TEGANGAN PERMUKAAN: PENYEBAB, CONTOH, APLIKASI DAN EKSPERIMEN - KIMIA - 2025

The tegangan permukaan adalah properti fisik memiliki semua cairan dan ditandai dengan resistensi terhadap permukaan mereka menentang setiap peningkatan di wilayahnya. Ini sama dengan mengatakan bahwa permukaan tersebut akan mencari area sekecil mungkin. Fenomena ini menjalin beberapa konsep kimiawi, seperti kohesi, gaya adhesi, dan gaya antarmolekul.

Tegangan permukaan bertanggung jawab atas pembentukan kelengkungan permukaan cairan dalam wadah tubular (silinder, kolom, tabung reaksi, dll.). Ini bisa cekung (melengkung dalam bentuk lembah) atau cembung (melengkung dalam bentuk kubah). Banyak fenomena fisik yang dapat dijelaskan dengan mempertimbangkan perubahan tegangan permukaan zat cair.

Bentuk bola yang diambil tetesan air pada daun sebagian disebabkan oleh tegangan permukaannya. Sumber: foto diambil oleh pengguna flickr tanakawho

Salah satu fenomena ini adalah kecenderungan molekul cair untuk menggumpal dalam bentuk tetesan, ketika mereka bertumpu pada permukaan yang menolaknya. Misalnya, tetesan air yang kita lihat di atas daun, tidak dapat membasahinya karena permukaannya yang seperti lilin dan hidrofobik.

Namun, ada saatnya gravitasi memainkan perannya dan tetesan itu tumpah seperti kolom air. Fenomena serupa terjadi pada tetesan bola raksa saat tumpah dari termometer.

Di sisi lain, tegangan permukaan air adalah yang paling penting dari semuanya, karena ia berkontribusi dan mengatur keadaan benda mikroskopis dalam media berair, seperti sel dan membran lipidnya. Selain itu, tegangan ini bertanggung jawab atas fakta bahwa air menguap secara perlahan, dan beberapa benda yang lebih padat daripada yang dapat mengapung di permukaannya.

Penyebab tegangan permukaan

Penjelasan untuk fenomena tegangan permukaan ada pada tingkat molekuler. Molekul-molekul cairan berinteraksi satu sama lain, sedemikian rupa sehingga mereka kohesif dalam gerakannya yang tidak menentu. Sebuah molekul berinteraksi dengan tetangganya di sebelahnya dan dengan yang di atas atau di bawahnya.

Namun, ini tidak terjadi sama dengan molekul di permukaan cairan, yang bersentuhan dengan udara (atau gas lain), atau dengan padatan. Molekul di permukaan tidak dapat bersatu dengan molekul di lingkungan luar.

Akibatnya, mereka tidak mengalami kekuatan apa pun yang menarik mereka ke atas; hanya ke bawah, dari tetangganya di media cair. Untuk mengatasi ketidakseimbangan ini, molekul-molekul di permukaan "terjepit", karena hanya dengan demikian molekul dapat mengatasi gaya yang mendorongnya ke bawah.

Sebuah permukaan kemudian dibuat di mana molekul berada dalam susunan yang lebih kencang. Jika sebuah partikel ingin menembus cairan, ia harus terlebih dahulu melewati penghalang molekul ini sebanding dengan tegangan permukaan cairan tersebut. Hal yang sama berlaku untuk partikel yang ingin melarikan diri ke lingkungan luar dari kedalaman zat cair.

Oleh karena itu, permukaannya berperilaku seolah-olah itu adalah film elastis yang tahan terhadap deformasi.

Unit

Tegangan permukaan biasanya dilambangkan dengan simbol γ, dan dinyatakan dalam satuan N / m, gaya kali panjang. Namun, seringkali satuannya adalah dyn / cm. Satu dapat diubah menjadi yang lain dengan faktor konversi berikut:

1 dyn / cm = 0,001 N / m

Tegangan permukaan air

Air adalah cairan yang paling langka dan paling menakjubkan. Tegangan permukaannya, serta beberapa propertinya, sangat tinggi: 72 dyn / cm pada suhu kamar. Nilai ini dapat meningkat menjadi 75,64 dyn / cm, pada suhu 0 ºC; atau turunkan menjadi 58,85 ºC, pada suhu 100 ºC.

Pengamatan ini masuk akal jika Anda menganggap bahwa penghalang molekuler semakin ketat pada suhu yang mendekati titik beku, atau "mengendur" sedikit lagi di sekitar titik didih.

Air memiliki tegangan permukaan yang tinggi karena ikatan hidrogennya. Jika ini dengan sendirinya terlihat di dalam cairan, mereka bahkan lebih terlihat di permukaan. Molekul air terjerat kuat, membentuk interaksi dipol-dipol tipe H ₂ O-HOH.

Molekul air tertarik satu sama lain; dihubungkan oleh ikatan hidrogen

Efisiensi interaksinya sedemikian rupa sehingga penghalang molekul berair bahkan dapat mendukung beberapa benda sebelum mereka tenggelam. Di bagian aplikasi dan eksperimen, kami akan kembali ke poin ini.

Contoh lainnya

Semua cairan menghadirkan tegangan permukaan, baik pada tingkat yang lebih rendah atau lebih besar dari air, atau apakah itu zat atau larutan murni. Seberapa kuat dan tegangnya penghalang molekuler permukaannya, akan bergantung langsung pada interaksi antarmolekulnya, serta faktor struktural dan energetik.

Gas kental

Misalnya, molekul gas dalam bentuk cair hanya berinteraksi satu sama lain melalui gaya dispersif London. Ini konsisten dengan fakta bahwa tegangan permukaannya memiliki nilai yang rendah:

-Helium cair, 0,37 dyn / cm pada -273 ºC

Nitrogen cair, 8,85 dyn / cm pada -196 ºC

-Oksigen cair, 13,2 dyn / cm pada -182 ºC

Tegangan permukaan oksigen cair lebih tinggi daripada helium karena molekulnya memiliki massa yang lebih besar.

Cairan apolar

Cairan non-polar dan organik diperkirakan memiliki tegangan permukaan yang lebih tinggi daripada gas terkondensasi ini. Di antara beberapa di antaranya kami memiliki yang berikut:

-Dietilether, 17 dyn / cm pada 20 ºC

- n-Hexane, 18,40 dyn / cm pada 20 ° C

- n-Oktan, 21,80 dyn / cm pada 20 ° C

-Toluene, 27,73 dyn / cm pada 25 ºC

Tren serupa diamati untuk cairan ini: tegangan permukaan meningkat seiring dengan peningkatan massa molekul. Namun demikian, n -oktana seharusnya memiliki tegangan permukaan tertinggi dan bukan toluena. Di sini struktur molekul dan geometri ikut berperan.

Molekul toluena, datar dan berbentuk cincin, memiliki interaksi yang lebih efektif daripada n -oktana. Oleh karena itu, permukaan toluena lebih "rapat" dibandingkan permukaan n -oktana.

Cairan kutub

Karena ada interaksi dipol-dipol yang lebih kuat antara molekul cairan polar, kecenderungannya adalah menunjukkan tegangan permukaan yang lebih tinggi. Tapi ini tidak selalu terjadi. Di antara beberapa contoh yang kami miliki:

-Asam asetat, 27,60 dyn / cm pada 20 ºC

-Acetone, 23,70 dyn / cm pada 20 ºC

-Darah, 55,89 dyn / cm pada 22 ºC

-Ethanol, 22,27 dyn / cm pada 20 ºC

-Glycerol, 63 dyn / cm pada 20 ºC

-Fusi natrium klorida, 163 dyn / cm pada 650 ºC

- Larutan NaCl 6 M, 82,55 dyn / cm pada 20 ºC

Natrium klorida cair diperkirakan memiliki tegangan permukaan yang sangat besar - ini adalah cairan ionik kental.

Sedangkan merkuri merupakan salah satu cairan dengan tegangan permukaan tertinggi: 487 dyn / cm. Di dalamnya, permukaannya terdiri dari atom-atom merkuri yang sangat kohesif, lebih dari yang bisa dimiliki molekul air.

Aplikasi

Beberapa serangga menggunakan tegangan permukaan air untuk bisa berjalan di atasnya. Sumber: Pixabay.

Tegangan permukaan saja tidak memiliki aplikasi. Namun bukan berarti tidak terlibat dalam berbagai fenomena keseharian yang jika tidak ada tidak akan terjadi.

Misalnya nyamuk dan serangga lain yang bisa berjalan melewati air. Ini karena kaki hidrofobik mereka menolak air, sementara massanya yang rendah memungkinkan mereka tetap mengapung di penghalang molekul tanpa jatuh ke dasar sungai, danau, kolam, dll.

Tegangan permukaan juga berperan dalam keterbasahan cairan. Semakin tinggi tegangan permukaannya, semakin kecil kecenderungannya untuk bocor melalui pori-pori atau retakan pada suatu material. Selain itu, mereka bukanlah cairan yang sangat berguna untuk membersihkan permukaan.

Deterjen

Di sinilah deterjen bekerja, mengurangi tegangan permukaan air, dan membantunya menutupi permukaan yang lebih besar; sambil meningkatkan tindakan degreasingnya. Dengan mengurangi tegangan permukaannya, ia memberi ruang bagi molekul udara, yang dengannya ia membentuk gelembung.

Emulsi

Di sisi lain, tegangan tinggi yang lebih rendah terkait dengan stabilisasi emulsi, yang sangat penting dalam perumusan rangkaian produk yang berbeda.

Eksperimen sederhana

Klip logam mengambang karena tegangan permukaan air. Sumber: Alvesgaspar

Akhirnya, beberapa eksperimen yang dapat dilakukan di ruang domestik mana pun akan dikutip.

Klip percobaan

Klip logam ditempatkan di permukaannya dalam gelas dengan air dingin. Seperti yang terlihat pada gambar di atas, klip akan tetap mengapung berkat tegangan permukaan air. Tetapi jika sedikit lava cina ditambahkan ke kaca, tegangan permukaan akan turun drastis dan klip kertas akan tiba-tiba tenggelam.

Perahu Kertas

Jika di permukaan kita memiliki perahu kertas atau palet kayu, dan jika mesin pencuci piring atau deterjen ditambahkan ke kepala swab, maka fenomena yang menarik akan terjadi: akan ada tolakan yang akan menyebarkannya ke tepi kaca. Perahu kertas dan palet kayu akan menjauh dari kapas yang diolesi deterjen.

Eksperimen lain yang serupa dan lebih grafis terdiri dari pengulangan operasi yang sama, tetapi dalam seember air yang ditaburi lada hitam. Partikel lada hitam akan hanyut dan permukaan akan berubah dari lada tertutup menjadi jernih, dengan lada di tepinya.

Referensi

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kimia (Edisi ke-8). CENGAGE Learning.
2. Wikipedia. (2020). Tegangan permukaan. Dipulihkan dari: en.wikipedia.org
3. USGS. (sf). Ketegangan Permukaan dan Air. Diperoleh dari: usgs.gov
4. Jones, Andrew Zimmerman. (12 Februari 2020). Ketegangan Permukaan - Definisi dan Eksperimen. Diperoleh dari: thinkco.com
5. Susanna Laurén. (15 November 2017). Mengapa tegangan permukaan penting? Biolin Scientific. Diperoleh dari: blog.biolinscientific.com
6. Ilmu Pengasuhan Rookie. (07 November 2019). Apa Itu Ketegangan Permukaan - Eksperimen Sains Keren. Diperoleh dari: rookieparenting.com
7. Jessica Munk. (2020). Eksperimen Ketegangan Permukaan. Belajar. Diperoleh dari: study.com
8. Anak itu Harus Melihat Ini. (2020). Tujuh eksperimen tegangan permukaan - Physics Girl. Diperoleh dari: thekidshouldseethis.com