliki massa jenis yang berbeda. Dan satu zat berapapun massanya berapapun volumenya akan memiliki massa jenis yang sama.

Satuan massa jenis dalam 'CGS [centi-gram-sekon]' adalah: gram per sentimeter kubik (g/cm3).

1 g/cm3=1000 kg/m3

Massa jenis air murni adalah 1 g/cm3 atau sama dengan 1000 kg/m3

Selain karena angkanya yang mudah diingat dan mudah dipakai untuk menghitung, maka massa jenis air dipakai perbandingan untuk rumus ke-2 menghitung massa jenis, atau yang dinamakan 'Massa Jenis Relatif'

Rumus massa jenis relatif = Massa bahan / Massa air yang volumenya sama

Densitas kamba merupakan perbandingan antara berat bahan denganvolume ruang yang ditempatinya dan dinyatakan dalam satuan g/ml. Nilai densitaskamba menunjukkan porositas dari suatu bahan. Perhitungan densitas kamba inisangat penting, selain dalam hal konsumsi terutama juga dalam hal pengemasandan penyimpanan. Menurut Panggabean (2004), makanan dengan densitas kambayang tinggi menunjukkan kepadatan produk ruang yang kecil.

BAB III METODOLOGI PERCOBAAN

3.1  Alat

·         Piknometer

·         Neraca Analitis

·         Botol Aquadest

·         Pipet Tetes

3.2  Bahan

·         Piknometer kosong

·         Aquadest

·         NaCl 0,1 N

·         NaCl 0,2 N

·         NaCl 0,3 N

3.3   Prosedur Percobaan

·         Mula-mula piknometer  dikosongkan, dikeringkan lalu ditimbang dengan neraca analitik dan dicatat massanya.

·         Dilakukan sebanyak tiga kali

·         Dimasukkan aquadest kedalam piknometer lalu ditimbang dan dicatat massanya, dilakukan sebanyak tiga kali

·         Dilakukan prosedur yang sama untuk larutan NaCl 0,1 N, 0,2 N, dan 0,3 N

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Percobaan

No	Sampel	m1	m2	m3	m rata-rata	D
1	Piknometer Kosong	0,88	0,89	0,89	0,88	-
2	Aquadest	0,89	1,0	1,0	0,96	0,016
3	NaCl 0,1 N	1,0	1,1	1,1	1,06	0,036
4	NaCl 0,2 N	1,2	1,2	1,1	1,17	0,056
5	NaCl 0,3 N	1,3	1,2	1,3	1,26	0,076

4.2 Reaksi Percobaan

4.3 Perhitungan

            1. Mengukur densitas sampel

                        d =

          1.1 Aquadest

                   d =

                   d = 0,016 gr/ml

            1.2 NaCl 0,1 N

                        d =

                        d = 0,036 gr/ml

                        1.3 NaCl 0,2 N

                        d =

                                    d = 0,056 gr/ml

                        1.4 NaCl 0,3 N

                        d =

                                    d = 0,076 gr/ml

4.4 Diskusi

Dalam mencari densitas suatu sampel, bahwa faktor yang sangat berpengaruh dalam penentuan Densitas adalah Konsentrasi. Dengan adanya konsentrasi, massa suatu sampel dapat berubah. Yang otomatis dapat merubah nilai dari Densitas.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1  Kesimpulan

1.      Densitas dari Aquadest 0,016 gr/ml, NaCl 0,1 N 0,036 gr/ml, NaCl 0,2 N 0,056 gr/ml, NaCl 0,3 N 0,076 gr/ml.

2.      faktor-faktor yang mempengaruhi densitas yaitu:

·         Suhu

·         Tekanan

·         Viskositas

·         Tegangan permukaan

·         Konsentrasi

3.      Aplikasinya yaitu dalam mencari konsentrasi sampel yang dititrasi dengan bahan baku dalam analisis volumetri.

5.2  Saran

5.2.1        Diharapkan untuk praktikum selanjutnya diberikan teori yang bersangkutan yang jelas apa pembahasan dari setiap sumber buku dijadikan patokan untuk menulis kembali teori yang digunakan.

5.2.2        Sebaiknya untuk praktikum selanjutnya diberikan contoh dalam melakukan percobaan agar praktikan dapat mudah mengerti apa yang telah dicontohkan.

5.2.3        Diharapkan untuk praktikum selanjutnya agar asisten dapat meyediakan alat dan bahan praktikan selama melakukan percobaan. Agar tidak ada kendala dalam melakukan percobaan lagi.

DAFTAR PUSTAKA

Petrucci, Ralph H., 1992, Kimia Dasar : Prinsip dan Terapan Modern, Terjemahan

       Suminar, Erlangga, Jakarta.

Bird, Tony, 1987, Kimia Fisik untuk Universitas, Terjemahan Kwee Ie Tjien, PT

       Gramdeia, Jakarta.

Halliday, David, 1990, Fisika Dasar, Terjemahan Tim Pengajar Fisika ITB,

       Erlangga, Jakarta.

  

---

[1] Massa jenis adalah pengukuran massa setiap satuan volume benda. Semakin tinggi massa jenis suatu benda, maka semakin besar pula massa setiap volumenya. Massa jenis rata-rata setiap benda merupakan total massa dibagi dengan total volumenya. Sebuah benda yang memiliki massa jenis lebih tinggi (misalnya besi) akan memiliki volume yang lebih rendah daripada benda bermassa sama yang memiliki massa jenis lebih rendah (misalnya air).