viskositas dan rheologi

Modul 5
VISKOSITAS DAN RHEOLOGI



    TUJUAN PERCOBAAN
    Menerangkan arti viskositas dan rheologi
    Membedakan cairan Newton dan cairan Non-Newton
    Menggunakan alat-alat penentuan viskositas dan rheologi
    Menentukan viskositas dan rheologi cairan Newton dan Non-Newton
    Menerangkan pengaruh BJ terhadap viskositas larutan

    LANDASAN TEORI
Viskositas adalah suatu cara untuk menyatakan berapa daya tahan dari aliran yang diberikan oleh suatu cairan. Kebanyakan viskometer mengukur kecepatan dari suatu cairan mengalir melalui pipa gelas (gelas kapiler), bila cairan itu mengalir cepat maka berarti viskositas dari cairan itu rendah (misalnya air). Dan bila cairan itu mengalir lambat, maka dikatakan cairan itu viskositas tinggi. Viskositas dapat diukur dengan mengukur laju aliran cairan yang melalui tabung silinder. Cara ini merupakan salah satu cara yang paling mudah dan dapat digunakan baik untuk cairan maupun gas. Menurut poiseulle, jumlah volume cairan yang mengalir melalui pipa per satuan waktu. (Dudgale. 1986)
Viskositas biasanya diterima sebagai “kekentalan” atau penolakan terhadap penuangan. Viskositas menggambarkan penolakan dalam fluid kepada aliran dapat dipikir sebagai cara untuk mengukur gesekan fluid. Prinsip dasar penerapan viskositas digunakan dalama sifat alir zat cair atau rgeologi. Rheologi merupakan ilmu tentang sifat alir suatu zat. Rheologi terlibat dalam pembuatan, pengemasan atau pemakaian, konsistensi, stabilitas dan ketersediaan hayati sediaan. (Moechtar, 1990). Cairan mempunyai gaya gesek yang lebih besar untuk mengalir daripada gas, hingga cairan mempunyai koefisien viskositas yang lebih besar daripadagas. Viskositas gas bertambah dengan naiknya temperatur, sedang viskositas cairan turun dengan naiknya temperatur. Koefisien viskositas gas pada tekanan tidak terlalu besar, tidak tergantung tekanan, tetapi untuk cairan naik dengan naiknya tekanan (Martin, 1993).
Viskositas merupakan fungsi dari waktu yang artinya dengan bertambahnya waktu viskositas semakin meningkat. Sifat ini penting diketahui sewaktu material cetak dicampur atau saat dimasukkan ke dalam mulut karena viskositas material cetak kosistensi light pada 5 menit setelah pencampuran akan sama dengan kosistensi regular pada 3 menit. Makin tinggi viskositas maka akan semakin besar tahanannya. Bila viskositas gas meningkat dengan naiknya temperatur, maka viskositas cairan justru menurun jika temperatur dinaikkan. (Martin, 1993).
Pada hukum aliran viskositas Newton menyatakan hubungan antara gaya-gaya mekanika dari suatu aliran viskos. Geseran dalam viskositas (fluida) adlah konstan sehubungan dengan gesekannya. Hubungan tersebut berlaku untuk fluida Newtonian, dimana perbandingan antara tegangan geser (s) dengan kecepatan geser (g) nya konstan. Parameter inilah yang disebut dengan viskositas. Aliran viskositas dapat digambarkan dengan dua buah bidang tersebut. Suatu bidang permukaan bawah yang tetap dibatasi oleh lapisan fluida setebal h, sejajar dengan permukaan atas itu ringan, yang berarti tidak memberikan beban pada lapisan fluida dibawahnya, maka tidak ada gaya tekan yang berkerja pada lapidan fluida. (Dudgale, 1986)
    Faktor- fator yang mempengaruhi viskositas adalah sebagai berikut:
    Tekanan
Viskositas cairan naik dengan naiknya tekanan, sedangkan viskositas gas tidak dipengaruhi oleh tekanan.
    Temperatur
Viskositas akan turun dengan naiknya suhu, sedangkan viskositas gas naik dengan naiknya suhu. Pemanasan zat cair menyebabkan molekul-molekulnya memperoleh energi. Molekul-molekul cairan bergerak sehingga gaya interaksi antar molekul melemah. Dengan demikian viskositas cairan akan turun dengan kenaikan temperatur.
    Kehadiran zat lain   
Penambahan gula tebu meningkatkan viskositas air. Adanya bahan tambahan seperti bahan suspensi menaikkan viskositas air. Pada minyak ataupun gliserin adanya penambahan air akan menyebabkan viskositas akan turun karena gliserin maupun minyak akan semakin encer, waktu alirnya semakin cepat.
    Ukuran dan berat molekul   
Viskositas naik dengan naiknya berat molekul. Misalnya laju aliran alkohol cepat, larutan minyak laju alirannya lambat dan kekentalannya tinggi seta laju aliran lambat sehingga viskositas juga tinggi.
    Berat molekul   
Viskositas akan naik jika ikatan rangkap semakin banyak.
     Kekuatan antar molekul   
Viskositas air naik denghan adanya ikatan hidrogen, viskositas CPO dengan gugus OH pada trigliseridanya naik pada keadaan yang sama. (Bird, 1987)
Macam-macam Viskositas   
a. Viskositas dinamik, yaitu rasio antara shear, stress, dan shear rate. Viskositas     dinamik disebut juga koefisien viskositas.   
b. Viskositas kinematik, yaitu viskositas dinamik dibagi dengan densitasnya. Viskositas ini dinyatakan dalam satuan stoke (St) pada cgs dan m²/s pada SI.
c. Viskositas relatif dan spesifik, pada pengukuran viskositas suatu emulsi atau suspensi biasanya dilakukan dengan membandingkannya dengan larutan murni. Untuk mengukur besarnya viskositas menggunakan alat viskometer. Berbagai tipe viskometer dikelompokkan menurut prinsip kerjanya. (Dudgale. 1986)

     Cara Menentukan Viskositas   
Cara menentukan viskositas suatu zat menggunakan alat yang dinamakan viskometer. Ada beberapa tipe viskometer yang biasa digunakan antara lain:
    Viskometer Brookfield
Pada viscometer ini nilai viskositas didapatkan dengan mengukur gaya puntir sebuah rotor silinder (spindle) yang dicelupkan ke dalam sample. Viskometer Brookfield memungkinkan untuk mengukur viskositas dengan menggunakan teknik dalam viscometry. Alat ukur kekentalan (yang juga dapat disebut viscosimeters) dapatmengukur viskositas melalui kondisi aliran berbagai bahan sampel yang diuji. Untuk dapat mengukur viskositas sampel dalam viskometer Brookfield, bahan harus diam didalam wadah sementara poros bergerak sambil direndam dalam cairan. (Atkins 1994)   

Pada metode ini sebuah spindle dicelupkan ke dalam cairan yang akan diukur viskositasnya. Gaya gesek antara permukaan spindle dengan cairan akan menentukan tingkat viskositas cairan. Sebuah spindle dimasukkan ke dalam cairan dan diputar dengan kecepatan tertentu. Bentuk dari spindle dan kecepatan putarnya inilah yang menentukan Shear Rate. Oleh karena itu untuk membuat sebuah hasil viskositas dengan methode pengukuran Rotational harus dipenuhi beberapa hal sebagai berikut:
a. Jenis Spindle   
b. Kecepatan putar Spindle   
c. Type Viscometer   
d. Suhu sample   
e. Shear Rate (bila diketahui)   
f. Lama waktu pengukuran (bila jenis sample-nya Time Dependent). (Sukardjo. 1997)
Viskometer Brookfield merupakan salah satu viscometer yang menggunakan gasing atau kumparan yang dicelupkan kedalam zat uji dan mengukur tahanan gerak dari bagian yang berputar. Tersedia kumparan yang berbeda untuk rentang kekentalan tertentu, dan umumnya dilengkapi dengan kecepatan rotasi. (FI IV,1038). Prinsip kerja dari viscometer Brookfield ini adalah semakin kuat putaran semakin tinggi viskositasnya sehingga hambatannya semakin besar. (Moechtar,1990)
   
Viskometer Oswald   
Pada viscometer ini yang diukur adalah waktu yang dibutuhkan oleh sejumlah cairan tertentu untuk mengalir melalui pipa kapiler dengan gaya yang disebabkan oleh berat cairan itu sendiri. Didalam percobaan diukur waktu aliran untuk volume V (antara tanda a dan b) melalui pipa kapiler yang vertical. Jumlah tekanan (P) dalam hokum Poiseuille adalah perbedaan tekanan antara permukaan cairan, dan berbanding lurus dengan r. (Moechtar,1990)   

Viskometer Hoppler   

Yang diukur adalah waktu yang diperlukan oleh sebuah bola untuk melewati cairan pada jarak atau tinggi tertentu. Karena adanya gravitasi benda yang jatuh melalui medium yang berviskositas dengan kecepatan yang semakin besar sampai mencapai kecepatan maksimum. Kecepatan maksimum akan dicapai jika gaya gravitasi (g) sama dengan gaya tahan medium (f) besarnya gaya tahan (frictional resistance) untuk benda yang berbentuk bola stokes. (Moechtar,1990)   

Viskometer Cup dan Bob   
Prinsip kerjanya sample digeser dalam ruangan antaradinding luar dari bob dan dinding dalam dari cup dimana bob masuk persis ditengah-tengah. Kelemahan viscometer ini adalah terjadinya aliran sumbat yang disebabkan geseran yang tinggi di sepanjangkeliling bagian tube sehingga menyebabkan penurunan konsentrasi. Penurunan konsentras ini menyebabkab bagian tengah zat yang ditekan keluar memadat. Hal ini disebut aliran sumbat (Moechtar,1990)   

Viskometer Cone dan Plate   
Cara pemakaiannya adalah sampel ditempatkan ditengah-tengah papan, kemudian dinaikkan hingga posisi di bawah kerucut. Kerucut digerakkan oleh motor dengan bermacam kecepatan dan sampelnya digeser di dalam ruang semitransparan yang diam dan kemudian kerucut yang berputar (Moechtar,1990).
Cairan yang mengikuti hukum Newton, viskositasnya tetap, tidak dipengaruhi oleh kecepatan geser. Sehingga untuk menentukan viskositas cairan Newton dapat ditentukan hanya menggunakan satu titik rate og shear saja. Cairan non Newton ini dibagi ke dalam ke dalam dua kelompok, yaitu:   
1. Cairan yang sifat alirannya tidak dipengaruhi waktu, diantaranya:   
a. Aliran plastis   
b. Aliran pseudoplastis   
c. Aliran dilatan   

2. Cairan yang sifat alirannya dipengaruhi waktu, diantaranya:   
a. Aliran thisotropik   
b. Aliran rhepeksi   
c. Aliran antihitksotropik
Viskositas cairan non Newton bervariasi pada setiap rate of shear, sehingga untuk mengetahui sifat alirannya harus dilakukan pengamatan pada berbagi rate of shear. Nilai viskositas dinyatakan dalam viskositas spesifik, kinematik dan instrinsik. Viskositas spesifik ditentukan dengan membandingkansecara langsung kecepatan aluran suatu larutan dengan pelarutnya. Viskositas kinematik diperoleh dengan memperhitungkan densitas larutan. Baik viskositas spesifik maupun kinematik dipengaruhi oleh konsentrasi larutan. Pengukuran viskositas dilakukan dengan menggunakan viskometer Ubbelohde yang termasuk jenis viskometer kapiler. Untuk penentuan viskometer larutan primer, viskometer kapiler yang paling tepat adalah viskometer Ubbelohde. (Wiroatmojo, 1988)
Nilai viskositas dinyatakan dalam viskositas spesifik, kinematik dan intrinsik. Viskositas spesifik ditentukan dengan membandingkan secara langsung kecepatan aliran suatu larutan dengan pelarutnya. Viskositas kinematik diperoleh dengan memperhitungkan densitas larutan. Baik viskositas spesifik maupun kinematik dipengaruhi oleh konsentrasi larutan. Pengukuran viskositas dilakukan dengan menggunakan viskometer Ubbelohde yang termasuk jenis viskometer kapiler. Untuk penentuan viskometer larutan polimer, viskometer kapiler yang paling tepat adalah viskometer Ubbelohde. (Wiroatmojo, 1988)
Istilah rheologi, berasal dari bahasa Yunani rheo (mengalir) dan logos (ilmu), diusulkan oleh Bingham dan Crawford (seperti dilaporkan oleh Fischer) untuk menggambarkan aliran-aliran cairan dan deformasi dari padatan. Viskositas adalah suatu pernyataan tentang tahanan dari suatu pernyataan tentang tahanan dari suatu cairan untuk mengalir,  semakin tinggi viskositas, semakin besar tahanan tersebut. Seperti akan dijelaskan berikutnya, cairan sederhana (biasa) dapat dijelaskan dalam istilah viskositas absolute. Akan tetapi, sifat-sifat reologi dispersi heterogen lebih kompleks dan tidak dapat dinyatakan dengan suatu nilai tunggal. (Martin, farmasi fisika dan ilmu farmasetika, edisi 5,hal 706)

Prinsip dasar rheologi telah digunakan untuk meneliti cat, tinta, berbagai adonan, bahan-bahan untu pembangunan jalan, kosmetik, produk hasil peternakan serta bahan-bahan lain. Pemahaman tentang viskositas cairan, larutan, dan system koloid baik yang encer maupun yang pekat, mempunyai nilai praktis dan teoritis. Scott-Blair mengenali pentingnya rheologi dalam dunia farmasi dan analisis produk-produk farmasi seperti emulsi, pasta, dan lotion untuk obat dan kosmetik harus mampu memproduksi produk yang mempunyai konsistensi dan kelembutan yang dapat diterima oleh pemakai krim tersebut dan juga harus sanggup memproduksi kembali sediaan dengan kualitas yang sama untuk setiap bets. Dalam banyak industri, seorang yang terlatih dan sangat berpengalaman dalam menangani bahan-bahan dalam proses secara periodik selama pembuatan untuk menentukan “rasa” (kelembutan) dan “struktur fisik” serta memutuskan konsistensi yang tepat. Akan tetapi, variabilitas pada pengujian subjektif seperti ini  pada waktu yang berbeda dan berbagai kondisi lingkungan yang berbeda memang sudah jelas diketahui. Keberatan yang lebih serius, dilihat dari sudut ilmiah, ialah gagalnya uji subjektif ini untuk membedakan berbagai sifat yang membentuk konsistensi total produk tersbut. Jika masing-masing karakteristik fisik ini digambarkan dan dipelajari secara objektif sesuai dengan metode analitik rheologi, dapat diperoleh informasi yang berharga untuk digunakan dalam memformulasi produk-produk farmasi yang lebih baik. Rheologi terlibat dalam pencampuran dan aliran bahan-bahan, pengemasan bahan-bahan ke dalam wadah, dan pemindahan sebelum penggunaannya, apakah dicapai dengan penuangan dari botol, pengeluran dari tube, atau pelewatan melalui sebuah jarum suntik. Rheologi suatu produk tertentu, yang konsistensinya dapat berkisar dari cair ke semipadat sampai ke padatan, dapat mempengaruhi penerimaan pasien, stabilitas fisika, dan bahkan ketersediaan hayati. Sebagai contoh, viskositas telah tebukti mempengaruhi laju obat dari saluran gastrointestinal.







Sistem Newton

Newton adalah orang pertama  yang mempelajari sifat-sifat aliran cairan secara kuantitatif. Dia menemukan bahwa makin besar viskositas suatu cairan, makin besar pula gaya per satuan luas (tegangan geser)  yang diperlukan untuk menghasilkan suatu laju geser tertentu. Laju geser diberi lambang G . Oleh sebab itu, laju geser harus berbanding langsung dengan tegangan geser, atau Di mana : h = koefisien viskositas ~ viskositas
Satuan  viskositas : poise = dyne detik cm-2
Cps (centipoise) = 0,01 poise

Tipe Aliran/ Sifat alir
•         Sistem Newton
Cairan yang mengikuti hukum Newton viskositasnya tetap pada suhu & tekanan tertentu  dan tidak tegantung pada kecepatan geser. Oleh karena itu viskositasnya dapat ditentukan pada satu kecepatan geser saja dengan menggunakan viscometer kapiler atau bola jatuh. Sifat alir ini dimiliki untuk cairan-cairan murni dan beberapa larutan zat (larutan gula, sorbitol, gliserin, minyak jarak, kloroform,air, dll)
                                         
•         Sistem non-Newton
Viskositasnya tidak mengikuti hukum newton (berubah pada setiap kecepatan geser sehingga tidak ada viskositas absolute). Untuk melihat sifat alirnya, dilakukan pengukuran pada beberapa kecepatan geser. Non-newton 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. Berdasarkan grafik sifat aliran atau rheogramnya, cairan non-newton terbagi menjadi dua kelompok, yaitu:
   





    Cairan yang sifat alirannya tidak dipengaruhi oleh waktu

a.    Aliran Plastis

    Kurva aliran plastis tidak melalui titik asal (0,0), tapi memotong sumbu tegangan geser (atau akan memotong, jika bagian lurus dari kurva tersebut diekstrapolasikan ke sumbu) pada suatu titik yang dikenal sebagai yield value. Badan Bingham tidak akan mengalir sampai tegangan geser yang berkaitan dengan yield value terlampaui. Pada tegangan di bawah yield value, zat bertindak sebagai bahan elastis. Ahli reologi menggolongkan badan Bingham, yaitu zat-zat yang memperlihatkan yield value, sebagai padatan, sedangkan zat-zat yang mulai mengalir pada tegangan geser terkecil dan tidak memperlihatkan yield value didefinisikan sebagai cairan. Yield value merupakan sifat penting dari dispersi-dispersi tertentu.         

b.   Aliran Pseudoplastis

    Viskositas zat pseudoplastis berkurang dengan meningkatnya laju geser. Viskositas nyata (apparent viscosity) dapat diperoleh pada setiap nilai laju geser, yaitu dari kemiringan garis singgung kurva pada titik tertentu. Akan tetapi, penggambaran terbaik untuk bahan pseudoplastis kemungkinan adalah plot grafik kurva konsistensi secara keseluruhan. Kurva konsistensi untuk bahan pseudoplastis mulai pada titik (0,0), atau paling tidak mendekatinya pada rate of shear rendah. Akibatnya berlawanan dengan badan Bingham, tidak ada yield value. Tapi, karena tidak ada bagian kurva yang linear, maka tidak dapat menyatakan uji viskositas dari suatu bahan pseudoplastis dengan suatu harga tunggal.   Kurva naik dan kurva turun berhimpit
Aliran pseudoplastis disebut juga dengan shear thinning system. Contoh dari aliran pseudoplastis: dispersi cair dari tragakan, Na alginat, metil selulosa, CMC Na.

c.    Aliran Dilatan

    Tipe aliran ini merupakan kebalikan dari tipe yang dimiliki oleh system pseudoplastis. Sementara bahan pseudoplastis sering kali dikenal sebagai “sistem geser pencair (shear-thinning system)”, bahan dilatan sering kali diberi istilah “sistem geser pemekat (shear thickening system)”. Jika tegangan dihilangkan, suatu sistem dilatan kembali ke keadaan fluiditas asalnya.
•         Viskositas betambah dengan bertambahnya kecepatan geser
•         Zat yang mempunyai sifat alir dilatan adalah suspensi suspensi yang berkonsentrasi tinggi (kira-kira 50% atau lebih) dari partikel partikel yang mengalami deflokulasi.
•         Viskositas dinyatakan pada Rpm tertentu.
Aliran Newton dan Non Newton dapat ditentukan nilai  viskositasnya dengan menggunakan Viskometer Stormer atau Brookfield

2.         Cairan yang sifat alirnya dipengaruhi oleh waktu kelompok ini terdiri dari

1.      Aliran tiksotropi

    Tiksotropi dapat didefinisikan sebagai “suatu pemulihan isotherm dan relative lambat pada pendiaman suatu bahan yang kehilangan kosistensinya karena pemberian geser (shearing)”. Tiksotropi hanya dapat diterapkan untuk sistem geser pencair. Sistem tiksotropi biasanya mengandung partiel partikel asimetris yang melalui berbagai titik kontak, menyusun suatu jejaring tiga dimensi diseluruh sampel.
•         Kurva momentum berada disebelah kiri menaik
•         Rheogram yang dapat dari bahan tiksotropi sangat bergantung pada laju yang meningatkan dan mengurangi shear serta lamanya waktu sampel tersebut mengalami rate of shear
•         Tiksotropi negative atau anti tiksotropi merupakan kenaikan bukan pengurangan kosistensi pada kurva menurun

2.      Aliran rheopeksi

    Rheopeksi adalah suatu gejala dimana suatu sol membentuk suatu gel. Lebih cepat jika di aduk perlahan-lahan atau kalau di shear dari pada jika dibiarkan membentuk gel tersebut tanpa diaduk.
•         Kurva menurun ada di sebelah kanan kurva menaik
•         Bila ada penggosokan perlahan-lahan dan teratur mempercepat pemadatan di suatu sistem dilatan ( cairan dilatan bila dikocok terus-menerus akan menjadi rheopeksi)


3.      Aliran Visko Elastis
           
    Pengukuran viskoelastis berdasarkan pada sifat-sifat mekanis bahan yang memperlihatkan sifat kekentalan cairan dan sifat elastis padatan. Kebanyakan sistem-sistem yang diselidiki dalam bidang farmasi termasuk dalam kelas ini, contoh: krim, lotion , salep, suppositoria, suspense, disperse koloid, pengemulsi, serta zat pensuspensi.

Alat untuk menegukur viskositas dan heologi suatu zat disebut viskometer. Ada 2 jenis viscometer, yaitu :
1.      Viskometer satu titik
Viskometer ini hanya dapat dilakukan untuk menentukan viskositas cairan Newton. Yang termasuk ke dalam jenis ini adalah viscometer kapiler viscometer bola jatuh, penetrometer, dan lain-lain.
2.      Viskometer banyak titik
Viskometer ini dapat digunakan untuk menentukan viskositas dan rheologi cairan Newton dan Non Newton. Yang termasuk ke dalam jenis ini adalah viscometer Stormer, Brookfield, Dll.
(Martin, farmasi fisika dan ilmu farmasetika, edisi 5,hal 717)

Ada 3 jenis tipe aliran dalam sistem Non-Newtonian, yaitu : PLASTIS, PSEUDOPLASTIS, dan DILATAN.
Oke, akan kita bahas satu per satu, ini akan semakin seru J karena kebanyakan farmasis akan berhadapan dengan cairan Non-Newtonian seperti larutan koloid, emulsi, suspensi cair, krim, salaep, dan lain-lain.

1.Aliran Plastis
Kurva aliran plastis tidak melalui titik (0,0) tapi memotong sumbu shearing stress (atau auakan memotong jika bagian lurus dari kurva tersebut diekstrapolasikan ke sumbu) pada suatu titik tertentu yang dikenal dengan sebagai harga yield. Cairan plastis tidak akan mengalir sampai shearing stress dicapai sebesar yield value tersebut. Pada harga stress di bawah harga yield value, zat bertindak sebagi bahan elastis (meregang lalu kembali ke keadaan semula, tidak mengalir).
U = ( F – f )
G
U adalah viskositas plastis, dan f adalah yield value.

Aliran plastis berhubungan dengan adanya partikel-partikel yang tersuspensi dalam suspensi pekat. Adanya yield value disebabkan oleh adanya kontak antara partikel-partikel yang berdekatan (disebabkan oleh adanya gaya van der Waals), yang harus dipecah sebelum aliran dapat terjadi. Akibatnya, yield value merupakan indikasi dari kekuatan flokulasi. Makin banyak suspensi yang terflokulasi, makin tinggi yield value-nya. Kekuatan friksi antar partikel juga berkontribusi dalam yield value. Ketika yield value terlampaui (shear stress di atas yield value), sistem plastis akan menyerupai sistem newton.


2. Aliran Pseudoplastis
Aliran pseudoplastis ditunjukkan oleh beberapa bahan farmasi yaitu gom alam dan sisntesis seperti dispersi cair dari tragacanth, natrium alginat, metil selulosa, dan natrium karboksimetil selulosa. Aliran pseudoplastis diperlihatkan oleh polimer-polimer dalam larutan, hal ini berkebalikan dengan sistem plastis, yang tersusun dari partikel-partikel tersuspensi dalam emulsi. Kurva untuk aliran pseudoplastis dimulai dari (0,0) , tidak ada yield value, dan bukan suatu harga tunggal.

Viskositas aliran pseudoplastis berkurang dengan meningkatnya rate of shear. Rheogram lengkung untuk bahan-bahan pseudoplastis ini disebabkan adanya aksi shearing terhadap molekul-molekul polimer (atau suatu bahan berantai panjang). Dengan meningkatnya shearing stress, molekul-molekul yang secara normal tidak beraturan, mulai menyusun sumbu yang panjang dalam arah aliran. Pengarahan ini mengurangi tahanan dari dalam bahan tersebut dan mengakibatkan rate of shear yang lebih besar pada tiap shearing stress berikutnya.
FN = η’ G
Eksponen N meningkat pada saat aliran meningkat hingga seperti aliran newton. Jika N=1 aliran tersebut sama dengan aliran newton.



3. Aliran Dilatan
Aliran dilatan terjadi pada suspensi yang memiliki presentase zat padat terdispersi dengan konsentrasi tinggi. Terjadi peningkatan daya hambat untuk mengalir (viskositas) dengan meningkatnya rate of shear. Jika stress dihilangkan, suatu sistem dilatan akan kembali ke keadaan fluiditas aslinya.

Pada keadaaan istirahat, partikel-partikel tersebuat tersususn rapat dengan volume antar partikel pada keadaan minimum. Tetapi jumlah pembawa dalam suspensi ini cukup untuk mengisi volume ini dan membentuk ikatan lalu memudahkan partikel-partikel bergerak dari suatu tempat ke tempat lainnya pada rate of shear yang rendah. Pada saat shear stress meningkat, bulk dari system itu mengembang atau memuai (dilate). Hal itu menyebabkan volume antar partikel menjadi meningkat dan jumlah pembawa yang ada tidak cukup memenuhi ruang kosong tersebut. Oleh karena itu hambatan aliran meningkat karena partikel-partikel tersebut tidak dibasahi atau dilumasi dengan sempurna lagi oleh pembawa. Akhirnya suspense menjadi pasta yang kaku.
TIKSOTROPI, ANTITIKSOTROPI, dan RHEOPEKSI
Tiksotropi

Anti-Tiksotropi

Rheopeksi




    MONOGRAFI ZAT AKTIF
GLYCEROLUM
Gliserol
Gliserin
CH2OH-CHOH-CH2OOH
Pemerian : cairan seperti sirop,jenuh, tidak berwarna,tidak berbau, manis diikuti rasa hangat.
Kelarutan : Dapat campur dengan air, dan dengan etanol 95 % Ppraktis tidak larut dalam       kloroform P dan eter P dan dalam minyak lemak.
Penyimpanan dalam wadah tertutup baik
Khasiat dan penggunaan zat tambahan



PROPYLENGLYCOLUM
Propilenglikol
CH3-CH(OH)-CH2OH
Pemerian : cairan kental, jernih, tidak berwarna,tidak berbau,rasa agak manis, higroskopis.
Kelarutan : Dapat campur dengan air, dengan etanol 95% P dan dengan kloroform P larut dalam 6 bagian eter P tidak dapat campur dengan eter minyak tanah P dan dengan minyak lemak.
Penyimpanan dalam wadah tertutup baik
Khasiat dan penggunaan zat tambahan dan pelarut



    BAHAN DAN ALAT
Alat    Bahan
Ciskometer  Hoopler
Piknometer
Stopwatch
Bola
Gelas beker
Viskometer Brookfield
    Gliserin
Propilenglikol
Siruplus simplex  65%
CmC Na 1 %
PGA 15%



    PROSEDUR KERJA
Viskometer Hoppler
Tabung viscometer diisi dengan cairan yang akan diukur viskositasnya kemudian Dimasukan  bola yang sesuai, Apabila bola sudah turun melalui batas garis, Bola dikembalikan  pada posisi semula dengan cara memutar tabung.

Viskometer Brookfield
Spindle dipasang pada alat viscometer Kemudian spindle dicelupkan ke dalam cairan yang akan diukur viskositasnya. Motor dihidupkan kemudian rpm diubah – ubah sesuai dengan ketentuan prosedur
    HASIL PENGAMATAN DAN PERHITUNGANNYA

Viskometer Hoppler
Bola
    Waktu bola jatuh (dalam detik)
    Gliserin    Propilenglikol    Sirupus simplek
1    Tidak turun    Tidak turun    Tidak turun
2    Tidak turun    07.05    01.01
3    12.50    01.12    00.10
4    02.50    00.14    00.02
5    00.10    00.02    00.01
6    00.02    00.01    00.00

Gliserin
t=(Sb-Sf)B
π=145 (8,127-1,242)  0,498
    =145 (6,885)0,498
    =497,165 ×〖10〗^(-2) poise
 =4,972poise


Propilenglikol
t=(Sb-Sf)B
π=425 (2,2194-1,016)  0,10367
    =425 (1,203)  0,10367
    =53 ×〖10〗^(-2) poise
 =0,53poise



Sirupus simplek
t=(Sb-Sf)B
π=61 (2,2194-1,17)  0,10367
    =61 (1,049)  0,10367
    =6,634×〖10〗^(-2) poise
 =0,066poise


        Viskometer Brookfield
Spindel 61
    10    30    60    100
Gliserin
    514,8Mpas
86,8%    E    E    E
    510Mpas
95%    E    E    E
CMC
    565,8Mpas
94,2%    E    E    E
    568,8Mpas
94,8%    E    E    E
PGA
    7,2Mpas
1,2%    1,6Mpas
0,7%    7,2Mpas
7,2%    11,46Mpas
19,1%
    -
-2,2%    2,0Mpas
1,0%    7,0Mpas
7,0%    12,24Mpas
20,4%


Spindel 62
    10    30    60    100
Gliserin
    180Mpas
6,0%    411Mpas
41,1%    E    E
    37,2Mpas
12,4%    505Mpas
50,15%    E    E
CMC
    552Mpas
18,3%    537Mpas
53,7%    E    E
    633Mpas
21,1%    650Mpas
65,0%    E    E
PGA
    -
2,2%    -
-2,3%    -
-1,4%    -
0,0%
    -
1,9%    -
-1,1%    -
-1,2%    -
0,0%




Spindel 63
    10    30    60    100
Gliserin
    170,4Mpas
17%    510Mpas
7,9%    594Mpas
19,8%    433Mpas
36,1%
    260Mpas
-1,2%    356Mpas
8,9%    432Mpas
2,11%    4,38Mpas
36,5%
CMC
    E
    208Mpas
5,1%    564Mpas
17,7%    378Mpas
31,5%
    300Mpas
2,5%    6100Mpas
108%    31,2Mpas
18,0%    365Mpas
30,4%
PGA
    -
-0,7%    -
-1,5%    -
-1,5%    -
-0,9%
    -
-1,0%    -
-1,4%    -
-1,6%    -
-1,8%

Spindel 64
    10    30    60    100
Gliserin
    -
-1,4%    -
-0,9%    E    162Mpas
2,7%
    E    -
-10,5%    E    192Mpas
3,2%
CMC
    -
-1,1%    -
-1,8%    E    E
    -
-1,4%    E    110Mpas
1,1%    126Mpas
2,1%
PGA
    E
    -
-1,2%    -
-1,5%    -
-3,0%
    -
-2,26%    -
-1,9%    -
-1,2%    -
-24%

Perhitungan BJ
W1 = 19,8 gram
W2= 31,31 gram
W3
PropilemGlikol    = 31,49
Gliserin        = 34,10 gram
CMC         = 31,5 gram
Sirupus simplex     = 33,27 gram
PGA         = 31,43

BJ Propilenglikol
BJ = (W3-W1)/(W2-W1)=(31,49-19,8)/(31,31-19,8)=(11,7)/(11,51)=1,016 gram/ml

BJ Gliserin
BJ = (W3-W1)/(W2-W1)=(34,10-19,8)/(31,31-19,8)=(14,3)/(11,51)=1,242gram/ml

BJ CMC
BJ = (W3-W1)/(W2-W1)=(31,5-19,8)/(31,31-19,8)=(11,7)/(11,51)=1,016gram/ml

BJ Sirupus simplex
BJ = (W3-W1)/(W2-W1)=(33,27-19,8)/(31,31-19,8)=(13,47)/(11,51)=1,17 gram/ml

BJ PGA
BJ = (W3-W1)/(W2-W1)=(31,43-19,8)/(31,31-19,8)=(11,63)/(11,51)=1,01 gram/ml


    PEMBAHASAN
Viskositas adalah ukuran resistensi zat cair untuk mengalir. Viskositas dapat berpengaruh pada formulasi sediaan-sediaan farmasi, misalnya pada sediaan suspensi, tidak boleh terlalu kental (viskositas tinggi) sehingga menyebabkan suspensi sulit dituangkan.
Pada praktikum ini, dilakukan percobaan mengenai viskositas dari berbagai larutan, yaitu gliserin, propilen glikol, sirupus simpleks, PGA dan CMC Na 1%. Percobaan ini menggunakan alat viskometer bola jatuh atau viskometer Hoeppler. Viskometer ini digunakan untuk cairan yang mengikuti hukum Newton yaitu viskositasnya tetap pada suhu dan tekanan tertentu dan tidak bergantung pada kecepatan geser (Astuti dkk., 2007).
    Pengaruh Bobot Jenis terhadap Viskositas
Viskometer bola jatuh
Berdasarkan data yang diperoleh, dapat dihitung viskositas dari tiap larutan. Setelah dilakukan perhitungan data diperoleh bahwa vikositas tertinggi hingga terendah berturut-turut adalah gliserin, propilenglikol,dan sirupus simpleks. Sedangkan bobot jenis tertinggi adalah gliserin, sirupus simplex, propilenglikol. Bobot jenis dapat mempengaruhi waktu tempuh bola untuk melalui 2 titik pada tabung, semakin tinggi berat jenis, maka waktu yang ditempuh bola akan semakin cepat. propilenglicol yang bobot jenisnya lebih kecil dibandingkan dengan gliserin dan sirupus simplex memiliki waktu tempuh yang paling lama yaitu 425 detik
Viskositas bola bergantung pada waktu tempuh bola dan jenis bola yang digunakan. Pada percobaan nilai viskositas paling tinggi adalah nilai viskositas gliserin, Sehingga semakin lama waktu tempuh, maka viskositasnya semakin bsar, begitupun sebaliknya, tetapi dipengaruhi oleh jenis bola yang digunakan.
Viskometer Brookfield
Dalam pengukuran viskometer titik ganda dengan viskometer Brookfield menggunakan cairan ( larutan ) gliserin, CMC Na dan PGA. Dari hasil percobaan cairan gliserin merupakan cairan Newton, karena gliserin memiliki viskositas konstan pada suhu dan tekanan konstan. Viscometer Brookfield ini dapat digunakan untuk cairan newton dan non newton. Gliserin merupakan cairan newton, sedangkan PGA dan CMC merupakan cairan non newton karena viskositasnya berbeda pada setiap kecepatan geser.
Pengaruh Putaran (rpm) terhadap viskositas
Pada percobaan ini, digunakan kecepatan putar yang berbeda-beda, yaitu dari mulai 10, 30, 60 dan 100 rpm. Setelah dilakukan percobaan pada larutan gliserin, sesuai dengan litratur, dimana semakin tinggi nilai rpm maka nilai viskositasnya semakin besar. Pada spindle 61mulai dari rpm 10 adalah 514,8 Mpas sedangkan pada rpm 30,60 dan 100 alat menunjukkan error, hal tersebut berarti alat tidak dapat membaca nilai viskositas pada kecepatan 30,60 dan 100 rpm dan spindle 62, sehingga dapat dilakukan perubahan kecepatan atau perubahan spindle. Pada spindle 63 dengan kecepatan 10. 30 viskositas secara berturut-turut adalah 180 Mpas dan 411 Mpas. Pada spindle 63 dengan kecepatan 10, 30, 50, 60 dan 100 viskositas secara berturut-turut adalah 107.4, 510, 594, 433 Mpas naik turun karena pengaruh salah pembacaan atau salah dalam penggunaan alat . Sama halnya seperti pada spindle 63, pada spindle 64 terdapat kesalahan pada kecepatan 60 dimana nilai viskositas yang harusnya meningkat malah menurun.   
Pada larutan PGA setelah dilakukan pengukuran nilai viskositas didapat hasil yang sangat kecil. Viskositas larutan banyak yang menunjukkan nilai 0 dan viskositas paling tinggi berada pada kecepatan 100 rpm pada spindle 61 yaitu 11,46 Mpas. Hal tersebut terjadi karena larutan PGA memang jenis larutannya sangat encer, sehingga nilai viskositasnya kecil.    
Pada larutan CMC terjadi kesesuaian antara literatur dengan hasil percobaan, dimana semakin tinggi kecepatan putar (rpm), maka nilai viskositas semakin besar.

Pengaruh Spindel terhadap Kecepatan Putar
Pada percobaan ini, digunakan nomor spindle yang berbeda-beda, yaitu mulai dari nomor 61,62, 63, dan 64. Semakin tinggi nomor spindle, maka semakin besar alat pemutarnya dan berpengaruh terhadap nilai kecepatan putar (rpm).
Semakin besar spindle, maka semakin besar gaya yang diperlukan untuk memutar alat, sehingga kecepatan putar menurun dan nilai viskositas juga menurun. Hasil prcobaan menunjukkan kesesuaian dengan literature, dimana nilai viskositas pada spindle nomor 61  lebih besar daripada nilai viskositas pada spindle 62,63 dan 64.
Sifat Aliran Cairan
Berdasarkan grafik sifat alirannya, maka cairan yang non newton dibagi menjadi 2 yaitu cairan yang sifat alirannya tidak dipengaruhi waktu (aliran plastic,  aliran pseudoplastik, dan aliran dilatan) serta cairan yang sifat alirannya dipengaruhi waktu (aliran tiksotropik, rheopeksi, dan antitiksotropik). Larutan gliserin merupakan cairan newton yang tidak memiliki sifat alir, sedangkan PGA dan CMC merupakan cairan non newton yang memilik sifat alir. Pada larutan PGA setelah grafiknya dibandingkan dengan literature ternyata sifat alirannya adalah tidak dipengaruhi waktu yaitu aliran plastic. Pada aliran plastic, nilai viskositas berbanding lurus dengan nilai rpm, tetapi pada awalnya konstan dan kemudian grafiknya naik.    
Grafik aliran plastic pada PGA hasil grafik aliran plastik
Percobaan dari literature   


Pada larutan CMC setelah grafiknya dibandingkan dengan literature ternyata larutan CMC sifat alirannya juga tidak dipengaruhi waktu yaitu aliran dilatan. Dimana semakin tinggi nilai rpm, nilai viskositas juga semakin meningkat.    
Grafik aliran dilatan CMC Grafik aliran dilatan dari literatur
Hasil percobaan    
Gliserin mempunyai sifat higroskopis dan digunakan dalam penyiapan tembakau sebelum proses, juga ditambahkan pada lem untuk mencegah lem tersebut terlalu cepat kering. Gliserin sintetis mulai diproduksi dalam skala besar sejak pertengahan 1948 yaitu dengan dipertemukannya metode Klorinasi Propylene yang menghasilkan Allyl Cloride dalam jumlah besar sehingga diperoleh gliserin yang cukup banyak dan masih banyak digunakan bermacam-macam produk (Retno, 2012).
Prinsip dasar rheologi telah digunakan dalam penyelidikan cat, tinta, berbgai adonan, bahan-bahan untuk pembuat jalan, kosmetik, produk hasil peternakan, serta bahan-bahan lain. Penyelidikan viskositas dari cairan sejati, larutan, dan sistem koloid baik yang encer maupun yang kental jauh lebih praktis dari pada bernilai teoritis. Rheologi dalam sediaan farmasi berguna untuk menentukan sifat alir dari suatu zat yang digunakan untuk membuat Produk sediaan farmasi. (Martin et al, 1963 Hal. 1076-1077).


















    KESIMPULAN
-Viskositas adalah ukuran resistensi dari suatu cairan untuk mengalir. Rheologi adalah ilmu yang mempelajari sifat alliran zat cair atau deformasi zat padat.
-Prinsip viscometer bola jatuh adalah suatu bola gelas jatuh kebawah dalam suatu tabung gelas yang hampir vertical mengandung cairan yang di uji pada temperature konstan. Sedangkan viscometer Brookfield digunakan untuk menentuka sifat aliran.
-Cairan newton adalah tipe cairan yang mengikuti hukum newton dimana nilai gaya sebanding dengan nilai kecepatan geser,sehingga viskositasnya tetap pada suhu dan tekanan tertentu dan tidak tergantung pada kecepatan geser dan ditentukan pada satu kecepatan geser sedangkan cairan non-newton adalah cairan yang tidak mengikuti hukum newton viskositas nya bervariasi pada setiap kecepatan geser, sehingga untuk mengetahui sifat alirannya dilakukan pengukuran pada beberapa kecepatan geser.
-Gliserin merupakan larutan Newton karena memiliki nilai viskositas yang konstan dan nilai viskositas tertinggi dibandingkan dengan propilenglikol dan sirupus simpleks, dan dipengaruhi oleh suhu dan tekanan tertentu.
-Larutan CMC Na merupakan larutan Non-Newton karena memiliki nilai viskositas tidak konstan yang dipengaruhi oleh suhu dan tekanan tertentu dan merupakan aliran dilatan karena dilihat dari grafik.
-Larutan PGA tidak dapat diketahui jenis larutan Newton atau Non-Newton karena nilai viskositasnya tidak diketahui dengan menggunakan alat Brookfield.
-Semakin tinggi bobot jenis, maka waktu tempuh bola semakin kecil. Semakin tinggi nilai kecepatan putar (rpm), maka viskositas semakin besar. Semakin besar spindle, maka kecepatan putar semakin lambat.
-Sifat aliran pada PGA adalah aliran plastic



DAFTAR PUSTAKA
Atkins, P.W. 1994. Kimia Fisika jilid I. Jakarta : Erlangga   
Bird, Tony. 1993. Kimia Fisik Untuk Universitas. Jakarta : PT Gramedia   
Dudgale. 1986. Mekanika Fluida Edisi 3. Jakarta : Erlangga   
Martin, A. 1993. Farmasi Fisika, edisi II, Jilid 3. Jakarta: UI Press.
Martin, Alfred dkk. 1990, Farmasi Fisika edisi kelima,  Jakarta: UI-Press
Moechtar. 1990. farmasi fisik. Yogyakarta : UGM-press.
Retno, D. dan Teddy H. 2012. Pengolahan Limbah Pabrik Sabun Dari Soap Gliserin Menjadi Triasetin. Jurnal Ilmiah Teknik Lingkungan Vol. 2, No. 2.

Sukardjo. 1997. Kimia Fisika I . Jakarta : Rineka Cipta.
Wiroatmojo. 1988. Kimia Fisika. Jakarta: Depdikbud.







Bandung,  .........  ............................ 2015

Mengesahkan
Asisten Penanggungjawab Kelompok,     Nilai Laporan,    Koord. Praktikum,




________________________                   ________________               _______________