I. Tujuan Percobaan :
· Menerangkan arti viskositas dan rheologi
· Membedahkan cairan newton dan cairan non newton
· Mengunakan alat-alat penentuan viskositas dan rheologi
· Menentukan viskositas dan rheologi cairan newton dan non newton
II. Teori Umum :
Viskositas adalah ukuran resistensi zat cair untuk mengalir. Makin besar resistensi suatu zat cair untuk mengalir semakin besar pula viskositasnya. Rheologi adalah ilmu yang mempelajari sifat aliran zat cair atau deformasi zat padat. Viskositas mula-mula diselidiki oleh Newton, yaitu dengan mensimulasikan zat cair dalam bentuk tumpukan kartu seperti pada gambar berikut :
Zat cair diasumsikan terdiri dari lapisan-lapisan molekul yang sejajar satu sama lain.Lapisan terbawah tetap diam, sedangkan lapisan di atasnya bergerak dengan kecepatankonstan,sehingga setiap lapisan akan bergerak dengan kecepatan yang berbanding langsung denganjaraknya terhadap lapisan terbawah yang tetap. Perbedaan kecepatan dv antara dua lapisan yangdipisahkan dengan jarak dx adalah dv/dx atau kecepatan geser (rate of share). Sedangkan gayasatuan luas yang dibutuhkan untuk mengalirkanzat cair tersebut adalah F/A atau tekanan geser (shearing stress)
Menurut Newton :
F/A = dv/dx
F/A = ηdv/dx
η = F/Adv/dx
η = koefisien viskositas, satuan Poise
Viskositas suatu zat dipengaruhi oleh suhu. Viskositas gas meningkat dengan bertambah tingginya suhu, sedangkan viskositas zat cair menurun denganmeningginya suhu. Hubungan antara viskositas dengan suhu tampak pada persamaan Arrhenius :
Ev : energi aktivasi
R : konstanta gas
T : suhu mutlak
Hampir seluruh sistem dispersi termasuk sediaan-sediaan farmasi yang berbentuk emulsi,suspense, dan sediaan setengah padat tidak mengikuti hukum Newton. Viskosita cairan semacamini bervariasi pada setiap kecepatan geser, sehingga untuk mengetahui sifat alirannya dilakukan pengukuran pada beberapa kecepatan geser. Untuk menentukan viskositasnya diper-gunakan viscometer rotasi Stormer.
Berdasarkan grafik sifat alirannya (rheogram), cairan non Newton terbagi dalam dua kelompok, yaitu :
1. Cairan yang sifat alirannya tidak dipengaruhi waktu.Kelompok ini terbagi atas tiga jenis, yakni :
a) Aliran plastik
b) Aliran pseudoplastik
c) Aliran dilatan
2. Cairan yang sifat alirannya dipengaruhi oleh waktu.
Kelompok ini terbagi atas tiga jenis, yakni :
a) Tiksotropik
b) Antitiksotropik
c) Rheopeksi
peralatan yang digunakan untuk mengukur viskosita dan rheologi suatu zat cair disebut viskometer. Ada dua jenis viskometer, yaitu :
1. Viskosimeter Satu Titik
Viskosimeter ini bekerja pada titik kecepatan geser, sehingga hanya dihasilkan satu titik pada rheogram. Ekstrapolasi dari titik tersebut ke titik nol akan menghasilkan garislurus. Alat ini hanya dapat digunakan untuk menentukan viskositas cairan Newton.Yang termasuk dalam jenis ini misalnya viskosimeter kapiler, bola jatuh, penetrometer, plastometer ,dll.
2. Viskosimeter Banyak Titik
Dengan viskosimeter ini dapat dilakukan pengukuran pada beberapa harga kecepatangeser sehingga diperoleh rheogram yang sempurna. Viskosimeter jenis ini dapat jugadigunakan baik untuk menentukan viskositas dan rheologi cairan Newton maupun nonNewton. Yang termasuk ke dalam jenis viskosimeter ini adalah viskosimeter rotasi tipeStormer, Brookfield, Rotovico, dll.
Cairan yang mengikuti hukum Newton, viskositasnya tetap pada suhu dan tekanan tertentu dan tidak tergantung pada kecepatan geser. Oleh karena itu, vis-kositanya cukup ditentukan pada satu kecepatan geser. Viskometer yang dapat dipergunakan untuk keperluan itu adalah viskometer kapiler atau bola jatuh. Apabila digambarkan antara kecepatan geser terhadap tekanan geser, maka diperoleh grafik garis lurus melalui titik nol seperti gambar grafik dibawahini. Contoh cairan Newton adalah minyak jarak, kloroform, gliserin, minyak zaitun, dan air.
Viskometer bola jatuh merupakan viskosimeter satu titik yang digunakan untuk menentukan viskosita cairan newton. Viskosimeter ini bekerja pada satu titik kecepatan geser, sehingga hanya dihasilkan satu titik pada rheogram. Pada viskometer ini sampel dan bola diletakkan dalam tabung gelas dan dibiarkan mencapai temperatur keseimbangan dengan air yang berada dalam jaket di sekelilingnya pada temperatur konstan. Tabung dan jaket air tersebut kemudian dibalik, yang akan menyebabkan bola berada padapuncak tabung gelas dalam. Waktu bagi bola tersebut untuk jatuh antara dua tanda diukur dengan teliti dan diulangi beberapa kali.
Prinsip kerja dari viskometer bola jatuh adalah mengukur kecepatan bola jatuh melalui cairan dalam tabung pada suhu tetap. Viskometer Hoeppler, seperti terlihat pada Gambar, merupakan alat yang ada dalam perdagangan berdasarkan pada prinsip ini. Pada viskosimeter Hoeppler tabungnya dipasang miring sehingga kecepatan bola jatuh akan berkurang sehingga pengukuran dapat dilakukan lebih teliti. Viskometer ini cocok digunakan untuk cairan yang mempunyai viskositas yang sukar diukur dengan viskosimeter kapiler.
Selanjutnya, viskositas cairan dapat dihitung dengan persamaan stokes yaitu :
η = 2r2(ρ1-ρ2)g/9v
Keterangan : r = jari-jari bola (cm)
ρ 1= bobot jenis bola
ρ 2= bobot jenis cairan
g = gaya gravitasi
v = kecepatan bola (cm.detik -1)
Persamaan diatas dapat disederhanakan menjadi :
η= B(ρ1-ρ2)t
Keterangan : B = konstanta bola
T = waktu tempuh boal jatuh(detik)
III. Alat dan Bahan :
| Alat 1. Viskometer ostwald 2. Piknometer 3. Timbangan analitik 4. Gelas ukur | Bahan 1. Propilen glikol 2. Aquadest 3. gliserin |
IV. Prosedur Kerja :
Penetuan Kekentalan Cairan Dengan Viskometer Ostwald
1. Viskometer dibersikan dan dikeringkan
2. Cairan yang akan ditentukan kekentalanya di masukan melalui pipa a sampai ruang r penuh terisi
3. Cairan dihisap melalui pipa b sampai naik melewati garis m
4. Cairan dibiarkan turun sampai garis n
5. Catat waktu yang dibutukan cairan untuk mengalir dari garis m ke n
6. Lakukan 3 kali pengulangan data
Penentuan Kekentalan Cairan Dengan Viskometer Bola Jatuh
Prosedur kerja :
1. Pasang Alat Dan Perangkat Pada Posisi Yang Tara
2. Tabung Gelas Disi Dengan Cairan Yang Akan Ditentukan Kekentalanna ,Kemudian Tutup Tabung Dengan Hati-Hati Dan Jangan Sampai Terdapat Gelembung Udara Di Dalamnya
3. Masukan Bola Yang Sesuai Dan Apabila Bola Suda Turun Melampaui Garis Awal,Kembalikan Bola Pada Posisi Semula Dengan Car Membalikan Tabung
4. Catat Waktu Tempuh Bola Melalui Tabung Mulai Garis Awal Sampai Garis Akhir Dalam Detik
5. Tentukan Bobot Jenis / Kerapatan Dengan Piknometer
6. Hitung Kekentalan Cairan Dengan Persamaan :
ɳ = t (sb – sr)B
Keterangan :
ɳ = kekentalan
t = waktu bola jatuh (dtk)
sb = kerapatan bola yang digunakan
sr = kerapatan cairan sampel
B = konstanta bola
V. Hasil Percobaan dan Perhitungan :
Pengolahan data
A. Penentuan Kerapatan Cairan
- Air
Bobot Pikno Kosong (W1) : 15,4420 g
Bobot Pikno + Air (W2) : 40,6014 g
Bobot Pikno + Sample-Air (W3) : 40,6014 g
Bobot Air : 25,1594 g
Kerapatan Air (ρ) :
W3-W1 = 40,6014 - 15,4420 = 25.1594 = 1 g/mol
W2-W1 40,6014 - 15,4420 25.1594
Bobot Air : 25,1594 g
Kerapatan Air (ρ) :
W3-W1 = 40,6014 - 15,4420 = 25.1594 = 1 g/mol
W2-W1 40,6014 - 15,4420 25.1594
- Gliserin
Bobot Pikno Kosong (W1) : 14,2575 g
Bobot Pikno + Air (W2) : 39,3293 g
Bobot Pikno + Gliserin (W3) : 45,7398 g
Bobot Gliserin : 31,4823 g
Kerapatan Gliserin (ρ) :
W3-W1 = 45,7398 - 14,2575 = 31,4823 = 1,2557 g/mol
W2-W1 39,3293 - 14,2575 25,0718
W2-W1 39,3293 - 14,2575 25,0718
- Propilen Glikol
Bobot Pikno Kosong (W1) : 15,3077 g
Bobot Pikno + Air (W2) : 40,4184 g
Bobot Pikno + Propilenglikol (W3) : 41,4128 g
Bobot Propilenglikol : 31,4823 g
Kerapatan Propilen Glikol (ρ) :
W3-W1 = 41,4128 - 15,3077 = 31,4823 = 1,2537 g/mol
W2-W1 40,4184 - 15,3077 25,1107
W2-W1 40,4184 - 15,3077 25,1107
- Alkohol
Bobot Pikno Kosong (W1) : 15,4420 g
Bobot Pikno + Air (W2) : 40,6014 g
Bobot Pikno + Alkohol (W3) : 35,6724 g
Bobot Alkohol :
Kerapatan Alkohol (ρ) :
W3-W1 = 35,6724 - 15,4420 = 20,2304 = 0,8041 g/mol
W2-W1 40,6014 - 15,4420 25.1594
W2-W1 40,6014 - 15,4420 25.1594
B. Penentuan Nilai Viskositas
| Bahan | Waktu | |||
| Percobaan 1 | Percobaan 2 | Percobaan 3 | Rata-Rata | |
| Air | 2,4 Menit | 2,4 Menit | 2,4 Menit | 2,4 Menit |
| Alkohol | 4,14 Menit | 4,31 Menit | 4,16 Menit | 4,20 Menit |
| Gliserin | 26,32 detik | 26,72 detik | 26,78 detik | 26,61 detik |
| Propilen Glikol | 1,9 detik | 1,82 detik | 1,88 detik | 1,87 detik |
Viskometer Ostwald
η1 = t1 ρ1
η2 = t2 ρ2Diketahui :
η Air : 0,89 cp (Handbook of Pharmaceutical Excipient, 6th edition)
v Viskositas Alkohol
η1 = t1 ρ1 , 0,89 cp = 2,4 x 1η2 = t2 ρ2 η2 = 4,20 x 0,8041
η2 = 4,20 x 0,8041x 0,89 cp 2,4 x 1
η2 = 1,25 cp
Viskometer Bola Jatuh
| Order No.- | Ball No. | Made of | Density (ρ) g/cm3 | Diameter of the ball mm | Constant K (approx.) mPa s cm3/ g s | Recomm, Measuring range mPa s |
| 800-0002 | 1 | Boron silica glass | 2,2 | 15,81 + 0,01 | 0,007 | 0,6 - 10 |
| 800-0003 | 2 | Boron silica glass | 2,2 | 15,6 + 0,05 | 0,09 | 7 - 130 |
| 800-0004 | 3 | Nickel iron alloy | 8,1 | 15,6 + 0,05 | 0,09 | 30 - 700 |
| 800-0005 | 4 | Nickel iron alloy | 8,1 | 15,2 + 0,1 | 0,7 | 200 - 4800 |
| 800-0006 | 5 | W.-No. 4034 | 7,7-8,1 | 14,0 + 0,5 | 4,5 | 800 -10000 |
| 800-0007 | 6 | W.-No. 4034 | 7,7-8,1 | 11,0 + 1 | 33 | 6000-75000 |
Tabel 1 . Tabel Data Pemilihan Bola pada Viskometer Bola Jatuh
Rumus Perhitungan Viskositas :
η = t (Sb-Sr) B
v Viskositas Gliserin
η = t (Sb-Sr) B
η = 26,61 (7,7 - 1,2557) 4,5
η = 771,67 cp
v Viskositas Propilen Glikol
η = t (Sb-Sr) B
η = 1,87 (7,7 - 1,2537) 4,5
η = 54,83 cp
Data literatur (Sumber : Handbook of Excipient)
Viskositas air : 0,89 cp
Rho gliseirn : 1, 2626 g/cm3
Rho propilenglikol : 1,038 g/cm3
Visko p : 58,1 cp
VI. Pembahasan :
Pada percobaan kali ini, kita akan menentukan viskositas suatu cairan menggunakan viskometer. Cairan yang kita tentukan nilai viskositasnya adalah alkohol, gliserin, dan propilen glikol. Sebagaimana yang kita ketahui alkohol, gliserin, dan propilrn glikol memiliki hukum aliran yang mengikuti hukum Newton. Untuk menentukan viskositas suatu cairan yang mengikuti hukum newton, kita dapat menggunakan alat viskometer yang disebut dengan viskometer Ostwald dan viskometer Bola Jatuh.
Untuk menentukan viskositas alkohol dapat digunakan viskometer Ostwald. Sedangkan untuk menentukan viskositas gliserin dan propilen glikol menggunakan viskometer Bola Jatuh. Hal ini dikarenakan gliserin dan propilen glikol lebih kental daripada alkohol, sehingga jika digunakan viskometer Ostwald akan membutuhkan waktu yang sangat lama untuk dapat mengalir.
Prinsip kerja viskometer Ostwald ini adalah suatu cairan dihitung waktu tempuhnya dari garis m ke garis n. Setelah itu dihitung viskositasnya dengan membandingkan dengan air yang telah diketahui viskositasnya yaitu 1. Sedangkan prinsip kerja dari viskometer bola jatuh adalah mengukur kecepatan bola jatuh melalui cairan dalam tabung pada suhu tetap. Pada viskosimeter Bola Jatuh tabungnya dipasang miring sehingga kecepatan bola jatuh akan berkurang sehingga pengukuran dapat dilakukan lebih teliti. Viskometer ini cocok digunakan untuk cairan yang mempunyai viskositas yang sukar diukur dengan viskosimeter Ostwald.
Untuk menghitung nilai viskositas masing-masing cairan, harus dicari terlebih dahulu kerapatannya. Dari data hasil percobaan didapat bahwa kerapatan masing-,asing cairan sebagai berikut :
1. Alkohol = 0,8041 g/mol,
2. Gliserin = 1,2557 g/mol
3. Propilen glikol = 1,2537 g/mol.
Terdapat sedikit perbedaan nilai kerapatan masing-masing cairan hasil percobaan dibandingkan dengan yang ada pada literatur. Hal ini juga dapat berpengaruh pada nilai viskositas hasil perhitungan. Perbedaan ini mungkin disebabkan kurang telitinya praktikan pada saat penimbangan pikometer.
Dari data hasil percobaan diperoleh nilai viskositas masing-masing cairan adalah:
1. Alkohol à 1,25 cp
2. Gliserin à 771,67 cp
3. Propilen glikol à 54,83 cp
Dari data tersebut menunjukkan bahwa cairan yang memiliki nilai viskositas paling besar adalah gliserin dan cairan yang memiliki nilai viskositas paling kecil adalah alkohol.
VII. Kesimpulan :
Dari data pengamatan dan pembahasan diatas dapat disimpulkan bahwa :
1. Alkohol, gliserin, dan propilen glikol merupakan cairan yang megikuti hukum newton.
2. Untuk menentukan viskositas cairan yang mengikuti hukum Newton digunakan viskometer satu titik, misalnya viskometer Ostwald, viskometer bola jatuh, dan lain sebagainya.
3. Untuk menentukan nilai viskositas alkohol dapat digunakan Viskometer Ostwald.
4. Untuk menentukan nilai viskositas gliserin dan propilen glikol dapat digunakan Viskometer Bola Jatuh.
5. Prinsip kerja viskometer ostwald ini adalah suatu cairan dihitung waktu tempuhnya dari garis m ke garis n.
6. Prinsip kerja dari viskometer bola jatuh adalah mengukur kecepatan bola jatuh melalui cairan dalam tabung pada suhu tetap.
7. Diperoleh nilai viskositas hasil percobaan masing-masing cairan sebagai berikut :
Alkohol à 1,25 cp
Gliserin à 771,67 cp
Propilen glikol à 54,83 cp
VIII. Daftar Pustaka
Anonim a. 1979. Farmakope Indonesia Edisi III. Jakarta : Departemen kesehatan RI
Anonim b. 1995. Farmakope Indonesia Edisi IV. Jakarta : Departemen Kesehatan Republik Indonesia
Handbook Of Pharmaceutical Exipent
Martin, Alferd., Swarbick, James & cammarata, Arthur.1993.Farmasi Fisik Dasar-Dasar dalam Ilmu Farmasetik.UI Press:Jakarta