MAKALAH PENENTUAN VISOSITAS LARUTAN

PENENTUAN VISOSITAS LARUTAN

BAB I PENDAHULUAN

1.1 TUJUAN     :

1.      Untuk mengetahui hubungan konsentrasi larutan dengan viskositas larutan

2.      Untuk mengetahui hukum yang mendasari percobaan

3.      Untuk mengetahui kegunaan dari percobaan

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

            Viskositas adalah ukuran yang menyatakan kekentalan suatu cairan atau fluida. Kekentalan merupakan sifat cairan yang berhubungan erat dengan hambatan untuk mengalir. Beberapa cairan ada yang dapat mengalir cepat, sedangkan lainnya mengalir secara lambat. Cairan yang mengalir cepat seperti air, alkohol dan bensin mempunyai viskositas kecil. Sedangkan cairan yang mengalir lambat seperti gliserin, minyak castor dan madu mempunyai viskositas besar. Jadi viskositas tidak lain menentukan kecepatan mengalirnya suatu cairan.

 Viskositas (kekentalan) cairan akan menimbulkan gesekan antara bagian-bagian atau lapisan-lapisan cairan yang bergerak satu terhadap yang lainnya. Hambatan atau gesekan yang terjadi ditimbulkan oleh gaya kohesi dalam zat cairan. Sedangkan viskositas gas ditimbulkan oleh peristiwa tumbukan yang terjadi antara molekul-molekul gas.

A.KOEFISIEN VISKOSITAS

             Dalam fluida ideal (fluida tidak kental) tidak ada kekentalan yang menghambat lapisan-lapisan cairan ketika bergeser satu diatas lainnya. Dalam suatu pipa dengan luas penampang yang sama, setiap lapisan bergerak dengan kecepatan yang sama. Pada fluida yang kental antara lapisan-lapisan cairan mengalami gesekan, sehingga kecepatan aliran tidak seluruhnya sama.

             Gaya tahan lapisan cairan terhadap lapisan lainnya dapat dipandang pada fluida diantara dua plat sejajar.Besarnya gaya F ternyata sebanding dengan luas permukaan bidang yang bergerak (A) dan kecepatan aliran (v),tetapi berbanding terbalik dengan jarak kedua lapisan bidang (z).

     Hubungan tersebut dirumuskan :

                         F=b  

Dimana : b adalah tetapan keseimbangan yang dinamakan koefisien viskositas

 Satuan SI untuk viskositas adalah N s/m²  = Pa s (pascal sekon). Sedangkan menurut sistem cgs satuan viskositas adalah poise (1 poise =0,1 Pa s) yang setara dengan dyne s/cm² _.   Suatu cairan mempunyai viskositas absolut atau dinamik 1 poise, bila gaya 1 dyne diperlukan untuk menggerakan bidabg seluas 1 cm²  pada kecepatan 1 cm/ detik terhadap permukaan bidang datar sejauh 1 cm viskositas sering juga dinyatakan dalam sentipoise(1 poise = 100 cP).

B. HUKUM POISEUILLE

            Suatu fluida tidak kental bisa mengalir melalui pipa yang bertingkat tanpa adanya gaya diberikan. Pada fluida kental (viskos) diperlukan perbedaab tekanan antara ujung-ujung pipa untuk menjaga kesinambungan aliran, apakah air atau oli pada pipa atau darah pada sistem sirkulasi manusia.

            Banyaknya cairan yang mengalir per satuan waktu melalui penampang melintang berbentuk silendris berjari-jari r, yang panjangnya l, selain ditentukan oleh beda tekanan (pada kedua ujung yang memberikan gaya pengaliran juga ditentukan oleh viskositas cairan dan luas penampang pipa. Hubungan tersebut dirumuskan oleh poiseuille yang dikenal dengan hukum poiseuille sebagai :

     Q=        atau   = 

Dengan Q adalah kecepatan aliran volume (volume cairan V yang melewati pipa persatuan waktu t dinyatakan dalam satuan SI m²/s).

 Persaman diatas memperlihatkan bahwa Q berbanding terbalik dengan viskositas cairan. Makin besar viskositas, hambatan aliran juga semakin besar sehingga Q menjadi rendah. Kecepatan alirn volume juga sebanding dengan gradien tekanan /l dan pangkat empat jari-jari pipa. Ini berarti bahwa jika r diperkecil sehingga menjadi setengahnya, maka akan dibutuhkn 16 kali lebih besar tekanan untuk memompa cairan lewat pipa pada kecepatan liran volume semula.

 Hubungan yang menarik dari ketergantungn r⁴  ini adalah aliran darah dalam tubuh manusia. Tubuh manusia mengendalikan aliran darah dengan pita –pita kecil otot yang mengelilingi arteri. Jika diameter pembuluh arteri berkurang ; misalnya sebagai akibat arteriosclerosis (pengerasan arteri) dan tertumpuknya kolestrol, maka kecepatan aliran volume darah sangat berkurang sehingga akan menaikan tekanan darah atau menambah regangan jantung untuk memperthankan kecepatan aliran darah yang sama. Timbulnya penyakit darah tinggi merupakan indikasi bahwa jantung bekerja lebih keras dan kecepatan aliran darah diperkecil.

 C. HUKUM STOKES

 Apabila benda padat bergerak dengan kecepatan tertentu dalam medium fluida kental, maka benda tersebut akan mengalami hambatan yag diakibatkan oleh gaya gesekan fluida. Gaya gesekan tersebut sebanding dengan kecepatan relatif gerak benda terhadap medium dan viskositasnya.

  Besarnya gaya gesekan fluida telah dirumuskan sebelumnya sebagai :

                               F=b       atau      F=b v=k b v

Dimana k adalah koefisien yang besarnya bergantung bentuk geometrik benda. Dari hasil percobaan, untuk benda berbentuk bola dengan jari-jari r diperoleh k=6 dengan memasukan nilai k diperoleh :

                        F=6 

Persamaan ini dinyatakan pertama kali oleh Sir George Stokes(1845), yang dikenal dengan hukum stokes. Bila gaya F diterapkan pada partikel berbentuk bola dalam larutan, maka Stokes menunjukan untuk aliran laminar berlaku :

            f= 6  

dimana f adalah koefisien gesekan dari partikel.

D. BILANGAN REYNOLD

 Hukum poiseuille sangat berguna untuk menjelaskan mengapa pada penderita usia lanjut mengalami pingsan, akibat tekanan darah meningkat; mengapa daerah ujunng (akral) suhunya dingin. Namun hukum poiseuille ini berlaku hanya untuk aliran laminar dengan viskositas konstan yang tidak dipengaruhi kecepatan aliran. Aliran laminar (laminar flow) atau aliran kental adalah aliran yang salah satu lapisannya bergeser relativf berlahan terhadap lapisan yang lain. Aliran ini menggambarkan aliran kecil melalui sebuah pipa dengan diameter kecil. Aliran yang tidak laminar adalah arus pusar yang lazim disebut aliran turbulen (turbulent flow) aliran ini menggambarkan kecepatan aliran cukup besar melalui pipa dengan diameter besar.

            Perubahan aliran laminar ke turbulen seringkali terjadi secara tiba-tiba. Pola aliran stabil pada kecepatan aliran rendah tiba-tiba menjadi tidak stabil ketika mecapai kecepatan kritis. Ketidakteraturan pola aliran ini dapat disebabkan, misalnya karena kekasaran dinding pipa atau perbedaan rapatan fluida.pada  kecepatan aliran rendah gangguan tidak terlalu berpengaruh, sehingga pola aliran cenderung stabil dan tetap pada keadaan laminar. Tetapi ketika kecepatan kritis dicapai, pola aliran menjadi tidak stabil sehingga adanya gangguan dapat merusak seluruh pola aliran. Contoh aliran darah normal pada aorta manusia adalah laminar, tapi gangguan yang kecil  seperti penyakit pada hati dapat menyebabkan aliran menjadi turbulen.turbulensi menimbulkan suara, sehingga aliran darah dapat didengar dengan menggunakan stetoskop yang merupakan alat diagnosis yang berguna.

            Untuk memperkirakan apakah aliran akan turbulen diperoleh dengan menghitung besaran tak berdimensi yang dinyatakan dengan bilangan Reynolds(Re) yaitu :

                        Re= 

Dimana R adalah jari-jari pipa, d adalah rapatan cairan, v adalah kecepatan rata-rata cairan sepnjang pip,b adalah viskositas cairan. Jika harga Re lebih besar dari 2000, maka aliranny termasuk turbulen.

E. PENGUKURAN VISKOSITAS

  a). Viskositas Ostwald

 metode ini ditentukan berdasarkan hukum poiseuille menggunakan alat Viskometer Ostwald. Penetapannya dilakukan dengan jalan mengukur waktu yang diperlukan untuk mengalirnya cairan dalam pipa kapiler dari a ke b. sejumlah cairan yang akan diukur viskositasnya dimasukan kedalam viskometer yang diletakan pada tremostat. Cairan kemudian diisap dengan pompa ke dalam bola C sampai di atas tanda a. cairan di biarakan mengalir kebawah dan waktu yang di perlukan dari a ke b di catat menggunakan stopwatch.

Viskositas di hitung sesuai persamaan poiseuille berikut :

t ialah waktu yang di perlukan cairan bervolume V, yang mengalir melalui pipa kapiler dengan panjang l dan jari-jari r. tekanan P merupakan perbedaan tekanan aliran kedua ujung pipa viskometer dan besarnya diasumsikan sebanding dengan berat cairan.

 Pengukuran viskositas yang tepat dengan cara diatas sulit dicapai. Hal ini disebabkan harga r dan l sukar ditentukan dengan tepat. Kesalahan pengukuran terutaama r, sangat besar pengaruhnya karena harga ini dipangkatkan empat.untuk menghindari kesalahan tersebut dalam prakteknya digunakan suatu cairan pembanding. Cairan yang paling sering digunakan adalah air.

            Untuk dua cairan yang berbeda dengan pengukuran alat yang sama, diperoleh hubungan:

                                    =

Hukum Stokes

    

            Viskositas (kekentalan) berasal dari perkataan Viscous (Soedojo, 1986). Suatu bahan apabila dipanaskan sebelum menjadi cair terlebih dulu menjadi viscous yaitu menjadi lunak dan dapat mengalir pelan-pelan.Viskositas dapat dianggap sebagai gerakan dibagian dalam (internal) suatu fluida (Sears &Zemansky, 1982).Jika sebuah benda berbentuk bola dijatuhkan ke dalam fluida kental, misalnya kelereng dijatuhkan ke dalam kolam renangyang airnya cukup dalam, nampak mula-mula kelereng bergerak dipercepat. Tetapi beberapa saat setelah menempuh jarak cukup jauh,nampak kelereng bergerak dengan kecepatan konstan (bergerak lurus beraturan). Ini berarti bahwa di samping gaya berat dan gaya apung zat cair masih ada gaya lain yang bekerja pada

kelereng tersebut. Gaya ketiga ini adalah gaya gesekan yang disebabkan oleh kekentalan

fluida. Khusus untuk benda berbentuk bola, gaya gesekan fluida secara empiris dirumuskan

sebagai Persamaan (1) (Sears, 1984). Fs = 6πηrv (1)

dengan η menyatakan koefisien kekentalan, r adalah jari-jari bola kelereng, dan v kecepatan relatif bola terhadap fluida. Persamaan (1) pertama kali dijabarkan oleh Sir

George Stokes tahun 1845, sehingga disebut  Hukum Stokes.Dalam pemakaian eksperimen harus

diperhitungkan beberapa syarat antara lain : Ruang tempat fluida jauh lebih luas dibanding ukuran bola. Tidak terjadi aliran turbulen dalam fluida. Kecepatan v tidak terlalu besar sehingga

aliran fluida masih bersifat laminer. Sebuah bola padat memiliki rapat massa

ρb dan berjari-jari r dijatuhkan tanpa kecepatan awal ke dalam fluida kental memiliki rapat

massa ρf, di mana ρb > ρf. Telah diketahui bahwa bola mula-mula mendapat percepatan

gravitasi, namun beberapa saat setelah bergerak cukup jauh bola akan bergerak dengan

kecepatan konstan. Kecepatan yang tetap ini disebut kecepatan akhir vT atau kecepatan

terminal yaitu pada saat gaya berat bola sama dengan gaya apung ditambah gaya gesekan

fluida. Gambar 1 menunjukkan sistem gaya yang bekerja pada bola kelereng yakni FA =

gaya Archimedes, FS = gaya Stokes, dan W=mg = gaya berat kelereng.

Gambar 1. Gambar 1. Gaya yang Bekerja Pada Saat Bola Dengan Kecepatan Tetap.

Jika saat kecepatan terminal telah tercapai, pada Gambar 1 berlaku prinsip Newton tentang GLB (gerak lurus beraturan), yaitu Persamaan (2). FA + FS = W (2) Jika ρb menyatakan rapat massa bola, ρf

menyatakan rapat massa fluida, dan Vb menyatakan volume bola, serta g gravitasi bumi, maka berlaku Persamaan (3) dan (4). W = ρb.Vb.g (3) FA = ρf .Vb.g (4) Rapat massa bola ρb dan rapat massa

fluida ρf dapat diukur dengan menggunakan Persamaan (5) dan (6). Volumebola ρ massa bola b = (5)

( )gu f gu f V m m m ρ+ −= (6) dengan mgu menyatakan massa gelas ukur, mf massa fluida, Vf volume fluida. Dengan mensubstitusikan Persamaan (3) dan (4) ke dalam Persamaan (2) maka diperoleh Persamaan (7). FS = Vbg (ρb - ρf) (7) Dengan mensubstitusikan Persamaan (1)

ke dalam Persamaan (7) diperoleh Persamaan (8).( )9η2 r g ρ ρv b f2T−= (8) Jarak d yang ditempuh bola setelah bergerak dengan kecepatan terminal dalam waktu tempuhnya t maka Persamaan (8)

menjadi Persamaan (9).( )9 η2 r g ρ ρtd b f2 −=( )9d η2 r g ρ ρt1 b f2 −=( ) b f2 r 2 g ρ ρ9 d η−t =

Atau t = k d (9)Dengan nilai ( ) b f2 r 2 g ρ ρk 9 η−= (10) atau dalam grafik hubungan (d-t), nilai k merupakan kemiringan grafik (slope). Dengan mengukur kecepatan akhir bola yang radius dan rapat massa telah diketahui,maka viskositas fluida dapat ditentukan. Untukmemperoleh nilai viskositas fluida, Persamaan (10) diubah dalam bentuk Persamaan (11).( )9k 2 r g ρ ρη b f2 −= (11)

Satuan viskositas fluida dalam sistem cgsadalah dyne det cm-2, yang biasa disebut dengan istilah poise di mana 1 poise sama dengan 1dyne det cm-2. Viskositas dipengaruhi olehperubahan suhu. Apabila suhu naik maka viskositas menjadi turun atau sebaliknya.

     

 Regresi Linier

 Untuk menyatakan hubungan fungsional antara dua variabel yakni variabel terikat dan variabel bebas, dapat dinyatakan dengan persamaan matematik yang disebut persamaan regresi. Untuk keadaan khusus di mana grafik regresi berbentuk garis lurus (linier) maka persamaan regresinya secara umum diberikan

oleh Persamaan (12)

Yi = AXi + B (12) Salah satu cara untuk menentukan grafik regresi linier adalah dengan “asas kuadrat

terkecil.” Asas ini menghendaki supaya garisgaris tersebut ditarik sedemikian rupa sehingga jumlah kuadrat-kuadrat penyimpangannya adalah sekecil mungkin (Djonoputro, 1980).

BAB III METODOLOGI PERCOBAAN

3.1  ALAT DAN BAHAN

3.1.1  Alat

-          Viskometer Ostwald

-          Beaker glass

-          Piknometer

-          Neraca analitik

-          Statim dan klem

-          Bola karet

-          Stopwatch

-          Gelass ukur

 3.1.2 Bahan

-          aquadest

-          NaCl 0,1 N

-          NaCl 0,2 N

-          NaCl 0,3 N

-          NaCl 0,4 N

-          NaCl 0,5 N

3.3 Prosedur

            a. Penentuan Densitas

-          Ditimbang piknometer kosong dengan neraca analitik

-          Dicatat massanya

-          Dilakukan sebanyak 3 kali

-          Dimasukkan aquadest kedalam piknometer

-          Ditimbang piknometer yang berisi aquadest

-          Dicatat massanya

-          Dilakukan sebanyak 3 kali

-          Dilakukan prosedur yang sama untuk NaCl 0,1 N, NaCl 0,2 N, NaCl 0,3 N, NaCl 0,4 N, NaCl 0,5 N,dan NaCl Unknow.

           

b. Penentuan Waktu Alir

-          Dirangkai alat viskosimeter ostawald dengan statif dan klem

-          Dimasukkan 10 ml aqudest kedalam viskosimeter

-          Dihisap aquadest dengan bola karet sehingga mencapai batas pada viskometer

-          Dihidupkan stopwatch pada saat larutan mencapai batas atas

-          Dimatikan stopwatch pada ketika larutan mencapai batas bawah

-          Dicatat waktu alirnya sebagai t1

-          Dilakukan hal yang sama untuk t1 dan t2

-          Dilaakukan prosedur yang sama untuk NaCl 0,1 N, NaCl 0,2 N, NaCl 0,3 N, NaCl 0,4 N, NaCl 0,5 N, dan NaCl Unknown.

BAB IV HASIL  DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Percobaan

a. Penentuan densitas larutan

No	Sampel	m 1	m 2	m 3	ṁ	d
1	Piknometer Kosong	0,88	0,87	0,87	0,87	-
2	Aquadest	0,89	0,89	1,0	0,92	0,04
3	NaCl 0,1 N	1,1	1,1	1,0	1,06	0,032
4	NaCl 0,2 N	1,1	1,2	1,1	1,13	0,046
5	NaCl 0,3 N	1,2	1,3	1,2	1,23	0,086
6	NaCl 0,4 N	1,3	1,4	1,4	1,36	0,092
7	NaCl 0,5 N	1,4	1,4	1,4	1,4	0,1

b. Penentuan waktu alir larutan

N0	Sampel	t 1	t 2	t 3	ṫ
1	Aquadest	56	56	56	56
2	NaCl 0,1 N	59	59	59	59
3	NaCl 0,2 N	61	59	60	60
4	NaCl 0,3 N	68	68	69	68,3
5	NaCl 0,4 N	69	70	70	69,6
6	NaCl 0,5 N	70	71	71	70,6

4.2 Reaksi Percobaan : -

4.3 Perhitungan

           

            ᶯ =

              

  a.Menentukan nilai a dan b

a =

                       

b =

           

 b.menghitung pesamaan garis regresi

            y=ax+b

           

X=

Menghitung % ralat

%ralat =x 100%

           

                       

           

4.4 Diskusi

Viskositas adalah ukuran yang menyatakan kekentalan suatu cairan atau fluida. Kekentalan merupakan sifat cairan yang berhubungan erat dengan hambatan untuk mengalir.

Menurut hukum stokes :

Apabila benda padat bergerak dengan kecepatan tertentu dalam medium fluida kental, maka benda tersebut akan mengalami hambatan yag diakibatkan oleh gaya gesekan fluida.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

 Setiap fluida mempunyai viskositas yang berbeda-beda yang harganya bergantung pada jenis cairan dan suhu. Cairan mempunyai viskositas yang lebih besar dari pada gas, karena mempunyai gaya gesek untuk mengalir lebih besar. Pada kebanyakan cairan viskositasnya turun dengan naiknya suhu. Viskositas cairan naik dengan bertambahnya tekanan. Untuk larutan viskositasnya bergantung pada konsentrasi atau kepekaan larutan.

5.2 Saran

-          sebaiknya kepada praktikum selanjutnya diharapkan mengukur viskositasnya lebih cermat lagi agar kesalahan deviasinya kecil

-          diharapkan untuk praktikum selanjutnya untuk lebih berhati-hati lagi dalam memakai alat-alat yang ada d laboratorium

-          diharap kan untuk praktikum selanjutnya tidak ceroboh dalam menjalankan praktek d laboratorium kmia fisika

DAFTAR PUSTAKA

ESTIEN YAZID,Kimia Fisika untk Paramedis Edisi I, Yogyakarta : ANDI

HALLIDAY-RESNICK, 1985, Fisika, Penerbit Erlangga, Jakarta.

SEARS & ZEMANSKY, 1982, Fisika Universitas, Penerbit Bina Cipta,

       Bandung.

SOEDOJO, P., 1986, Asas-asas Ilmu Fisika, Penerbit Gajah Mada University

       Press, Yogyakarta.