Likat atau Viskositas adalah properti fundamental cairan yang mendefinisikan ketahanan internalnya terhadap aliran atau deformasi geser. Properti ini bukan hanya sekadar "kekentalan" biasa, tetapi sebuah parameter rheologi kritis yang menentukan bagaimana suatu zat bergerak, dicampur, dan berfungsi di berbagai sistem alam dan industri.
Konsep likat menyentuh hampir setiap aspek kehidupan dan teknologi modern. Dari resep makanan yang memerlukan konsistensi sempurna, darah yang harus mengalir lancar dalam pembuluh, hingga pelumas yang menjaga mesin industri beroperasi tanpa gesekan berlebih, likat adalah variabel yang harus dipahami, diukur, dan dikontrol secara presisi. Memahami viskositas adalah memahami dinamika materi pada tingkat molekuler dan makroskopik.
Untuk memulai eksplorasi mendalam ini, kita harus terlebih dahulu menetapkan dasar-dasar fisika yang mengatur sifat likat. Viskositas adalah hasil interaksi gesekan antara lapisan-lapisan fluida yang bergerak relatif satu sama lain.
Viskositas dinamis (μ atau eta) didefinisikan berdasarkan Hukum Newton tentang Viskositas. Hukum ini menyatakan bahwa tegangan geser (τ) antara dua lapisan fluida sebanding dengan gradien kecepatan atau laju geser (γ̇) antara lapisan-lapisan tersebut. Secara matematis, hal ini diungkapkan sebagai:
$\tau = \mu \cdot \gammȧ$
Di mana:
Satuan standar internasional (SI) untuk viskositas dinamis adalah Pascal-detik (Pa·s) atau Newton-detik per meter persegi ($\text{N}\cdot\text{s}/\text{m}^2$). Dalam sistem CGS, satuan yang sering digunakan adalah Poise (P) atau centipoise (cP), di mana $1 \text{ Pa}\cdot\text{s} = 10 \text{ P} = 1000 \text{ cP}$. Air pada suhu kamar memiliki viskositas sekitar $1 \text{ cP}$, menjadikannya titik referensi yang berguna.
Selain viskositas dinamis, ada pula viskositas kinematik ($\nu$), yang merupakan rasio antara viskositas dinamis dengan massa jenis ($\rho$) fluida:
$\nu = \mu / \rho$
Viskositas kinematik sangat relevan ketika gaya gravitasi memainkan peran penting dalam pergerakan fluida, misalnya dalam kasus aliran melalui lubang atau pengukuran menggunakan viskometer kapiler. Satuan SI untuk viskositas kinematik adalah $\text{m}^2/\text{s}$, dan satuan CGS yang populer adalah Stokes (St) atau centistokes (cSt).
Viskositas suatu zat tidaklah konstan. Itu adalah fungsi dari berbagai parameter eksternal dan internal:
Ketika kita membahas likat, perbedaan mendasar muncul antara dua jenis fluida utama, yang ditentukan oleh bagaimana viskositas mereka bereaksi terhadap laju geser. Bidang studi ini disebut Rheologi.
Fluida Newtonian adalah fluida ideal di mana viskositas dinamis ($\mu$) tetap konstan terlepas dari laju geser yang diterapkan. Hubungan antara tegangan geser dan laju geser adalah linier. Ini berarti bahwa seberapa keras atau cepat pun Anda mengaduk air atau minyak encer, 'kekentalannya' tidak akan berubah. Contoh klasik meliputi:
Fluida Non-Newtonian adalah kategori yang jauh lebih menarik dan kompleks. Dalam fluida ini, viskositas tampak berubah sebagai respons terhadap laju geser atau durasi stres yang diterapkan. Sebagian besar produk industri modern, dari cat hingga saus tomat, termasuk dalam kategori ini. Fluida Non-Newtonian dibagi menjadi beberapa subkategori penting:
Ini adalah jenis Non-Newtonian yang paling umum. Viskositas menurun seiring dengan peningkatan laju geser. Ketika fluida diaduk cepat, struktur internalnya (rantai polimer atau agregat) mulai sejajar searah aliran, mengurangi resistensi internal. Setelah gaya geser dihilangkan, struktur kembali ke keadaan acak dan kental. Contoh:
Viskositas meningkat seiring dengan peningkatan laju geser. Ketika gaya geser rendah, partikel dalam fluida dapat meluncur satu sama lain dengan mudah karena dikelilingi oleh cairan pembawa yang cukup. Namun, pada laju geser tinggi, cairan pembawa tidak dapat mengisi kekosongan yang diciptakan oleh gerakan cepat partikel, menyebabkan partikel bertabrakan dan membentuk struktur sementara yang menahan aliran. Fluida ini berperilaku seperti padatan ketika dipukul keras. Contoh terbaik adalah campuran air dan tepung jagung (oobleck).
Fluida ini tidak hanya bergantung pada laju geser, tetapi juga pada durasi waktu laju geser diterapkan. Fenomena ini seringkali disebabkan oleh pembentukan dan pemecahan jaring-jaring internal:
Fluida ini memerlukan tegangan geser minimum (disebut tegangan luluh atau yield stress) sebelum mereka mulai mengalir sama sekali. Sebelum tegangan luluh tercapai, fluida bertindak seperti padatan elastis. Setelah tegangan luluh terlampaui, mereka berperilaku seperti fluida Newtonian atau Non-Newtonian lainnya. Contoh: pasta gigi, lumpur pengeboran, dan cat emulsi tebal.
Mengukur likat adalah inti dari kontrol kualitas dan rekayasa fluida. Proses pengukuran dilakukan menggunakan instrumen yang dikenal sebagai viskometer atau rheometer.
Pengukuran harus selalu dilakukan pada suhu yang terkontrol ketat, karena sensitivitas viskositas terhadap suhu sangat tinggi.
Metode ini mengukur viskositas kinematik dengan mengukur waktu yang dibutuhkan sejumlah volume fluida untuk mengalir melalui tabung kapiler berdiameter sangat kecil di bawah pengaruh gravitasi. Prinsip dasarnya dijelaskan oleh Persamaan Poiseuille. Viskometer Ubbelohde adalah contoh umum yang digunakan untuk mengukur viskositas pelarut dan polimer encer.
Prinsip ini didasarkan pada Hukum Stokes, yang menyatakan bahwa gaya hambat pada bola yang bergerak melalui fluida kental sebanding dengan kecepatan bola dan viskositas fluida. Viskositas ditentukan dengan mengukur waktu yang dibutuhkan bola berdiameter dan massa jenis tertentu untuk jatuh menempuh jarak tertentu dalam fluida.
Ini adalah alat paling serbaguna dan sering digunakan untuk fluida Non-Newtonian. Alat ini bekerja dengan mengukur torsi yang dibutuhkan untuk memutar spindle (seperti silinder atau kerucut) yang dicelupkan ke dalam fluida pada laju rotasi (laju geser) tertentu. Dengan mengendalikan laju geser, rheometer putar dapat menghasilkan kurva aliran yang memetakan hubungan tegangan geser versus laju geser, mengungkap sifat shear-thinning atau shear-thickening.
Dalam aplikasi praktis, kontrol likat adalah perbedaan antara produk yang sukses dan yang gagal. Dua industri yang paling bergantung pada manajemen viskositas adalah pangan dan farmasi.
Dalam industri makanan, viskositas secara langsung terkait dengan tekstur, sensasi mulut (mouthfeel), dan stabilitas produk. Sebagian besar produk makanan adalah fluida Non-Newtonian, dan sifat likatnya harus diatur agar sesuai dengan ekspektasi konsumen dan kemudahan pemrosesan.
Viskositas yang cukup tinggi sangat penting untuk menjaga partikel tersuspensi agar tidak mengendap (sedimentasi). Contohnya, dalam susu cokelat atau sup instan, viskositas mencegah bubuk atau padatan berat jatuh ke dasar. Penggunaan hidrokoloid (seperti karagenan, xanthan gum, dan guar gum) berfungsi sebagai agen pengental yang efektif meningkatkan viskositas, seringkali melalui mekanisme shear-thinning yang memungkinkan produk dipompa dengan mudah di pabrik tetapi kembali kental di kemasan.
Sensasi mulut dipengaruhi oleh bagaimana fluida ‘pecah’ atau menipis di bawah laju geser yang diterapkan oleh mengunyah atau mengulum. Saus, yoghurt, dan selai harus memiliki tegangan luluh yang tepat agar produk tetap berada di sendok tetapi mengalir mudah di lidah. Selai kacang yang terlalu kental sulit disebar, sementara saus yang terlalu encer terasa "tipis" dan kurang memuaskan.
Dalam dunia farmasi, viskositas tidak hanya masalah tekstur, tetapi juga vital untuk efektivitas, dosis, dan sterilitas.
Obat-obatan dalam bentuk sirup atau suspensi oral harus memiliki viskositas yang diatur untuk memastikan dosis seragam. Jika terlalu encer, zat aktif dapat mengendap dan menghasilkan dosis yang tidak konsisten. Viskositas yang tepat juga membantu menutupi rasa pahit obat.
Untuk krim, salep, dan gel yang dioleskan ke kulit (topikal), viskositas menentukan daya sebar, waktu kontak, dan absorpsi. Salep harus memiliki viskositas yang sangat tinggi agar tetap di tempatnya. Sementara itu, obat tetes mata (ophthalmic solutions) seringkali diformulasikan agar menjadi shear-thinning. Mereka relatif kental untuk memperpanjang waktu kontak dengan permukaan mata (meningkatkan efikasi), tetapi menipis dengan cepat karena kedipan mata, memfasilitasi kenyamanan pasien.
Selain itu, proses manufaktur seperti granulasi basah, pelapisan tablet, dan pengisian kapsul cair semuanya bergantung pada kontrol viskositas yang ketat dari bahan baku atau pelarut polimer. Sedikit penyimpangan dalam viskositas dapat menyebabkan variasi besar dalam bobot, kekuatan, atau pelepasan zat aktif dari tablet yang dihasilkan.
Dalam rekayasa, terutama dalam sistem yang melibatkan pergerakan mekanis, likat pelumas adalah parameter paling krusial. Ini mempengaruhi efisiensi energi, keausan komponen, dan umur pakai mesin.
Fungsi utama pelumas adalah memisahkan dua permukaan yang bergerak relatif satu sama lain, meminimalkan gesekan dan disipasi energi panas. Jika viskositas pelumas terlalu rendah (encer), lapisan fluida mungkin terlalu tipis, menyebabkan kontak logam-ke-logam (keausan). Jika terlalu tinggi (kental), energi yang dibutuhkan untuk menggerakkan fluida itu sendiri (kerugian viskos) akan meningkat, menyebabkan peningkatan suhu dan inefisiensi.
Karena viskositas sangat sensitif terhadap suhu, minyak pelumas dievaluasi berdasarkan Indeks Viskositas (VI). VI adalah ukuran perubahan viskositas terhadap perubahan suhu. Pelumas dengan VI tinggi mempertahankan viskositas yang relatif stabil sepanjang rentang suhu operasi yang luas (ideal untuk mesin mobil yang beroperasi di cuaca dingin maupun panas). Oli multigrade, seperti 10W-30, diformulasikan dengan aditif polimer khusus (Viscosity Index Improvers/VII) yang membuat oli menjadi lebih shear-thinning pada suhu tinggi, namun mempertahankan kekentalan yang cukup saat dingin.
Dalam industri perminyakan, pengangkutan minyak mentah yang sangat kental (viskositas tinggi) melalui pipa membutuhkan energi pemompaan yang luar biasa. Metode seperti pemanasan pipa (untuk menurunkan viskositas) atau penambahan zat pengencer sangat penting untuk mengelola biaya dan efisiensi transportasi. Likat juga berperan penting dalam proses pengeboran, di mana lumpur pengeboran (drilling mud) harus memiliki viskositas yang tepat (dan thixotropic) untuk mengangkat serpihan batuan ke permukaan sambil mempertahankan tekanan lubang bor saat pompa dimatikan.
Tubuh manusia dan sistem biologis adalah lingkungan fluida yang diatur dengan presisi tinggi. Fluktuasi kecil dalam likat cairan biologis dapat menjadi indikator penyakit atau bahkan penyebab patologis.
Darah adalah suspensi sel (terutama sel darah merah) dalam plasma (fluida Newtonian yang encer). Darah secara keseluruhan adalah fluida Non-Newtonian yang shear-thinning. Viskositas darah sangat penting untuk sirkulasi.
Lendir adalah hidrogel biologis yang kompleks, berfungsi sebagai pelindung dan pembersih, terutama di saluran pernapasan. Viskositasnya sangat thixotropic. Ia harus cukup kental untuk menjebak partikel asing dan bakteri, namun harus menipis di bawah gesekan silia (rambut halus) untuk memungkinkan lendir dibersihkan (batuk atau bersin).
Pada penyakit seperti Fibrosis Kistik, lendir menjadi sangat likat dan lengket karena adanya rantai DNA yang dilepaskan oleh sel inflamasi, menghambat pembersihan dan menyebabkan infeksi kronis. Pengobatan sering melibatkan agen yang memecah DNA untuk menurunkan viskositas lendir.
Cairan yang melumasi sendi (cairan sinovial) memiliki viskositas yang sangat tinggi karena kandungan asam hialuronat. Ini adalah fluida yang sangat shear-thinning, ideal untuk bantalan sendi. Saat sendi beristirahat (laju geser rendah), cairan ini kental (seperti gel), memberikan bantalan. Saat sendi bergerak cepat (laju geser tinggi), cairan menipis, memberikan pelumasan yang efisien dengan resistensi minimal.
Bahkan dalam skala yang jauh lebih kecil, viskositas sitoplasma dan nukleoplasma di dalam sel memainkan peran penting. Tingkat likat ini mempengaruhi kecepatan difusi molekul, pergerakan organel, dan proses transduksi sinyal. Viskositas internal sel yang tinggi dapat memperlambat reaksi biokimia esensial. Penelitian menunjukkan bahwa viskositas intraseluler dapat dimanipulasi oleh sel itu sendiri sebagai respons terhadap stres lingkungan.
Terkadang, fluida alami tidak memiliki likat yang dibutuhkan untuk suatu aplikasi. Oleh karena itu, teknik modifikasi rheologi menjadi keterampilan kunci dalam kimia formulasi dan rekayasa material.
Untuk meningkatkan likat, terutama dalam sistem berbasis air, digunakan agen pengental (thickeners) atau penstabil (stabilizers). Zat ini bekerja dengan salah satu dari dua mekanisme utama:
Sebaliknya, untuk menurunkan likat, digunakan pengencer (diluent) atau dispersan. Pengencer menambahkan cairan viskositas rendah ke sistem (misalnya, menambahkan air ke cat), sementara dispersan bekerja pada tingkat partikel. Dispersan membantu memisahkan partikel padat yang tersuspensi, mencegah agregasi. Jika partikel membentuk gumpalan (agregat), gesekan internal dan volume efektif partikel meningkat, menyebabkan likat yang jauh lebih tinggi. Dispersan memastikan sistem tetap terfluidisasi.
Dalam skala industri besar, cara paling sederhana untuk mengubah likat fluida seperti bitumen atau minyak berat adalah dengan mengendalikan suhu. Pemanasan dapat menurunkan viskositas hingga beberapa kali lipat, memfasilitasi proses seperti pemompaan, pencampuran, atau pelapisan.
Pemahaman tentang likat membantu kita menjelaskan banyak fenomena sehari-hari yang sering dianggap remeh.
Viskositas adalah sifat yang membedakan cairan sejati dari padatan amorf yang mengalir sangat lambat. Kaca, misalnya, sering dianggap padatan, tetapi dalam skala waktu geologis (jutaan tahun), kaca menunjukkan sifat likat yang ekstrem (viskositasnya mendekati $10^{18} \text{ Pa}\cdot\text{s}$). Sebaliknya, cairan seperti air memiliki viskositas sekitar $0.001 \text{ Pa}\cdot\text{s}$. Batasan antara fluida yang sangat kental dan padatan lunak seringkali buram, dan ditentukan oleh waktu relaksasi fluida tersebut.
Likat adalah jantung dari seni memasak. Konsistensi adonan kue, kemampuan saus untuk melapisi sendok (nappé), dan kekentalan sirup adalah semua manifestasi likat. Penggunaan pengental alami seperti tepung maizena (pati) bergantung pada gelatinisasi, proses di mana molekul pati menyerap air dan membengkak saat dipanaskan, secara drastis meningkatkan viskositas campuran. Kegagalan mencapai likat yang tepat dapat merusak tekstur keseluruhan makanan.
Likat magma menentukan sifat letusan gunung berapi. Magma yang sangat likat (kental), seperti magma riolitik, menjebak gas dengan efisien, yang mengarah pada penumpukan tekanan besar dan letusan yang eksplosif dan berbahaya. Sebaliknya, magma basaltik yang viskositasnya rendah (encer) memungkinkan gas keluar dengan mudah, menghasilkan aliran lava yang lebih lembut dan lebih jauh. Viskositas adalah faktor penentu dalam pembentukan berbagai jenis medan geologis.
Hubungan antara likat dan transportasi massa serta perpindahan panas adalah fundamental dalam teknik kimia dan proses industri.
Dalam banyak kasus, likat tinggi menghambat perpindahan panas konvektif. Fluida yang sangat kental cenderung mengalir secara laminar (lapisan-lapisan yang tidak bercampur), yang membatasi pencampuran termal di dalam fluida. Ini berarti dibutuhkan lebih banyak energi atau desain penukar panas yang lebih kompleks untuk memanaskan atau mendinginkan fluida kental. Hal ini menjadi pertimbangan utama dalam formulasi produk pangan atau polimer yang harus diproses pada suhu tinggi.
Mencampur fluida dengan likat yang berbeda memerlukan energi yang sangat berbeda. Mencampur dua cairan Newtonian encer adalah proses yang relatif mudah. Namun, mencampur cairan yang sangat kental (viskositas tinggi) memerlukan peralatan pencampur bertenaga tinggi dan desain impeller yang berbeda untuk memastikan homogenitas. Dalam banyak kasus, pencampuran fluida non-Newtonian, terutama thixotropic, dapat memanfaatkan sifat shear-thinning mereka—pengadukan cepat awalnya sulit, tetapi saat fluida menipis, pencampuran menjadi lebih efektif.
Materi polimer, baik lelehan (melt) maupun larutan, menunjukkan perilaku likat yang paling kompleks, membentuk sub-bidang utama dalam reologi.
Molekul polimer adalah rantai panjang yang saling berbelit. Viskositas lelehan polimer meningkat drastis seiring dengan berat molekul (panjang rantai). Di atas berat molekul kritis ($M_c$), viskositas berbanding lurus dengan berat molekul yang dipangkatkan 3.4. Sedikit peningkatan panjang rantai dapat menyebabkan peningkatan likat yang besar, karena adanya peningkatan gesekan dan resistensi terhadap gerakan molekuler.
Banyak fluida kental, terutama lelehan polimer dan beberapa gel biologis, menunjukkan perilaku viskoelastis, yang menggabungkan sifat viskos (aliran, disipasi energi) dengan sifat elastis (penyimpanan energi, kemampuan untuk kembali ke bentuk semula). Perilaku ini diamati ketika materi tidak hanya mengalir di bawah stres, tetapi juga "memantul" sebagian.
Seiring dengan kemajuan teknologi, studi tentang likat kini meluas ke skala yang sangat kecil, di mana asumsi fluida kontinu tradisional mulai runtuh.
Dalam saluran mikro (microfluidics) yang ukurannya sekecil sehelai rambut, bilangan Reynolds sangat rendah, yang berarti aliran hampir selalu laminar. Likat fluida mendominasi dinamika aliran, dan pencampuran didorong sepenuhnya oleh difusi (perpindahan massa). Kontrol viskositas dan tegangan permukaan sangat penting untuk memanipulasi tetesan atau mengontrol pemisahan dalam perangkat lab-on-a-chip.
Nanofluida adalah cairan konvensional (seperti air atau etilen glikol) yang disuspensikan dengan nanopartikel (misalnya, nano-oksida logam). Nanofluida terutama diteliti untuk peningkatan kinerja perpindahan panas. Namun, penambahan nanopartikel seringkali meningkatkan likat dasar fluida, yang menjadi trade-off: peningkatan perpindahan panas tetapi peningkatan kerugian pompa. Pengaturan viskositas pada nanofluida harus dioptimalkan untuk mencapai efisiensi termal terbaik tanpa mengorbankan kemampuan alir.
Eksplorasi mendalam ini menegaskan bahwa likat, atau viskositas, adalah properti yang jauh lebih kompleks dan dinamis daripada sekadar ‘kekentalan’ yang sederhana. Ini adalah prinsip rekayasa, kunci dalam biologi, dan variabel utama yang mendefinisikan interaksi materi di seluruh spektrum ilmiah dan industri.
Dari cairan Newtonian yang patuh pada Hukum Newton hingga polimer viskoelastis yang menantang definisi fluida konvensional, likat mendefinisikan resistensi materi terhadap perubahan bentuk. Keberhasilan dalam memformulasikan cat, mendesain mesin jet, atau mengembangkan obat yang efektif sangat bergantung pada kemampuan kita untuk mengukur, memprediksi, dan memanipulasi sifat likat. Memahami rheologi adalah memahami bahasa gerakan dan deformasi materi di bawah stres, sebuah pengetahuan yang terus berkembang seiring kita mengeksplorasi sistem yang semakin kompleks, dari skala nano hingga aliran lava geologis.