laporan praktikum kimia fisik k-1 viskositas cairan sebagai fungsi suhu
Post on 09-Jul-2016
1.437 Views
Preview:
TRANSCRIPT
LAPORAN PRAKTIKUM KIMIA FISIK KI-2142
PRAKTIKUM K-1
VISKOSITAS CAIRAN SEBAGAI FUNGSI SUHU
Nama : Catia Julie Aulia
NIM : 13714035
Kelompok : II
Shift : Rabu Siang Minggu ke-2
Tanggal Percobaan : 21 Oktober 2015
Tanggal Laporan : 28 Oktober 2015
Asisten : Rani Yudi H. (10511036)
LABORATORIUM KIMIA FISIK
PROGRAM STUDI KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
2015
I. JUDUL PERCOBAAN
Page 1 of 24
VISKOSITAS CAIRAN SEBAGAI FUNGSI SUHU.
II. TUJUAN PERCOBAAN
1. Menentukan densitas zat Metanol dan Kloroform.
2. Menentukan Viskositas cairan dengan menggunakan metode Oswald.
3. Menentukan nilai tetapan A dan energi ambang batas aliran E.
4. Menentukan nilai tetapan Van der Waals.
5. Menentukan pengaruh temperatur terhadap Viskositas cairan.
III. TEORI DASAR
Viskositas adalah ukuran yang menyatakan kekentalan suatu
fluida yang menyatakan besar kecilnya gesekan dalam fluida. Semakin
besar viskositas fluida, maka semakin sulit suatu fluida untuk mengalir
dan juga menunjukan semakin sulit suatu benda bergerak dalam fluida
tersebut.
Kekentalan merupakan sifat cairan yang berhubungan dengan
hambatan untuk mengalir. Beberapa cairan ada yang dapat mengalir
dengan cepat namun ada yang mengalir secara lambat. Fluida yang
mengalir lambat seperti gliserin, madu dan minyak atso, ini dikarenkan
mempunyai viskositas besar. Jadi viskositas menentukan kecepatan
mengalirnya cairan.
Kekentalan disebabkan karena kohesi antara partikel zat cair. Zat
cair ideal tidak mempunyai kekentalan. Zat cair mempunyai beberapa
sifat sebagai berikut: apabila ruangan lebih besar dari volume zat cair
akan terbentuk permukaan bebas horizontal yang berhubungan dengan
atmosfer, mempunyai rapat massa dan berat jenis, dapat dianggap tidak
termampatkan, mempunyai viskositas (kekentalan) dan mempunyai
kohesi, adhesi dan tegangan permukaan fluida.
Aliran fluida dapat diaktegorikan:
1. Aliran Laminar
Page 2 of 24
Aliran dengan fluida yang bergerak dalam lapisan – lapisan, atau
lamina – lamina dengan satu lapisan meluncur secara lancar . Dalam
aliran laminar ini viskositas berfungsi untuk meredam kecendrungan
terjadinya gerakan relatif antara lapisan. Sehingga aliran laminar
memenuhi hukum viskositas Newton yaitu :
τ = µ dudy
2. Aliran Turbulen
Aliran dimana pergerakan dari partikel – partikel fluida sangat
tidak menentu karena mengalami percampuran serta putaran partikel
antar lapisan, yang mengakibatkan saling tukar momentum dari satu
bagian fluida kebagian fluida yang lain dalam skala yang besar. Dalam
keadaan aliran turbulen maka turbulensi yang terjadi membangkitkan
tegangan geser yang merata diseluruh fluida sehingga menghasilkan
kerugian – kerugian aliran.
3. Aliran Transisi
Aliran transisi merupakan aliran peralihan dari aliran laminar ke
aliran turbulen.
Pada aliran laminar, fluida dapat dianggap terdiri atas lapisan-
lapisan molekul yang bergerak satu diatas yang lainnya dengan kecepatan
yang berbeda-beda. Profil kecepatan berbagai lapisan ini berbentuk
parabola dengan kecepatan paling tinggi terdapat pada lapisan di bagian
tengah pipa.
Suatu lapisan pada jarak r (dari sumbu pipa) yang bergerak
dengan kecepatan tertentu (c). Gaya (f) yang diperlukan untuk
mempertahankan beda kecepatan (dc) antara lapisan inii dengan lapisan
yang berjarak dr diatasnya adalah :
f=η x A x dcdr
Page 3 of 24
Kebalikan dari viskositas disebut fluiditas, yang merupakan ukuran
kemudahan mengalirnya suatu fluida. Fluiditas dirumuskan sebagai
berikut :
Φ=1η
Salah satu cara untuk menentukan viskositas cairan yaitu dengan
metode kapiler dari Poisuille. Pada metode ini, diukur waktu (t) yang
diperlukan oleh volume tertentu cairan (V) untuk mengalir melalui pipa
kapiler di bawah pengaruh tekanan penggerak (P) yang tetap. Dalam hal
ini untuk cairan yang mengalir dengan aliran laminar, viskositasnya
ditentukan dengan persamaan Poisuille dinyatakan sebagai :
η = π x R4 x P x t
8 xV x L
Metode Oswald merupakan suatu metode variasi dari metode
Poiseuille. Dalam metode ini selalu diperhatikan aliran cairan, maka
viskositas suatu cairan dapat ditentukan dengan membandingkan hasil
pengukuran waktu (t), rapat massa (ρ) cairan tersebut terhadap waktu
(to) dan rapat massa (ρo) cairan pembanding yang diketahui viskositasnya
pada suhu pengukuran.
ηηo
= ρ x tρo x t o
Berdasarkan hukum distribusi Maxwell-Boltzmann, jumlah
molekul yang memiliki energi yang diperlukan untuk mengalir
dihubungkan dengan faktor e.E/R.T
η= A x e x ER xT atau ln η=
ER xT
+ln A
Untuk cairan yang terasosiasi :
η= cv−b atau v=b+ η
c=b+cΦ
Adapun faktor-faktor yang mempengaruhi viskositas cairan :
Page 4 of 24
a. Tekanan
Viskositas cairan naik dengan naiknya tekanan, sedangkan
viskositas gas tidak dipengaruhi oleh tekanan.
b. Temperatur
Viskositas akan turun dengan naiknya suhu, sedangkan viskositas
gas naik dengan naiknya suhu. Pemanasan zat cair menyebabkan
molekul-molekulnya memperoleh energi. Molekul-molekul cairan
bergerak sehingga gaya interaksi antar molekul melemah. Dengan
demikian viskositas cairan akan turun dengan kenaikan temperatur.
c. Kehadiran Zat Lain
Penambahan gula tebu meningkatkan viskositas air. Adanya bahan
tambahan seperti bahan suspensi menaikkan viskositas air. Pada minyak
ataupun gliserin adanya penambahan air akan menyebabkan viskositas
akan turun karena gliserin maupun minyak akan semakin encer, waktu
alirnya semakin cepat.
d. Ukuran dan Berat Molekul
Viskositas naik dengan naiknya berat molekul. Misalnya laju aliran
alkohol cepat, larutan minyak laju alirannya lambat dan kekentalannya
tinggi serta laju aliran lambat sehingga viskositas juga tinggi.
e. Kekuatan antar molekul
Viskositas akan naik jika ikatan rangkap semakin banyak.
Viskositas air naik dengan adanya ikatan hydrogen.
Page 5 of 24
IV. DATA PENGAMATAN
Truang : 27,5o CMassa Pikno Kosong + Tali (Wo) : 28,86 g (untuk zat Metanol)Massa Pikno Kosong + Tali (Wo) : 19,74 g (untuk zat Kloroform)
Tabel 1. Data Pengamatan Zat Metanol
T (oC)WPikno + Tali + Metanol
(gram)
t Zat (s)
t1 t2 t3 tavg
Ruang 48,10 8,59 8,40 8,50 8,49
30 48,76 8,27 8,29 8,22 8,26
35 48,78 8,17 8,11 8,10 8,12
40 48,85 8,00 7,93 8,00 7,97
Tabel 2. Data Pengamatan Zat Kloroform
T (oC)WPikno + Tali + Kloroform
(gram)
t Zat (s)
t1 t2 t3 tavg
Ruang 58,08 3,90 4,00 3,80 3,90
30 57,72 4,00 3,90 3,90 3,93
35 57,97 3,60 3,80 3,90 3,76
40 58,85 3,80 3,50 4,00 3,76
Tabel 3. Data Pengamatan Zat Air (untuk Zat Metanol)
T (oC) WPikno + Tali + Air (gram)t Zat (s)
t1 t2 t3 tavg
Ruang 53,48 7,98 7,98 7,73 7,89
30 53,73 7,70 7,82 7,72 7,74
35 53,78 7,55 7,47 7,50 7,50
40 54,05 7,43 7,45 7,44 7,44
Page 6 of 24
Tabel 4. Data Pengamatan Zat Air (untuk Zat Kloroform)
T (oC) WPikno + Tali + Air (gram)t Zat (s)
t1 t2 t3 tavg
Ruang 45,24 5,60 5,70 5,70 5,66
30 46,14 6,00 6,00 6,00 6,00
35 45,78 5,80 5,50 5,70 5,66
40 45,72 5,30 5,30 5,20 5,26
Page 7 of 24
V. PENGOLAHAN DATA
1. Penentuan Volume Pikno
V Piknometer=W Pikno+Tali+Air−W Pikno+Tali
ρair
Tabel 5. Volume Piknometer Kosong
PiknometerWPikno + Tali + Air
(gram)
WPikno + Tali
(gram)ρAir (g/mL)
VPiknometer
(mL)
A (untuk Metanol) 53,48 28,86 0,996377 24,70
B (untuk Kloroform) 45,24 19,74 0,996377 25,59
2. Penentuan ρ Zat pada Berbagai Suhu
ρZat=W Pikno+Tali+Zat−W Pikno+Tali
V Piknometer
Tabel 6. Massa Jenis Zat Metanol di Berbagai Suhu
T (oC)WPikno + Tali + Metanol
(gram)
WPikno + Tali
(gram)VPiknometer (mL) ρMetanol (g/mL)
Ruang 48,10 28,86 24,70 0,778947
30 48,76 28,86 24,70 0,805668
35 48,78 28,86 24,70 0,806477
40 48,85 28,86 24,70 0,809311
Page 8 of 24
Tabel 7. Massa Jenis Zat Kloroform di Berbagai Suhu
T (oC)WPikno + Tali + Kloroform
(gram)
WPikno + Tali
(gram)VPiknometer (mL) ρKloroform (g/mL)
Ruang 58,08 19,74 25,59 1,498241
30 57,72 19,74 25,59 1,484173
35 57,97 19,74 25,59 1,493942
40 58,85 19,74 25,59 1,528331
3. Penentuan η Zat Zat
ηZat=t Zat x ρZatt Air x ρAir
xηAir
Tabel 8. Viskositas Metanol
T (oC)tAvg Metanol
(s)ρMetanol (g/mL)
tAvg Air
(s)ρAir (g/mL) ηAir (Pa.s) ηMetanol (Pa.s)
Ruang 8,49 0,778947 7,89 0,996377 0,000842 0,000708
30 8,26 0,805668 7,74 0,995649 0,000797 0,000688
35 8,12 0,806477 7,50 0,994033 0,000719 0,000631
40 7,97 0,809311 7,44 0,992216 0,000653 0,000507
Tabel 9. Viskositas Kloroform
T (oC)tAvg Kloroform
(s)ρKloroform (g/mL)
tAvg Air
(s)ρAir (g/mL) ηAir (Pa.s) ηKloroform (Pa.s)
Ruang 3,90 1,498241 5,66 0,996377 0,000842 0,000872
30 3,93 1,484173 6,00 0,995649 0,000797 0,000778
35 3,76 1,493942 5,66 0,994033 0,000719 0,000717
40 3,76 1,528331 5,26 0,992216 0,000653 0,000718
Page 9 of 24
4. Penentuan E dan A
ln η= ERx 1T
+ ln A
Y = mx + c ; m = ER c = ln A
Tabel 10. Data untuk menentukan nilai E dan A
Larutan T (oC) 1/T (1/K) ηZat (Pa.s) ln ηZat
Air
Ruang 0,003327 0,000842 -7,079730
30 0,003300 0,000797 -7,134655
35 0,003246 0,000719 -7,237649
40 0,003194 0,000653 -7,333933
Metanol
Ruang 0,003327 0,000708 -7,253066
30 0,003300 0,000688 -7,281721
35 0,003246 0,000631 -7,368204
40 0,003194 0,000507 -7,586999
Kloroform
Ruang 0,003327 0,000872 -7,044721
30 0,003300 0,000778 -7,158784
35 0,003246 0,000717 -7,240434
40 0,003194 0,000718 -7,239040
Page 10 of 24
Grafik 1. Perbandingan ln η terhadap 1/T pada Air
0.003150.00320.003250.00330.00335-7.4
-7.3
-7.2
-7.1
-7
-6.9
f(x) = 1906.90390821083 x − 13.4258700921477
Zat Air
Series2Linear (Series2)
1/T (1/K)
ln η
Persamaan Regresi : y = 1906,9x - 13,426
1906,9 = ER - 13,426 = ln A
E = 1906,9 x 8,314 A = e- 13,426
E = 15853,96 J.mol-1 A = 1,4762 x 10-6
Grafik 2. Perbandingan ln η terhadap 1/T pada Metanol
0.00315
0.0032
0.00325
0.0033
0.00335-7.7
-7.5
-7.3
-7.1
f(x) = 2460.13725349587 x − 15.4091508728576
Zat Metanol
Series2Linear (Series2)
1/T (1/K)
ln η
Persamaan Regresi : y = 2460,1x - 15,409
2460,1 = ER - 15,409 = ln A
E = 2460,1 x 8,314 A = e- 15,409
Page 11 of 24
E = 20453,27 J.mol-1 A = 2,0321 x 10-7
Grafik 3. Perbandingan ln η terhadap 1/T pada Kloroform
0.00315
0.0032
0.00325
0.0033
0.00335-7.3
-7.2
-7.1
-7
-6.9
f(x) = 1377.33068005259 x − 11.6701397490618
Zat Kloroform
Series2Linear (Series2)
1/T (1/K)
ln η
Persamaan Regresi : y = 1377,3x – 11,67
1377,3 = ER - 11,67 = ln A
E = 1377,3 x 8,314 A = e- 11,67
E = 11450,87 J.mol-1 A = 8,5464 x 10-6
Tabel 11. Nilai E dan A untuk setiap ZatZat E (J.mol-1) A
Air 15853,98 1,4762 x 10-6
Metanol 20453,27 2,0321 x 10-7
Kloroform 11450,87 8,5464 x 10-6
Page 12 of 24
5. Penentuan Tetapan Van der Waals
1ρ=1ηx+b
Y = mx + c ; c = b = tetapan Van der Waals
Tabel 12. Data untuk menentukan tetapan Van der Waals
Larutan T (oC) ρZat (g/mL) 1/ ρ ηZat (Pa.s) 1/ ηZat
Air
Ruang 0,996377 1,003636 0,000842 1187,64
30 0,995649 1,004370 0,000797 1254,70
35 0,994033 1,006002 0,000719 1390,82
40 0,992216 1,007845 0,000653 1531,39
Metanol
Ruang 0,778947 1,283784 0,000708 1412,42
30 0,805668 1,241206 0,000688 1453,48
35 0,806477 1,239960 0,000631 1584,78
40 0,809311 1,235618 0,000507 1972,38
Kloroform
Ruang 1,498241 0,667449 0,000872 1146,78
30 1,484173 0,673775 0,000778 1285,34
35 1,493942 0,669370 0,000717 1394,70
40 1,528331 0,654308 0,000718 1392,75
Page 13 of 24
Grafik 4. Perbandingan 1/ ρ terhadap 1/ η pada Air
1100 1200 1300 1400 1500 16001.0011.0021.0031.0041.0051.0061.0071.0081.009
f(x) = 1.22655624229437E-05 x + 0.989013444275999
Zat Air
Series2Linear (Series2)
1/ η
1/ ρ
Persamaan Regresi : y = 1E-05x + 0,989
b = 0,989
Grafik 5. Perbandingan 1/ ρ terhadap 1/ η pada Metanol
13001400
15001600
17001800
19002000
21001.211.221.231.241.251.261.271.281.29
f(x) = − 5.24754064923876E-05 x + 1.33440517110625
Zat Metanol
Series2Linear (Series2)
1/ η
1/ ρ
Persamaan Regresi : y = -5E-05x + 1,3344
b = 1,3344
Page 14 of 24
Grafik 6. Perbandingan 1/ ρ terhadap 1/ η pada Kloroform
1100 1150 1200 1250 1300 1350 1400 14500.64
0.6450.65
0.6550.66
0.6650.67
0.6750.68
f(x) = − 2.68595249551543E-05 x + 0.701274292667544
Zat Kloroform
Series2Linear (Series2)
1/ η
1/ ρ
Persamaan Regresi : y = -3E-05x + 0,7013
b = 0,7013
Tabel 13. Nilai Tetapan Van der Waals untuk setiap ZatZat Tetapan Van der Waals
Air 0,989
Metanol 1,3344
Kloroform 0,7013
Page 15 of 24
VI. PEMBAHASAN
Berdasarkan data pengamatan, didapatkan rata-rata nilai massa
jenis zat Metanol 0,8 g/mL. Nilai tersebut hampir mendekati nilai massa jenis
Metanol yang sebenarnya, yaitu 0,792 g/mL. Untuk nilai massa jenis
Kloroform didapat 1,5 g/mL. Nilai tersebut mendekat nilai massa jenis
Kloroform yang sebenarnya, yaitu 1,49 g/mL. Adanya ketidaksesuaian antara
penghitungan dengan nilai yang sebenarnya disebabkan oleh kurang
akuratnya pengambilan data.
Untuk nilai viskositas yang dihasilkan, yaitu 0,000708 Pa.s untuk
Metanol pada temperatur 27,5oC, nilai tersebut sangat jauh berbeda dengan
nilai viskositas Metanol yang sebenarnya, yaitu 0,59 mPa.s pada suhu 20oC.
Sedangkan untuk viskositas Kloroform pada perhitungan didapat 0,000872
Pa.s pada suhu 27,5oC dengan 0,000563 Pa.s sebagai nilai viskositas
kloroform yang sebenarnya pada suhu 20oC. Hasil dari perhitungan cukup
berbeda jauh dengan yang ada pada literatur. Hal ini disebabkan karena data
yang digunakan pada literatur kondisinya tidak sama dengan yang ada pada
percobaan ini (perbedaan temperatur), selain itu mungkin terdapat
kesalahan dalam pengambilan data waktu rata-rata yang disebabkan karena
batasan antara ketinggian yang satu dengan yang lainnya cukup dekat dan
cepatnya aliran cairan sehingga data yang diambil kurang akurat.
Untuk tetapan Van der Waals Air didapat 0,989, dimana nilai
tesebut tidak sama dengan literatur, yaitu 0,03049. Untuk zat Metanol
didapat 1,3344, dengan nilai 0,06584 pada literatur. Dan untuk zat
Kloroform didapat 0,7013, dengan nilai 0,1022 pada literatur. Hal tersebut
dikarenakan adanya kesalahan dalam meregresi data.
Berdasarkan pengolahan data, viskositas air lebih besar daripada
viskositas Metanol, dan viskositas air mendekati viskositas Kloroform
meskipun viskositas Kloroform sedikit lebih besar daripada viskositas air.
Hubungannya sebagai berikut : ηKloroform > ηAir > ηMetanol.
Page 16 of 24
Dalam percobaan ini dicari nilai tetapan Van der Waals untuk setiap
zat. Penentuan tetapan Van der Waals ini dilakukan karena pada percobaan
ini tetapan Van der Waals mempengaruhi viskositas suatu cairan. Dimana
Viskositas akan naik jika ikatan rangkap semakin banyak dan jika ikatan antar
molekulnya kuat. Oleh karena itu tetapan Van der Waals mempengaruhi
ikatan antar molekul yang merupakan faktor yang mempengaruhi viskositas
cairan.
Berdasarkan data hasil percobaan, didapat ηKloroform > ηAir > ηMetanol. Hal
tersebut terjadi karena beberapa faktor, yaitu temperatur, ikatan antar
molekul, dan jumlah molekul. Semakin tinggi temperaturnya, maka
viskositas yang dihasilkan akan semakin menurun. Hal tersebut dapat
dibuktikan oleh data hasil pengamatan dimana hasil pengamatan sesuai
dengan pernyataan tersebut. Ikatan antar molekul juga mempengaruhi
viskositas, dimana semakin besar ikatan antar molekulnya, maka akan
semakin besar pula viskositasnya. Acuan besar-kecilnya ikatan antar molekul
ada pada tetapan Van der Waals. Semakin besar tetapan Van der Waals-nya
maka ikatan antar molekulnya semakin kuat, sehingga viskositas cairan pun
semakin tinggi. Dari data yang telah diolah didapat tetapan Van der Waals
kloroform > air > metanol, sehingga hubungan viskositas ketiga cairan
tersebut : ηKloroform > ηAir > ηMetanol. Selain itu, jumlah molekul zat juga
berpengaruh terhadap viskositas. Dalam percobaan ini jumlah molekul yang
dimaksud adalah densitas zat tersebut. Diketahui bahwa ρKloroform > ρAir >
ρMetanol sehingga hubungan viskositas ketiga cairan tersebut : ηKloroform > ηAir >
ηMetanol.
Aplikasi dari percobaan ini dalam bidang keilmuan Teknik Material
adalah menentukan material yang cocok untuk digunakan sebagai bahan
pompa. Bahan yang digunakan untuk pompa harus kuat dan sesuai dengan
cairan yang akan dipompa. Apabila cairan yang akan dipompa memiliki
viskositas yang tinggi, maka gaya yang diakibatkan akan semakin besar
sehingga dibutuhkan pompa yang lebih kuat dibandingkan dengan pompa
biasa.
Page 17 of 24
VII. KESIMPULAN
Kesimpulan dari percobaan ini yaitu nilai densitas rata-rata
Metanol adalah 0,8 g/mL, sedangkan untuk Kloroform 1,5 g/mL. Nilai
Viskositas rata-rata Metanol adalah 0,000633 Pa.s, dan untuk Kloroform
0,000771 Pa.s. Nilai tetapan A Air adalah 1,4762 x 10-6, Metanol 2,0321 x
10-7, dan Kloroform 8,5464 x 10-6. Nilai energi ambang batas aliran E Air
adalah 15853,98 J.mol-1, Metanol 20453,27 J.mol-1, dan Kloroform
11450,87 J.mol-1. Nilai tetapan Van der Waals Air adalah 0,989, Metanol
1,3344, dan Kloroform 0,7013. Semakin tinggi temperatur suatu cairan,
maka akan semakin kecil viskositasnya.
Page 18 of 24
VIII. DAFTAR PUSTAKA
Ariyanti, E.S. dan Agus, M, 2010, “Otomasasi Pengukuran Koefisien
Viskositas Zat Cair Menggunkan Gelombang Ultrasonik,” Jurnal Neutrino,
voll. 2, No. 2 April 2010.
Atkins, p.w, 1997, “Kimia Fisika,” Erlangga, Jakarta.
Halliday dan Resnick, 1985, “Fisika,” Erlangga, Jakarta.
Diakses 25 Oktober 2015 :
http://ridwan.staff.gunadarma.ac.id/Downloads/files/10075/Karakteristik+Al
iran+Fluida1.pdf.
Diakses 25 Oktober 2015 :
http://www.znu.ac.ir/data/members/rasoulifard_mohammad/
crc.pdf
Diakses 25 Oktober 2015 :
http://wiki.phy.queensu.ca/PHYS106/images/8/82/CRC.pdf
Page 19 of 24
IX. LAMPIRAN
1. CRC
Page 20 of 24
Page 21 of 24
Page 22 of 24
Page 23 of 24
Page 24 of 24
top related