Viskositas Zat Cair

Tujuan Percobaan

Menentukan viskositas zat cair dengan viscometer Oswald

Landasan Teori

Pengertian viskositas fluida (zat cair) adalah gesekan yang ditimbulkan oleh fluida yang bergerak, atau benda padat yang bergerak didalam fluida. Besarnya gesekan ini biasa juga disebut sebagai derajat kekentalan zat cair. Jadi semakin besar viskositas zat cair, maka semakin susah benda padat bergerak didalam zat cair tersebut. Viskositas dalam zat cair, yang berperan adalah gaya kohesi antar partikel zat cair (Anonim, 2009).
Viskositas dapat dinyatakan sebagai tahanan aliaran fluida yang merupakan gesekan antara molekul – molekul cairan satu dengan yang lain. Suatu jenis cairan yang mudah mengalir, dapat dikatakan memiliki viskositas yang rendah, dan sebaliknya bahan-bahan yang sulit mengalir dikatakan memiliki viskositas yang tinggi (Anonim, 2009).
Viskositas suatu fluida adalah sifat yang menunjukkan besar dan kecilnya tahan dalam fluida terhadap gesekan. Fluida yang mempunyai viskositas rendah, misalnya air mempunyai tahanan dalam terhadap gesekan yang lebih kecil dibandingkan dengan fluida yang mempunyai viskositas yang lebih besar (Anonim, 2010).
Gejala ini dapat dianalisis dengan mengintrodusir suatu besaran yang disebut kekentalan atau viskositas (viscosity). Oleh karena itu, viskositas berkaitan dengan gerak relatif antar bagian-bagian fluida, maka besaran ini dapat dipandang sebagai ukuran tingkat kesulitan aliran fluida tersebut. Makin besar kekentalan suatu fluida makin sulit fluida itu mengalir (Anonim, 2010).

Adanya zat terlarut makromolekul akan menaikkan viskositas larutan. Bahkan pada konsentrasi rendahpun, efeknya besar karena molekul besar mempengaruhi aliran fluida pada jarak yang jauh. Viskositas intrinsik [] merupakan analog dari koefisien virial (dan mempunyai dimensi 1/konsentrasi), (Atkins, 1996: 242).
Viskositas suatu cairan murni atau larutan merupakan indeks hambatan alir cairan. Viskositas dapat diukur dengan mengukur laju aliran cairan yang melalui tabung berbentuk silinder. Cara ini merupakan salah satu cara yang paling mudah dan dapat digunakan baik untuk cairan maupun gas (Bird, 1987: 57).
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 (Dogra, 1990: 209).
Koefisien viskositas secara umum diukur dengan dua metode, yaitu viskometer Oswald : waktu yang dibutuhkan untuk mengalirnya sejumlah tertentucairan dicatat, dan  dihitung dengan hubungan
 = (" " (ΔP) R^4 t)/8Vl
Umumnya koefisien viskositas dihitung dengan membandingkan laju cairan dengan laju aliran yang koefisien viskositasnya diketahui. Hubungan itu adalah
_1/_2 = (d_1 t_1)/(d_2 t_2 )
(Dogra, 1990: 211).
Viskositas diukur dengan beberapa cara. Dalam “viskometer Oswald”, waktu yang diperlukan oleh larutan untuk melewati pipa dicatat, dan dibandingkan dengan sampel standar. Metode ini cocok untuk penentuan (), karena perbandingan viskositas larutan dan pelarut murni, sebanding dengan waktu pengaliran t dan t* setelah dikoreksi untuk perbedaan rapatan ρ dan ρ*
/= t/t^* x ρ/ρ^*
(Atkins, 1996: 242).
Dalam menafsirkan pengukuran viskositas, banyak terdapat kerumitan.kebanyakan pengukuran (tidak semuanya) didasarkan pada pengamatan empiris, dan penentuan massa molar biasanya didasarkan pada pembandingan dengan sampel standar (Atkins, 1996: 242).
Salah satu kerumitan dalam pengukuran dalam pengukuran intensitas adalah: dalam beberapa kasus, ternyata fluida itu bersifat non-Newtonian, 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 lain dengan lebih bebas. Dalam beberapa kasus, tekanan yang disebabkan oleh aliran menjadi sangat besar, sehingga molekul panjang terputus-putus. Ini membawa konsekuensi lebih lanjut pada viskositas (Atkins, 1996: 242).
Pada viskometer Oswald, yang diukur adalah waktu yang dibutuhkan oleh sejumlah tertentu cairan untuk mengalir melalui pipa kapiler dengan gaya yang disebabkan oleh berat cairan itu sendiri. Pada percobaan sebenarnya, sejumlah tertentu cairan (misalnya 10 cm3, bergantung pada ukuran viskometer) dipipet ke dalam viskometer. Cairan kemudian diisap melalui labu pengukur dari viskometer sampai permukaan cairan lebih tinggi dari batas “a”. Cairan kemudian dibiarkan turun. Ketika permukaan cairan turun melewati batas “a”, stopwatch mulai dinyalakan dan ketika cairan melewati batas “b”, stopwatch dimatikan. Jadi waktu yang dibutuhkan cairan untuk melalui jarak antara “a” dan “b” dapat ditentukan. Tekanan P merupakan perbedaan tekanan antara kedua ujung pipa U dan besarnya diasumsikan sebanding dengan berat jenis cairan (Bird, 1987: 57).
Menurut Anonim (2010), alat yang dipakai untuk menentukan Viskositas dinamakanViskometer. Ada beberapa jenis viskometer, yaitu :
Viscometer Ostwald
Viscometer Lehman
Viscometer bola jatuh dari Stokes
Nilai viscositas Lehman didasarkan pada waktu kecepatan alir cairan yang akan diuji atau dihitung nilai viscositasnya berbanding terbalik dengan waktu kecepatan alir cairan pembanding, dimana cairan pembanding yang digunakan adalah air (Anonim, 2010).
Menurut Anonim (2010), Viscometer bola jatuh–Stokes. Terhadap sebuah benda yang bergerak jatuh didalam fluida bekerja tiga macam gaya, yaitu :
Gaya gravitasi atau gaya berat (W). gaya inilah yang menyebabkan benda bergerak ke bawah dengan suatu percepatan.
Gaya apung (buoyant force) atau gaya Archimedes (B). arah gaya ini keatas dan besarnya sama dengan berat fluida yang dipindahkan oleh benda itu.
Gaya gesek (Frictional force) Fg, arahnya keatas dan besarnya

Alat dan Bahan

Alat
Piknometer 50 mL 1 buah
Piknometer 100 mL 1 buah
Neraca analitik 1 buah
Eksikator 1 buah
Viskometer Oswald 3 buah
Gelas kimia 250 mL 1 buah
Gelas kimia 1000 mL 1 buah
Thermometer 0-100oC 1 buah
Labu semprot 1 buah
Ball pipet 1 buah
Kaki tiga dan kasa asbes 1 buah
Lampu spiritus 1 buah
Klem kayu 1 buah
Stopwatch 3 buah
Statif dan klem 1 buah
Pipet tetes

Bahan
Aquades
Methanol (CH3OH)
Etanol (C2H5OH)
Es batu
Korek api
Tissue

Cara Kerja

Penentuan massa jenis zat
Mengukur berat piknometer kosong
Memasukkan aquades dengan suhu 20oC ke dalam piknometer
Mengusahakan agar tidak ada gelembung pada piknometer
Mengukur berat piknometer yang telah diisi dengan aquades 20oC
Mengulangi pengukuran dengan aquades 40o dan 60oC, etanol 20o, 40o, dan 60o C, serta methanol 20o, 40o, dan 60o C
 
Pengukuran viskositas
Mengisi viskometer dengan aquades melalui pipa sebelah kanan
Mengusahakan permukaan lebih rendah dari tanda b
Memasukkan viskometer Oswald ke dalam penangas air yang dilengkapi thermometer untuk mengukur suhunya. Suhu air dalam viskometer harus sama dengan suhu percobaan
Menghisap zat cair melalui pipa kiri agar zat cair masuk ke dalam B pada suhu yang ditetapkan dalam percobaan
Membiarkan zat cair mengalir melalui pipa kapiler kembali ke A
Mencatat waktu yang diperlukan untuk mengalir dari tanda a ke tanda b
Melakukan hal yang sama dengan mengganti air dengan etanol dan methanol
Melakukan pengukuran pada suhu 20o, 40o, dan 60o C
Menghitung koefisien zat cair dengan rumus
_1/_2 = (ρ_1 t_1)/(ρ_2 t_2 )

Hasil Pengamatan

Pengukuran massa jenis
Massa piknometer kosong (50 mL) = 28,705 gram (Air dan etanol)
Massa piknometer kosong (100 mL) = 35,101 gram (metanol)
Jenis Zat Massa piknometer + zat
Suhu 20oC Suhu 40oC Suhu 60oC
Aquades 78,996 gram 78,961 gram 78,226 gram
Etanol 69,063 gram 67,965 gram 67,324 gram
Methanol 111,483 gram 111,241 gram 110,298 gram

Pengukuran viskositas
Jenis Zat Waktu (t) dalam viskometer
Suhu 20oC Suhu 40oC Suhu 60oC
Aquades 224 s 201 s 173 s
Etanol 340 s 331 s 301 s
Methanol 181 s 179 s 170 s

Analisis Data

Pengukuran massa jenis
Rumus umum = ((massa piknometer + zat)- (massa piknometer kosong))/(volume piknometer)
Untuk Air
20oC, ρ =(78,996 gram-28,705 gram)/(50 mL)
=(50,291 gram)/(50 mL)
= 1,006 gram/mL
40oC, ρ =(78,961 gram-28,705 gram)/(50 mL)
=(50,256 gram)/(50 mL)
= 1,005 gram/mL
60oC, ρ =(78,226 gram-28,705 gram)/(50 mL)
=(49,521 gram)/(50 mL)
= 0,990 gram/mL
Untuk Etanol
20oC, ρ =(69,063 gram-28,705 gram)/(50 mL)
=(40,358 gram)/(50 mL)
= 0,807 gram/mL
40oC, ρ =(67,956 gram-28,705 gram)/(50 mL)
=(39,260 gram)/(50 mL)
= 0,785 gram/mL
60oC, ρ =(67,324 gram-28,705 gram)/(50 mL)
=(38,619 gram)/(50 mL)
= 0,772 gram/mL
Untuk Metanol
20oC, ρ =(111,483 gram-35,101 gram)/(100 mL)
=(76,382 gram)/(100 mL)
= 0,764 gram/mL
40oC, ρ =(111,241 gram-35,101 gram)/(100 mL)
=(76,140 gram)/(100 mL)
= 0,761 gram/mL
60oC, ρ =(110,298 gram-35,101 gram)/(100 mL)
=(75,197 gram)/(100 mL)
= 0,752 gram/mL

Pengukuran viskositas
Etanol 20oC
Dik : t1 (etanol) = 340 s
t2 (air) = 224 s
ρ_1 (etanol) = 0,807 gram/mL
ρ_2 (air) = 1,006 gram/mL
2 (air) = 1,009 Cp
Dit : 1 (etanol) …..?
Peny : 1 =(_2 ρ_1 t_1)/(ρ_2 t_2 )
=((1,009 Cp)(0,807 gram/mL)(340 s))/((1,006 gram/mL)(224 s))
=(276,849 Cp)/225,334 = 1,228 Cp
Etanol 40oC
Dik : t1 (etanol) = 331 s
t2 (air) = 201 s
ρ_1 (etanol) = 0,785 gram/mL
ρ_2 (air) = 1,005 gram/mL
2 (air) = 0,654 Cp
Dit : 1 (etanol) …..?
Peny : 1 =(_2 ρ_1 t_1)/(ρ_2 t_2 )
=((0,654 Cp)(0,785 gram/mL)(331 s))/((1,005 gram/mL)(201 s))
=(169,932 Cp)/202,005 = 0,841 Cp
Etanol 60oC
Dik : t1 (etanol) = 301 s
t2 (air) = 173 s
ρ_1 (etanol) = 0,772 gram/mL
ρ_2 (air) = 0,990 gram/mL
2 (air) = 0,470 Cp
Dit : 1 (etanol) …..?
Peny : 1 =(_2 ρ_1 t_1)/(ρ_2 t_2 )
=((0,470 Cp)(0,772 gram/mL)(301 s))/((0,990 gram/mL)(173 s))
=(109,215 Cp)/171,270 = 0,638 Cp
Metanol 20oC
Dik : t1 (metanol) = 181 s
t2 (air) = 224 s
ρ_1 (metanol) = 0,764 gram/mL
ρ_2 (air) = 1,006 gram/mL
2 (air) = 1,009 Cp
Dit : 1 (metanol) …..?
Peny : 1 =(_2 ρ_1 t_1)/(ρ_2 t_2 )
=((1,009 Cp)(0,764 gram/mL)(181 s))/((1,006 gram/mL)(224 s))
=(139,528 Cp)/225,334 = 0,619 Cp
Metanol 40oC
Dik : t1 (metanol) = 179 s
t2 (air) = 201 s
ρ_1 (metanol) = 0,761 gram/mL
ρ_2 (air) = 1,005 gram/mL
2 (air) = 0,654 Cp
Dit : 1 (metanol) …..?
Peny : 1 =(_2 ρ_1 t_1)/(ρ_2 t_2 )
=((0,654 Cp)(0,761 gram/mL)(179 s))/((1,005 gram/mL)(201 s))
=(89,087 Cp)/202,005 = 0,441 Cp
Metanol 60oC
Dik : t1 (metanol) = 170 s
t2 (air) = 173 s
ρ_1 (metanol) = 0,752 gram/mL
ρ_2 (air) = 0,990 gram/mL
2 (air) = 0,470 Cp
Dit : 1 (metanol) …..?
Peny : 1 =(_2 ρ_1 t_1)/(ρ_2 t_2 )
=((0,470 Cp)(0,752 gram/mL)(170 s))/((0,990 gram/mL)(173 s))
=(60,085 Cp)/171,270 = 0,351 Cp

Pembahasan

Pada percobaan ini pertama-tama dilakukan pengukuran massa jenismasing-masing zat yang akan dicobakan, yaitu aquades, etanol, dan methanol dengan suhu 20oC, 40oC, dan 60oC.
Percobaan ini dilakukan dengan memanaskan piknometer yang bertujuan untuk menghilangkan air dan zat-zat lain yang mungkin terdapat dalam piknometer. Setelah itu didinginkan dalam eksikator dan ditimbang sebagai berat piknometer kosong. Saat pengisian ke dalam piknometer tidak boleh terdapat gelembung karena akan mempengaruhi hasil penimbangan. Dari hasil percobaan ini diperoleh massa jenis air 20oC sebesar 1,006 g/mL; 40oC sebesar 1,005 g/mL; dan 60oC sebesar 0,990 g/mL. Untuk etanol 20oC sebesar 0,807 g/mL; 40oC sebesar 0,785 g/mL; dan 60oC sebesar 0,772 g/mL. Untuk methanol 20oC sebesar 0,764 g/mL; 40oC sebesar 0,761 g/mL; dan 60oC sebesar 0,752 g/mL.
Dari hasil diketahui bahwa suhu berbanding terbalik dengan massa jenis zat. Semakin tinggi suhu maka semakin kecil massa jenis zat-nya. Hal ini disebabkan karena ketika suhu mengingkat, molekul pada zat cair akan bergerak cepat diakibatkan oleh tumbukan antar molekul, akibatnya molekul dalam zat cair akan meregang dan massa jenis akan semakin kecil.
Pada percobaan selanjutnya, zat cair yang telah ditentukan massa jenisnya dimasukkan ke dalam viskometer dengan mengusahakan agar tidak ada gelembung dalam viskometer. Hal ini bertujuan agar aliran laminar tidak terganggu oleh adanya gelembung yang akan mengakibatkan waktu yang diperoleh tidak sesuai dengan waktu yang seharusnya.
Pada percobaan ini digunakan tiga jenis larutan dengan suhu yang berbeda yaitu aquades 20oC, 40oC, dan 60oC; etanol 20oC, 40oC, dan 60oC; serta methanol 20oC, 40oC, dan 60oC. Hal ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh suhu terhadap viskositas zat cair.
Setelah diperoleh waktu pada percobaan, koefisien viskositas dapat dihitung dengan rumus :
_1/_2 = (ρ_1 t_1)/(ρ_2 t_2 )
Dari hasil analisis data diperoleh viskositas etanol 20oC, 40oC, dan 60oC secara berturut-turut adalah 1,228 Cp; 0,841 Cp; dan 0,638 Cp. Sedangkan viskositas methanol 20oC, 40oC, dan 60oC secara berturut-turut adalah 0,619 Cp; 0,441 Cp; dan 0,351 Cp.
Dari hasil analisis di atas, diperoleh bahwa methanol memiliki koefisien viskositas lebih rendah debandingkan etanol. Selain itu dapat pula diketahui bahwa semakin tinggi suhu larutan, maka koefisien viskositas semakin menurun. Hal ini karena pada suhu tinggi, gerakan partikel dalam larutan lebih cepat sehingga viskositasnya menurun.

Kesimpulan dan Saran

Kesimpulan
Dari hasil percobaan dapat disimpulkan bahwa suhu berbanding terbalik dengan viskositas
Viskositas etanol lebih tinggi dibandingkan methanol
Koefisien viskositas etanol 20oC, 40oC, dan 60oC secara berturut-turut adalah 1,228 Cp; 0,841 Cp; dan 0,638 Cp
Koefisien viskositas methanol 20oC, 40oC, dan 60oC secara berturut-turut adalah 0,619 Cp; 0,441 Cp; dan 0,351 Cp
Saran
Sebaiknya saat praktikum, lebih teliti memperhatikan ada atau tidaknya gelembung pada viskometer karena dapat mempengaruhi hasil percobaan

Daftar Pustaka

Anonim. 2009. Viscositas. http://www.ccitonline.com/mekanikal/viskositas/ diakses pada 27 November 2010.
Anonim. 2010. Fluida dan Viscositas. http://www.scribd.com/doc/13762740/Viscositas/ diakses pada 27 November 2010.
Atkins, P.W. 1996. Kimia Fisik Jilid II Edisi IV. Jakarta : Erlangga.
Bird, Tony. 1987. Kimia Fisik Untuk Universitas. Jakarta : PT Gramedia.
Dogra. 1990. Kimia Fisik dan Soal-Soal. Malang : Jakarta : UI-Press