Transcript tegangan-permukaan 2

TEGANGAN ANTAR MUKA
lanjutan...
By. Diyan Ajeng.R, MPh., Apt
AKADEMI FARMASI JEMBER
2014
SIFAT CAIRAN :
•
•
•
•
•
•
•
•
•
volume tetap
Bentuk mengikuti tempatnya
memiliki fluiditas
kerapatan agak besar
kompresibilitas kecil
energi geraknya translasi, rotasi, vibrasi
difusi agak cepat
memiliki gaya tarik-menarik antar molekulnya
memiliki tegangan permukaan.

Permukaan zat cair mempunyai sifat ingin meregang
=> permukaannya seolah ditutupi lapisan elastis =>
karena adanya gaya tarik-menarik partikel sejenis di
dalam zat cair sampai ke permukaan.
Di dalam cairan => molekul ditarik oleh molekul lain yang sejenis dengan
gaya yang sama ke segala arah => akibatnya tidak terdapat resultan gaya
yang bekerja pada masing-masing molekul.
Di permukaan cairan =>
molekul ditarik oleh molekul sejenis arah hanya ke
samping dan ke bawah tidak ditarik oleh molekul di
atasnya, di atas cairan fase uap.
Perbedaan gaya tarik
Ada sisa gaya yang bekerja pada lapisan atas cairan.
Gaya mengarah ke bawah
Cairan bergeraki
Tegangan permukaan
permukaan cairan seolah ditutupi selaput elastis
zat cair berusaha membentuk luas permukaan minimum
bentuk bulat telur (sferik)
 Tegangan permukaan : gaya per satuan panjang pada
permukaan cairan yang melawan ekspansi dari luas
permukaan.
 Usaha yang diperlukan untuk memperbesar satu satuan luas
permukaan cairan.
γ = F
d
N/m
( d = 2 l ) = penambahan luas
permukaan
J/m2
dyne/cm
erg/cm2
Meniskus dan Sudut Kontak





Meniskus : gejala melengkungnya permukaan zat cair kettika
bersentuhan dengan zat padat (dinding bejana).
Cekung => adhesi > kohesi => tepi permukaan cairan
cenderung naik.
Cembung => adhesi < kohesi => tepi permukaan cairan
melengkung ke bawah
Besarnya kecekungan & kecembungan permukaan cairan ketika
bersentuhan dengan zat padat => tergantung besar kecilnya
sudut kontak yang terbentuk.
Sudut kontak : sudut yang dibentuk permukaan cairan yang
bersentuhan dengan permukaan bidang
padatan.
KOEFISIEN PENYEBARAN
Kerja adhesi :
 Energi yang diperlukan untuk mematahkan
gaya tarik-menarik antara molekul-molekul
tak sejenis.
Kerja kohesi :
 Energi yang diperlukan untuk memisahkan
molekul-molekul cairan yang menyebar
sehingga cairan tersebut dapat mengalir di
atas lapisan bawah tersebut.
Kerja kohesi
Kerja adhesi
Cos  = γpadat
–
γpadat-cair
γcair
Meniskus cekung =>  < 90o => cairan membasahi permukaan padatan
Meniskus cembung =>  > 90o => cairan tidak membasahi permukaan
padatan
Bahan
Sudut kontak
Air – kaca
Raksa –kaca
Air – parafin
Kerosin - kaca
0o
140o
107o
26o
Pengukuran Tegangan Permukaan
1.
Metoda Kapiler
prinsip : bila sebatang pipa kapiler dimasukkan ke dalam
zat cair, maka permukaan cairan dalam pipa kapiler dapat
mengalami kenaikan atau penurunan.
Bila cairan membasahi bejana => cairan naik
Bila tidak membasahi bejana => cairan turun
Kapilaritas : proses naik turunnya cairan dalam pipa kapiler.
Akibat tegangan permukaan (permukaan cairan yg menyentuh
dinding sepanjang keliling pipa)
Akibat tegangan permukaan
timbul gaya berlawanan

Besarnya gaya ke atas => F1= 2 Л r γ cos 

Besarnya gaya ke bawah akibat berat cairan:
(V = Л r2 h)
 F2
= d V g
 F2
= Л r2 h d g
(d = rapatan cairan)
F1 = F2
(2 Л r γ cos  = Л r2 h d g)
γ = rhdg
2 cos 
Untuk cairan yang membasahi bejana =>  ~ 0
Persamaan menjadi => γ = r h d g
2



Untuk cairan yang tidak membasahi bejana => cos
 ~ negatif => h negatif, maka cairan ditekan dalam
kapiler (menurun).
Untuk perhitungan akurat => faktor koreksi r/3
untuk h
Sehingga persamaan menjadi :
γ = r (h+r/3)(dc-dg) g
2
Dengan metode perbandingan, γ zat lain dapat
dihitung dengan persamaan :
γ1/ γ2 = d1h1
d2h2
2. Metode Wihelmy

Prinsip : berdasarkan gaya yang diperlukan untuk
menarik
pelat tipis dari permukaan cairan.

Alat berupa lempeng tipis dari kaca, platina atau
mika dilengkapi neraca.
Pelat digantungkan pada salah satu lengan neraca
dan dimasukkan ke dalam cairan. Besarnya gaya
tarik pada neraca yang digunakan untuk melepas
pelat daripermukaan cairan dicatat.

Saat pelat terlepas => F = W + 2 l γ


Tegangan permukaan : γ = F – W
2l
 Sudut kontak ~ 0, pengaruh ujung
lempeng diabaikan.
EFEK TEGANGAN PERMUKAAN

Jarum terapung di atas permukaan air  agar tidak tenggelam,
maka gaya berat W harus diimbangi komponen gaya yang arahnya
ke atas.
2Υ l cos θ = m g

Beberapa jenis serangga dapat berjalan di atas air  kaki serangga
yang terapung berbentuk bola, maka Υ bekerja di semua titik di
sekitar lingkarandengan jari-jari r, sehingga I = keliling lingkaran=
2 π r.
2 π r Υcos θ = m g
Perbedaan tekanan bagian dalam dan bagian luar gelembung sabun :

Tekanan bagian dalam > bagian luar

Gelembung sabun berbentuk bola  mendapat tekanan ΔP

Gaya yang diterima  ΔPπr2

Gaya diimbangi oleh tegangan permukaan 2 buah dinding
gelembung :
ΔPπr2 = 4Υπr
ΔP
= 4Υ/r
Untuk gelembung udara dalam cairan  1 lapisan
ΔP
= 2 Υ/r

Faktor-faktor yang mempengaruhi tegangan
permukaan


Jenis cairan
Cairan yang memiliki gaya tarik antar
molekulnya besar  Υ besar
Suhu
Jika suhu naik  Υ turun
Kenaikan suhu menyebabkan molekul-molekul cairan
bergerak cepat  interaksi antar molekul berkurang.
Pada suhu yang sama  Υ logam cair dan lelehan garam >
cairan

Zat terlarut tertentu
elektrolit, non elektrolit  Υ naik
Contoh : gliserin, sukrosa

Surfaktan
Perluasan film dengan pembentukan gelembung/busa
Contoh : sabun, detergen, alkohol  Υ turun

Kemampuan membasahi benda
Υ kecil  kemampuan membasahi benda besar.
Contoh : air panas dan air sabun, alkohol.
6.
Sebuah pipa kapiler dengan diameter 0,67 mm dimasukkan ke
dalam zat cair yang mempunyai rapatan 1,92 g/cm3. Bila
kenaikan cairan dalam kapiler 1,5 cm dan sudut kontak zat cair
dengan dinding kapiler adalah 37oC.
Hitung tegangan permukaan zat cair !
SURFAKTAN
 Amfifil, mempunyai gugus hidrofil dan
lipofil, sehingga mempunyai afinitas thd solven
polar & non polar
Klasifikasi HLB :
Menurut GRIFFIN
HLB = 20 ( 1 – S/A )
S = bilangan penyabunan dari ester
A = bilangan asam dari asam lemak
Contoh: Tween 20 (Polioksietilen sorbitan
monolaurat)
S = 45,5
A = 276
HLB = 20 ( 1 – 45,5/276 ) = 16,7
Skala HLB menurut Griffin
 HARGA
HLB K E G U N A A N
1 – 3 Anti foaming agent
4 – 6 Emulgator tipe w/o
7 – 9 Bahan pembasah ( wetting agent)
8 – 18 Emulgator tipe o/w
13 – 15 Detergent
10 – 18 Kelarutan (solubilizing agent)
Rumus I
A % b = ((x – HLB b)/ HLB a – HLB b)
x 100 %
B % a = ( 100% – A%)
 Keterangan
:
x = Harga HLB yang diminta ( HLB
Butuh)
A = Harga HLB tinggi
B = Harga HLB rendah
Rumus II
(B1 x HLB1) + (B2 x HLB2) = (B camp x HLB camp)
Cara Aligasi
Tween 80 (15)
(X – 4,5)
Span 80
(4,5)
(15 – X)
(X – 4,5) : (15 – X) = 70 : 30 = 7 : 3
(X – 4,5) 3 = 7 (15 – X)
3X – 13,5 = 105 – 7X
10X = 118,5
X = 11,85
Jadi HLB Campuran = 11,85
 Contoh
R/ Stearil Alkohol
Adeps Lanae
Paraffin cair
Tween 80
Span 80
Aqua ad
m.f emulsa
1,5 (HLB butuh 14)
2
(HLB butuh10)
30 (HLB butuh 12)
10%
10%
100









Jumlah Fase Minyak (“): 1,5 + 2 + 30 = 33,5
Jumlah HLB butuh dari fase minyak:
{(15×4) : 33,5} + {(2×10) : 33,5} + {(30×12)
: 33,5} = 19,5
Emulgator yang dibutuhkan pada R/ yaitu 10%
dari 100 g = 10 g
HLB butuh Tween 80
= 15
HLB butuh Span
= 4,3
HLB butuh fase minyak = 11,9
Jumlah Span = [ (11,5-4,3) : {(15-11,9) +
(11,9-4,3)} ] x 10 g = 7,1 g
jumlah Tween = [ (15-11,9) : {(15-11,9) +
(11,9-4,3)} ] x 10 g = 2,9 g
Menghitung HLB yang dibutuhkan untuk fase minyak atau emulsi o/w (16)
Cetyl alcohol 15 g., white wax 1g. Lanolin 2 g, emulsifier (q.s.), glycerin 5 g.
water
100 g.
HLB (referensi) :
Cetyl alcohol 15 x 15/16 = ...
White wax 12 x 1/16 = ....
Lanolin 10 x 2/16 = ....
Total required HLB = ....
• pencampuran surfaktan umumnya digunakan untuk mendapatkan sifat
emulsifikasi yang diinginkan
• jika terdapat beberapa macam minyak, HLB dihitung dari jumlah HLB
masing-masing komponen dikalikan dengan fraksinya
Berapakah harga HLB campuran dari 40 %
Span 60 (HLB = 4.7)dan 60 % Tween 60
(HLB = 14.9)?
HLB campuran: (4.7 x ...) + (14.9 x ...) = ...
Berapa konsentrasi Span 80 (HLB = 4.3)
yang bercampur dalam satu bagian Tween
80 (HLB = 15.0) yang dicampur untuk
mendapatkan nilai HLB 12.0?
4.3.(1-x) + 15.x = 12 x = ....
HLB CAMPURAN
HLBcamp. X Wtot. = (HLB1 x W1) + (HLB2 x W2)
R/
Parafin oil
35
Lanolin
1
Cetil alkohol
1
Emulsifier
7
Aqua
ad 100
• Diketahui RHLB untuk parafin oil, lanolin, dan
cetil alkohol masing-masing adalah 12, 10 dan
15. Jika digunakan tween 60 (HLB=14,9) dan
span 60 (HLB=4,7), berapa masing-masing yang
harus ditimbang?
 HLB
rendah maka larutan lebih
lipofilik, begitupun sebaliknya
Thank
you