1. Penentuan volume picnometer pada suhu percobaan
Diusap air yang menempel, kemudian ditimbang dengan seksama
2. Penentuan kerapatan zat cair
Dilakukan penimbangan zat cair yang akan dicarikan kerapatannya dengan piknometer sama dengan percobaan 1. Ditentukan dengan viskositas cairan-cairan tersebut dengan viskosimeter Ostwold, dengan cara dimasukkan 3,0 ml cairan dalam viskosimeter Ostwold, dihisap hingga cairan berada diatas garis batas. Dihitung waktu yang dibutuhkan oleh cairan untuk turun ke bawah melewati 2 tanda batas.
Dihitung secara teoritis viskositas larutan gula 45%.
PENENTUAN VISKOSITAS LARUTAN NEWTON DAN LARUTAN NON NEWTON
A. TUJUAN
1. Mampu menentukan viskositas larutan Newton dengan Viskosimeter Ostwald.
2. Mampu menjelaskan pengaruh kadar larutan terhadap viskositas larutan Newton.
3. Mampu menentukan sifat alir beberapa cairan dengan viskosimeter stormer
B. DASAR TEORI
Istilah reologi berasal dari bahasa yunani rheo (menggalir) dan logos
(ilmu penggetahuan). Digunakan oleh Bingham dan Crawford untuk memberikan aliran zat cair dan deformasi zat padat. Visositas adalah suatu ungkapan yang menyatakan tahanan yang mencegah zat cair untuk mengalir. Makin tinggi viskositasnya, makin besar tahanannya. Zat cair sederhana dapat diberikan dengan viskositas absolut. Tapi sifat-sifat reologik dari sistem dispersi heterogen lebih kompleks dan tidak dapat dinyatakan dengan satuam tunggal.
Dalam tahun-tahun terakhir ini, prinsip-prinsip dasar reologi telah digunakan untuk mempelajari cat, tinta, adonan, bahan-bahan pembanggun jalan, kosmetik, produk sehari-hari dan lain-lain bahan. Scott-Blair menyadari pentingnya reologi dalam farmasi dan mengusulkan penggunaannya didalam formulasi dan analisa produk farmasi emulsi, pasta, suppositoria dan dragee (tablet bersalut).
(Moechtar, 1989)
Penggolongan bahan menurut tipe aliran dan deformasi adalah sebagai berikut : sistem Newton dan sisten non Newton. Pemilihan bergantung pada sifat-sifat alirannya apakah sesuai dengan hukum aliran dari Newton atau tidak.
SISTEM NEWTON
Perbedaan kecepatan (dy) antara dua bidang cairan dipisahkan oleh suatu jarak yang kecil sekali (dr) adalah ‘’perbedaan kecepatan’’ atau nate of shear, dy/dr. Gaya persatuan luas F/A diperlukan untuk menyebabkan aliran, ini disebut Shearing Stress. Makin besar viskositas suatu cairan akan makin besar pula gaya persatuan luas (Shearing Stress) yang diperlukan untuk menghasilkan suatu nate of shear tertentu.
SISTEM NON NEWTON
Non Newtonian bodies adalah zat-zat yang tidak mengikuti persamaan aliran Newton, dispersi heterogen cairan dan padatan seperti larutan koloid, emulsi, suspensi cair, salep dan produk-produk serupa masuk dalam kelas ini. Jika bahan-bahan non Newton dianalisis dalam suatu viskometer putar dan hasilnya diplot, diperoleh bagian kurva konsistensi yang menggambarkan adanya 3 kelas yaitu : plastis, pseudoplastis dan dilatan.
(Martin, 1995)
PENGUKURAN VISKOSITAS
Koefisien viskositas secara umum diukur dengan 2 metode :
1. Viskometer Ostwond
Waktu yang di butuhkan untuk mengalirnya sejumlah tertentu cairan dicatat dan η dihitung dengan hubungan:
2. Metode Bola Jatuh
Menyangkut gaya gravitasi yang seimbang dengan gerakan aliran pekat, dan hubungannya denganya adalah:
Dalam viskometer Ostwold, air membutuhkan waktu 25 detik untuk mengalir melalui tanda bawah dan atas.
(Dogra, 2008)
C. ALAT dan BAHAN
Ø Alat
1. Viskosimeter Ostwald 7. Piknometer
2. Bekerglass 250 ml 8. Baskom
3. Batang pengaduk 9. Termometer
4. Pipet Ukur 5 ml 10. Viskosimeter Stormer
5. Stopeatch 11. Anak Timbangan
6. Pro Pipet
Ø Bahan
1. Alkohol 4. Larutan gula 20%, 40%, 60% dan x%
2. Aquadest 5. Larutan CMC 1%
3. Es batu 6. Larutan CMC 0,1% dengan veegum 2%
D. CARA KERJA SKEMATIS
a. Penentuan Viskositas Larutan Newton
Ditentukan kerapatan dari cairan (aquadest, alkohol dan larutan gula 20%, 40%, 60% dan x%) dengan menggunakan alat Piknometer
b. Penentuan Viskositas Larutan non Newton
Ditentukan waktu yang diperlukan rotor untuk memutar 25x putaran untuk menghitung kecepatan tersebut
E. HASIL PERCOBAAN
A. Penentuan Viskositas Larutan Newton dengan Viskosimeter Ostwald
tpercobaan : 30 o C
ρair : 0,99567 g/ml
V piknometer : 34,3540 ml
Zat
Kerapatan
Waktu alir (dt)
Viskositas (η) Log η
Bobot pikno kosong (g)
Bobot pikno + zat (g)
ρ (g/ml)
Air 34,3540 58,9433 0,99567 12” 0,7975 -
Alkohol 34,3540 56,2663 0,8915 27” 1,6066 -
Larutan gula 20 %
34,3540 60,5489 1,0698 17” 1,2138 0,0841
Larutan gula 40 %
34,3540 62,3914 1,1298 29” 2,1869 0,3398
Larutan gula 60 %
34,3540 64,0931 1,1960 68” 5,4284 0,7347
Larutan gula x %
34,3540 62,0788 1,1177 30” 2,2381 0,3499
B. Penentuan Viskositas Larutan non-Newton dengan Viskosimeter Stromer
1. Larutan CMC 1%
Beban (gram)
t (menit) Rpm
Beban awal :
+ 10
20
30
40
50
40
30
20
10
0
-
0,55
0,275
0,18
0,15
0,18
0,275
0,55
-
-
-
45,45
90,91
136,36
166,67
136,36
90,91
45,45
-
-
2. Larutan CMC 0,1 % dengan veegum 2 %
Beban (gram)
t (menit) rpm
Beban awal :
+10
20
30
40
50
40
30
20
10
0
-
-
0,25
0,16
0,17
0,16
0,25
-
-
-
-
-
100
150
214,3
150
100
-
-
-
F. PERHITUNGAN
A. Penentuan Viskositas Larutan Newton dengan Viskosimeter Ostwald
Kerapatan (ρ)
1. Air
t percobaan = 30⁰C
Kerapatan air
ρair 30⁰C = 0,99567
Bobot piknometer + air = 58,9433 g
Bobot piknometer kosong = 33,3540 g
Bobot air = 25,5893 g
V. piknometer = V. Air
=
= 25,7006 mL
(bobot pikno + zat) – (bobot pikno kosong)
= 58,9433 – 33,3540 = 25,5893 gram
Kerapatan air = = 0,9957 mL -1
2. Alkohol
Bobot pikno kosong = 33,3540 g
Bobot pikno + alkohol = 56,2663 g
Bobot alkohol =
22,9123 g
Kerapatan =
=
= 0,8915 g/ml
3. Larutan gula 20 %
Bobot pikno kosong = 33,3540 g
Bobot pikno + lar. gula 20%
= 60,8489 g
Bobot lar. Gula 20%
= 27,4949 g
Kerapatan
=
=
= 1,0698 g/ml
4. Larutan gula 40 %
Bobot pikno kosong = 33,3540 g
Bobot pikno + lat. gula 40 % = 62,3914 g
Bobot lar. Gula 40 % = 29,0374 g
Kerapatan
=
=
= 1,1298 g/ml
5. Larutan gula 60 %
Bobot pikno kosong = 33,3540 g
Bobot pikno + lar. gula 60 % = 64,0931 g
Bobot lar. Gula 60 % = 30,7391 g
Kerapatan
=
=
= 1,1960 g/ml
6. Larutan gula x %
Bobot pikno kosong = 33,3540 g
Bobot pikno + lar gula x % = 62,0788 g
Bobot lar. Gula x %
= 28,7248 g
Kerapatan
=
=
= 1,1177 g/ml
Viskositas
ηair : 0,7975 (pada suhu 30 0 C)
t air : 12 detik
ρair : 0,99567 g/ml
=
1. Alkohol
=
19,1962 = 11,94804 . ƞ zat
ƞ zat =
= 1,6066 g/cm det
2. Larutan gula 20 %
=
14,5038 = 11,94804 . ƞ zat
ƞ zat =
= 1,2138 g/cm det
3. Larutan gula 40 %
=
26,1294 = 11,94804 . ƞ zat
ƞ zat =
= 2,1869 g/cm det
4. Larutan gula 60 %
=
64,8591 = 11,9480 . ƞ zat
ƞ zat =
= 5,4284 g/cm det
5. Larutan gula X %
=
26,7409 = 11,9480 . ƞ zat
ƞ zat =
= 2,2381 g/cm det
Perhitungan prosentase larutan gula x % (konsentrasi larutan gula Vs log Viskositas)
Konsentrasi Viskositas log ƞ
20% 1,2138 0,0841
40% 2,1869 0,3398
60% 5,4284 0,7347
A = - 0,2644
B = 1,6265 y =
1,6265 x – 0,2644
r = 0,9925
Maka, y = bx + a
0,3499 =
1,6365 x + (- 0,2644)
0,6143 =
1,6265 x
X =
0,3777
Jadi prosentase larutan gula x sebesar 37,78 %
Untuk kadar 45 %
Maka, y = bx + a
= (1,6365 . 0,45) + (- 0,2644)
= 0,7319 – 0,2644
= 0,4675
y = log. Ƞ
ƞ = anti log. Y
= 2,9343
B. Penentuan viskositas larutan non-Newton
Larutan CMC 1%
rpm = , karena sudah dalam menit maka tidak perlu dikalikan 60.
Pada beban 20 g ; t = 0,55 menit ; rpm = = 45,45 rpm
Pada beban 30 g ; t = 0,275 menit ; rpm = = 90,91 rpm
Pada beban 40 g ; t = 0,18 menit ; rpm = = 136,36 rpm
Pada beban 50 g ; t = 0,15 menit ; rpm = = 166,67 rpm
Pada beban 40 g ; t = 0,18 menit ; rpm = = 136,36 rpm
Pada beban 30 g ; t = 0,275 menit ; rpm = = 90,91 rpm
Pada beban 20 g ; t = 0,55 menit ; rpm = = 45,45 rpm
Larutan CMC 1 % dengan veegum 2 %
Pada beban 30 g ; t = 0,25 menit ; rpm = = 100 rpm
Pada beban 40 g ; t = 0,16 menit ; rpm = = 150 rpm
Pada beban 50 g ; t = 0,17 menit ; rpm = = 214,3 rpm
Pada beban 40 g ; t = 0,16 menit ; rpm = = 150 rpm
Pada beban 30 g ; t = 0,25 menit ; rpm = = 100 rpm
GRAFIK
Larutan Gula
Larutan CMC 1 %
Larutan CMC 1 % dengan veegum 2 %
G. PEMBAHASAN
Pada praktikum kali ini dilakukan percobaan dengan penentuan viskositas larutan newton dan non newton. Percobaan kali ini bertujuan untuk menentukan viskositas larutan Newton dengan viskositas Ostwald. Dapat menjelaskan pengaruh kadar larutan terhadap viskositas larutan Newton dan mampu menentukan sifat alir beberapa cairan dengan viskosimeter stormer. Berdasarkan viskositasnya, penggolongan bahan dibagi atas 2 tipe aliran, yaitu sistem newton dan non newton.
Rheology adalah ilmu yang mempelajari sifat aliran zat cair atau deformasi zat padat. Pada dasarnya rheologi mempelajari hubungan antara shearing sterss dengan kecepatan gesek pada cairan atau hubungan strain dan deformasi yaitu sistem Newton dan sistem non Newton. Sistem non Newton terbagi menjadi 3 kelas : Plastis, Pseudoplastis, dan Dilatan.
Viskositas adalah ukuran resistensi atau tahanan suatu zat cair untuk mengalir. Makin besar resistensi suatu zat cair untuk mengalir, maka semakin besar pula viskositasnya.
Berdasarkan viskositasnya, penggolongan bahan dibagi atas 2 tipe aliran, yaitu sistem newton dan non newton. Viskosimeter Ostwald digunakan untuk larutan Newton karena mempunyai aliran lurus tetapi tidak dapat digunakan untuk Non Newton karena sifat alirnya tubuler / zig-zag. Dimana untuk sistem newton yang dilakukan pada percobaan berdasarkan bahan adalah air, alkohol, serta larutan gula dengan berbagai konsentrasi, yaitu 20%, 40%, 60%, serta larutan gula sebagai pengukuran terhadap berat zat. Sedangkan untuk sistem non newton digunakan CMC dan veegum yang biasa digunakan sebagai surfaktan emulsi. Viskosimeter ostwald sebagai pengukuran kekentalan berdasarkan waktu untuk mengalirnya suatu zat cair, viskositas dapat diketahui dengan membandingkan viskositas zat dengan viskositas air yaitu dengan membandingkan BJ zat dan waktu alir zat, maka terlebih dahulu dicari BJ zat menggunakan piknometer.
Sebelum menentukan viskositas suatu cairan terlebih dahulu ditentukan kerapatan masing-masing cairan yang diuji dengan menggunakan piknometer. Piknometer yang digunakan harus kering dan bersih agar didapat bobot piknometer yang sebenarnya.
Pertama dengan menimbang piknometer yang kosong dan kering beserta tutup dan termometernya. Tujuannya agar dapat diketahui berapa berat pikno ketika kosong sehingga dapat dicari berat dari cairan yang akan ditimbang dengan piknometer. Setelah didapat berat dari piknometer kosong maka piknometer kemudian dapat diisi dengan aquadest hingga terisi dengan penuh, sebelum ditimbang piknometer dibersihkan terlebih dahulu agar aquadest yang menempel diluar piknometer dapat dibesihkan agar tidak mempengaruhi penimbangannya.
Suhu dalam piknometer yang telah diisi cairan diturunkan ± 2⁰C dibawah suhu percobaan (30⁰C), yang bertujuan agar suhu zat/cairan di dalam piknometer sesuai dengan suhu yang tertera didinding kaca piknometer yang berarti pada suhu itulah volume zat pada piknometer benar-benar penuh. Kemudian dihangatkan agar suhu kembali pada suhu percobaan. Tutup kapiler yang semula terbuka ditutup secepatnya agar suhu zat cair tersebut sama dengan suhu pada piknometer. Persamaan antara T piknometer dengan T air (percobaan) dimaksudkan untuk mempermudah perhitungan, karena kerapatan (air) yang digunakan sebagai pembanding diketahui pada T percobaan.
Untuk menentukan viskositas larutan dilakukan dengan mengambil masing-masing 5 mL. Larutan yang dimasukkan dalam viskosimeter Ostwald (bersih dan kering) atau sebelum percobaan viskosimeter Ostwald dibilas dengan cairan yang akan digunakan agar viskositas yang dihitung adalah murni dari sampel. Pada viskosimeter Ostwald cairan dihisap sampai keatas sampai pada garis batas atas dari viskosimeter Ostwald agar memudahkan dalam menghitung waktun alir sehingga hasil yang diperoleh lebih akurat. Dalam hal ini air digunakan sebagai pembanding yang waktu alirnya ditentukan dari viskosimeter Ostwald. Kemudian kerapatan dan viskositasnya dari tabel pada suhu percobaan.
Untuk mengetahui viskositas cairan dicari dengan interpolasi / membandingkan viskositas air dikali kerapatan dan waktu alir zat dengan kerapatan air dan waktu alir air.
ƞ zat = ƞ air =
Dalam percobaan dapat diketahui hal-hal yang dapat mempengaruhi viskositas suatu larutan adalah tingkat kepekatan, kerapatan, dan waktu alir. Hal yang harus diperhatikan adalah alat harus tegak lurus, penekanan stopwatch harus benar dan tepat serta saat pengukuran waktu alir, pompa hisap harus dilepas karena akan mempengaruhi tekanan. Cairan dihisap dengan karet hisap hingga cairan berada di atas garis batas. Perhitungan waktu selesai ketika cairan telah melewati garis batas bawah.Secara praktik dan teoritis tingkat kadar suatu larutan berbanding lurus dengan viskositasnya.
Hal ini dikarenakan
kerapatan =
Kadar =
Sehingga dapat disamakan kerapatan, dan kerapatan zat berbanding lurus dengan viskositas zat tersebut. Sehingga kadar suatu zat juga berbanding lurus dengan viskositas zat tersebut. Semakin besar kadar suatu larutan maka semakin besar pula viskositas kelarutannya.
Untuk menghitung larutan ×% dan viskositasnya menggunakan sistem regresi linier dengan memasukkan data × sebagai % larutan gula dan y sebagai log dari viskositas. Sehingga diperoleh persamaan : y = 1,6265 x – 0,2644, sehingga penentuan viskositas larutan gula ×% = 2,2381 dengan waktu alir 30 detik diperoleh kadar viskositas larutan gula ×% adalah 37,78 %. Dari hasil percobaan diperoleh sesuai dengan teori yaitu semakin tinggi kadar maka viskositasnya juga semakin tinggi.
Persamaan grafik diambil dari hubungan antara logaritma viskositas dengan % kadar. Karena dari hubungan grafik ini didapat nilai r yang mendekati nilai 1 maka garis pada kurva semakin lurus. Dari hasil percobaan diperoleh sesuai dengan teori yaitu semakin tinggi kadar maka viskositasnya juga semakin tinggi.
Percobaan kedua yaitu penentuan viskometer larutan non Newton Stormer. Larutan yang dihitung viskositasnya adalah larutan CMC 1% dan larutan CMC 0,1% dengan veegum 2%. Alat yang digunakan adalah viskosimeter stormer. Viskosimeter stormer merupakan viskositas cup and bob. Alat di kalibrasi terlebih dahulu dengan aquadest agar dapat menentukan pada beban awal berapa viskosimeter dapat berjalan. Pada penggunaan viskosimeter stormer diletakkan pada ruang antara cup and bob. Selanjutnya dibiarkan hingga mencapai keseimbangan. Dilakukan kalibrasi terlebih dahulu sebelum digunakan untuk mengetahui pada beban berapa bob akan memutar. Setelah dikalibrasi, larutan zat diletakan pada ruang cup dan diletakkan rotornya kemudian diangkat naik ke atas. Beban diletakkan pada beban penggantung beban dan ditambah anak timbang tiap 10 gram. Hal ini bertujuan untuk menghitung waktu yang diperlukan oleh larutan untuk memutar rotor sebanyak 25x putaran. Setelah itu kunci pengait dibuka secara bersamaan dengan menekan tombol start dan stopwatch untuk menghitung waktu dalam 25 putaran. Beban awal sebagai titik 0. Penambahan berat beban (anak timbangan) setiap 10 gram tidak terjadi aliran tuburan, serta kecepatan putaran rotor jangan sampai melampaui 150 rpm (10 detik/25x putaran). Aliran tubuler adalah tidak adanya keteraturan dalam lintasan fluidanya, aliran banyak bercampur, kecepatan tinggi dan viskositasnya rendah. Ternyata bob masih berputar pada beban 40 gram, dan pada beban 10 gram bob tidak dapat berputar. Jarum petunjuk pada viskosimeter diarahkan pada angka nol (angka mempengaruhi perhitungan) dan zat cair dimasukkan dalam cup sebelum mencapai mulut cupnya agar cairan tidak tumpah saat bob dimasukkan.
Klip pada viskosimeter stormer ditekan agar roda berputar. Waktu untuk rotor berputar 0-25, dicatat waktunya dengan penambahan beban berturut-turut hingga mencapai beban 50 gram dan dilakukan percobaan yang sama dengan mengurangi beban 10 gram berturut-turut hingga kembali ke beban awal. Hal ini dilakukan untuk mengetahui sifat aliran zat yang diuji. Zat yang diuji pada percobaan ini adalah larutan CMC 1% dan larutan CMC dengan Veegum 2%. Untuk menentukan viskositas kedua larutan uji diukur dengan mengukur waktu yang dibutuhkan larutan untuk melakukan gerakan gravitasi secara vertikal. Untuk menentukan viskositas larutan (rpm) larutan digunakan rumus :
rpm = x 60 dimana t adalah waktu (detik)
Saat bob berputar ketikan diberi beban yang putarannya selama 25 kali, hasil menunjukkan bahwa kenaikan tahanan terhadap aliran dengan bertambah kecepatan geser adalah :
1. Semakin banyak beban yang ditambahkan maka jumlah putaran semakin banyak, tatapi waktu ya ng diperlukan sedikit
2. Semakin tinggi viskositas suatu larutan maka jumlah aliran lebih kecil dari larutan dengan kekentalan kecil
Pada sistem Non Newton alat yang digunakan harus mampu bekerja pada macam-macam kecepatan geser untuk memperoleh reogram lengkap untuk sistem tersebut.
Untuk sampel CMC 1% diperoleh data yang menunjukkan semakin berat beban yang diberikan menyebabkan rotor berputar semakin cepat, artinya semakin tinggi shearing stress, viskositas menurun. Ketika beban dikurangi, rotor berputar semakin lambat, artinya pengurangan shearing stress diiringi peningkatan viskositas . Berdasarkan hal ini, dan gambar grafik yang diperoleh, sampel 1% mempunyai tipe tiksotropi pseudoplastis. Sampel kedua campuran CMC 0,1% dengan veegum 2%, tipe aliran sampel ini adalah anti tiksotropsi pseudoplastis dilihat dari grafik.
H. KESIMPULAN
1. Yang mempengaruhi viskositas adalah tingkat kerapatan, tingkat kepekaan, dan waktu alir
2. Zat cair yang diuji pada sistem Newton adalah air, alkohol, larutan gula 20% 40% 60% dan ×%
3. Konsentrasi semakin tinggi, maka waktu alirnya semakin lama dan viskositasnya semakin tinggi. Larutan gula 60% memiliki viskositas tertinggi dan air sebaliknya
4. Larutan gula x mempunyai kadar 37,78 % dengan viskositasnya sebesar 2,2381 g/cm det
5. Larutan yang diuji pada sistem Non Newton = Larutan CMC 1% dan larutan CMC 0,1 % dengan veegum 2%
6. Semakin berat beban yang diberikan pada viskosimeter stormer maka semakin cepat putarannya waktun yang dibutuhkan semakin sedikit
7. Semakin tinggi viskositas larutan Non Newton maka semakin kecil sifat alirnya
8. Pada percobaan diperoleh tipe aliran tiksotropi pseudoplastis untuk larutan CMC 1% dan aliran anti tiksotropsi pseudoplastis pada larutan CMC 1% dengan veegum 2%.
I. DAFTAR PUSTAKA
Dogra, S dan Dogra S.K, 2008,
Kimia Fisika dan Soal-Soal , UI press,
Jakarta.
Martin, A, 1995, Farmasi Fisika Edisi Tiga jilid 2 , UI press, Jakarta.
Moechtar, Drs. Apt, 1989, Farmasi Fisika , UGM press, Yogyakarta.
0 Response to "(LAPORAN FARMASI FISIKA FARMASI) SIFAT ALIR CAIRAN RHEOLOGY"
Posting Komentar