Pengertian Viskositas dalam Ilmu Kimia

Viskositas adalah kecenderungan cairan, baik dalam bentuk cair atau gas, untuk menahan gaya yang bekerja melawan mereka. Misalnya, jika kita mencoba mengaduk air murni dengan cepat sambil mengaduk molase dengan cepat, kita akan merasa jauh lebih sulit untuk mengaduk molase. Dengan pemikiran ini, viskositas juga dapat merujuk pada seberapa tebal cairan.

Viskositas dapat menjadi sifat fisik yang melekat dari suatu senyawa dalam bentuk cairan dalam kondisi standar, atau dapat menjadi hasil dari konsentrasi tinggi zat terlarut dalam larutan. Misalnya, viskositas air laut di Laut Mati sekitar sepuluh kali lipat dari air tawar. Alasan untuk ini adalah tingginya konsentrasi garam terlarut dalam air laut. Sementara itu, madu adalah cairan kental alami; bahkan ketika panas digunakan untuk mengencerkannya, madu akan selalu kembali ke ketebalan aslinya setelah didinginkan.

Arti Viskositas

Viskositas adalah resistensi partikel dalam fluida untuk mengalir atau bergerak sebagai respons terhadap gaya eksternal yang diberikan pada mereka. Resistensi ini karena cara partikel diatur. Jika partikel lebih dekat satu sama lain, cairan cenderung lebih kental. Resistansi juga berkorelasi dengan gaya antarmolekul. Molekul dari jenis yang sama memiliki gaya kohesif antar partikel, yang sulit untuk dipecah.

Fluida adalah zat yang mengalir, dan dapat berupa cairan atau gas. Dalam beberapa kasus, padatan juga dapat menunjukkan sifat seperti cairan, seperti ‘aliran’ butiran gandum yang bergerak di dalam sistem konveyor pneumatik. Sebaliknya, analog padat dari cairan cair dan gas juga menunjukkan struktur seperti padat ketika partikel individu terlalu padat dalam wadah.

Sebagai contoh misalnya, partikel pasir yang sangat halus dapat dengan mudah mengalir melalui lubang sempit di dalam jam pasir. Tetapi jika kita menggunakan partikel pasir yang lebih besar, pasir akan bergerak lebih lambat atau menjadi macet. Demikian pula, viskositas cairan yang sebenarnya tergantung pada bagaimana partikel (molekul) cairan bergerak melawan satu sama lain. Oleh karena itu, viskositas dapat dianggap sebagai gesekan internal antara partikel fluida.

Cara Mengukur Viskositas

Ada dua jenis viskositas yang dapat kita ukur: dinamis dan kinematik:

1. Viskositas dinamis: Ini juga dikenal sebagai viskositas absolut, dan terkait dengan gaya di mana fluida dikenai. Ini adalah rasio antara tegangan geser yang diterapkan dan luas fluida sampel. Satuan ukuran untuk viskositas absolut adalah milipascal detik (mPa-s).

2. Viskositas kinematik: Ini diukur terhadap gaya gravitasi. Ini pada dasarnya bagaimana cairan menahan tarikan gravitasi. Pengukuran tergantung pada densitas fluida. Satuan ukuran untuk viskositas kinematik adalah meter persegi per detik (m2/s)

Viskositas adalah resistensi cairan untuk mengalir atau berubah bentuk pada tingkat tertentu. Karena gaya resistensi fluida tidak dapat dengan mudah diukur secara langsung, laju aliran dapat digunakan sebagai pengganti. Oleh karena itu, viskositas secara teknis merupakan ukuran kecepatan aliran fluida di bawah kondisi standar tertentu.

Faktor eksternal, seperti tekanan dan suhu, harus dijaga konstan untuk mendapatkan pengukuran viskositas yang akurat dan terstandarisasi. Suhu dan tekanan konvensional atau standar, bagaimanapun, sebenarnya dapat bervariasi; mereka akan bergantung pada apa yang ingin kitaa ukur dan konvensi internasional yang ingin kita gunakan. Misalnya, kondisi standar IUPAC untuk cairan dan gas didefinisikan sebagai: 273,15 K (0 °C) dan 100 kPa (kira-kira 1 atm).

Berbagai jenis teknik dan instrumen dapat digunakan untuk mengukur viskositas dinamis (absolut) atau kinematik suatu fluida. Memilih mana yang akan digunakan akan tergantung pada jenis cairan dan tujuan pengukuran. Berikut adalah lima metode pengukuran yang dapat digunakan:

1. Tabung kapiler

Juga dikenal sebagai viskometer kapiler,adalah tabung berbentuk U vertikal dengan saluran sempit untuk cairan. Cairan mengalir ke dalam tabung dengan bantuan aksi kapiler. Viskositas dapat dihitung berdasarkan waktu yang dibutuhkan fluida untuk mengalir melalui tabung.

Metode ini digunakan untuk mengukur viskositas kinematik suatu fluida. Kita harus mengetahui densitas fluida dan diameter tabung yang tepat. 

2. Rheometri rotasi

Metode ini memanfaatkan penerapan torsi lemah atau gaya rotasi pada sampel fluida yang akan diuji. Viskositas dinamis diukur dengan memplot kurva aliran zat. Ini menanggapi berbagai tingkat gaya geser sebagai torsi deformasi fluida. 

3. Viskometer bergetar

Mengarahkan cairan sampel untuk bergerak untuk mengukur viskositas saat bergerak juga dapat dilakukan melalui getaran. Kita dapat menerapkan osilasi pada sampel dan kemudian mengukur resonansi. Beberapa jumlah energi akan hilang. Kehilangan energi pada frekuensi resonansi berbanding lurus dengan viskositas fluida yang diuji.

4. Reologi non-kontak

Alat ini juga dikenal sebagai mikroreologi. Dibandingkan dengan metodologi lain, ini adalah pengukuran yang lebih kompleks. Meskipun mirip dengan reometri berbasis rotasi atau torsi, ini dirancang untuk cairan rapuh seperti gel dan pasta. Spektroskopi gelombang difusi multi-bintik diterapkan selama metode ini.

Cara Menemukan Viskositas Fluida

Jika kita ingin mempelajari cara menghitung viskositas fluida, kita perlu memahami dinamika fluida. Kita juga perlu memiliki dasar yang baik dalam kalkulus karena banyak masalah yang terlibat dalam dinamika fluida memerlukan persamaan diferensial dan integrasi.

Namun, ada beberapa rumus sederhana yang bisa digunakan berdasarkan data empiris yang kita kumpulkan. Misalnya, salah satu rumus paling umum didasarkan pada percobaan penurunan bantalan bola baja:

Viskositas = g(2Db-Dl)r2/9v

g = 9,8 m/s2 (percepatan gravitasi)

Db = massa jenis bola

Dl = massa jenis zat cair

r = jari-jari bola

v = kecepatan bola saat dijatuhkan melalui zat cair

Kecepatan bola saat jatuh melalui fluida berbanding terbalik dengan viskositas fluida. Kecepatan yang lebih lambat berarti viskositas yang lebih tinggi.

Pengaruh Suhu Terhadap Viskositas Fluida

Suhu berbanding terbalik dengan viskositas karena yang terakhir terutama berkaitan dengan bagaimana molekul bergerak dan bagaimana mereka terikat satu sama lain. Suhu tinggi menyebabkan molekul bergerak lebih cepat, membuat cairan kurang kental.

Di sisi lain, tekanan berbanding lurus dengan viskositas: tekanan yang lebih tinggi memperlambat gerakan molekul. Misalnya, LPG lebih kental di dalam tangki karena tekanan yang lebih tinggi, yang mengubah gas menjadi cair.

Untuk mendapatkan pengukuran viskositas yang akurat dan terstandarisasi, baik suhu maupun tekanan dijaga pada kondisi standar berdasarkan konvensi IUPAC 1982:

Suhu 273,15 K (0 °C) 

Tekanan 100 kPa (kira-kira 1 atm)

Ini berarti viskositas berbagai cairan dapat dibandingkan secara akurat.

Contoh Percobaan Kimia Viskositas

Tanpa menggunakan peralatan pengukur viskositas yang mahal dan rumit, kitadapat menghitung dan membandingkan viskositas relatif berbagai cairan dengan melakukan eksperimen penurunan bantalan bola klasik. Bahan-bahan yang akan kitabutuhkan adalah:

1. Gelas ukur dengan volume yang sama

2. Bantalan bola dengan ukuran dan kepadatan yang sama

3. Cairan yang berbeda untuk perbandingan

Kita hanya perlu menjatuhkan bantalan bola di setiap silinder ukur yang berisi cairan yang akan diuji. Pastikan kita menjatuhkan bola pada ketinggian yang sama untuk setiap tes. Catat waktu kecepatan penurunan, dan kemudian hitung viskositas berdasarkan rumus yang diberikan di atas.