Tugas Farmasi Fisika

Dosen : Dina Rahmawanty, S. Far., M. Far., Apt.

Fenomena Antar Muka

Kelompok 5

1. Muhammad Ridwan Ali J1E112067

2. Rahmat Fauzi J1E111062

3. Toni Nurman J1E112018

4. Muhammad Zailani J1E112058

5. Winsa Wira Wijaya J1E112070

6. M. Rasyid Akbar J1E112075

7. M. Restu Aulia J1E112206

8. Renny Febrianty J1E109206

9. Dian Fatmawati J1E112003

10. Nilly Su’aida J1E112010

11. Rifa Afiah J1E112024

12. Ida Maulida J1E112034

13. Amalia Ananda Sari J1E112042

14. Ghina Yulita J1E112048

15. Eriza Nur Aq Liny J1E112081

16. Indah Purnamasari J1E112201

17. Hana Kasinta J1E112212

Program Studi FarmasiFMIPA UNLAM

2013

FENOMENA ANTAR MUKA

1. Antarmuka Cairan

Karakteristik Cairan

Gas dapat dicairkan dengan mendinginkan pada tekanan tertentu.

Ketika suhunya diturunkan, energi kinetik molekul gas akan menurun, dan

akan menjadi sebanding dengan gaya tarik antarmolekulnya. Akhirnya jarak

antarmolekul menurun sampai titik gas berubah menjadi cairan. Cairan

memiliki volume tetap pada temperatur tetap tetapi cairan tidak memiliki

bentuk yang tetap. Dalam hal ini, cairan mirip gas. Namun, kalau diperhatikan

jarak antarmolekulnya, terdapat perbedaan besar antara cairan dan gas. Satu

gram air memiliki volume sekitar cm3, tetapi uap air menempati volume 1,69

x 103 cm3 pada 373 K dan 1 atm. Anda dapat memperikirakan jarak

antarmolekul dalam kedua kasus ini, dan dengan membandingkan data ini,

Anda akan menyadari perbedaan antara cairan dan gas (Jeikhsan, 2012).

Sifat Cairan

Beberapa molekul yang energi kinetiknya lebih besar dari energi

kinetik rata-rata dapat lepas dari gaya tarik antarmolekul dan menguap. Bila

cairan diwadahi dalam ruang tanpa tutup, cairan akan perlahan menguap, dan

akhirnya habis. Bila ruangnya memiliki tutup dan cairannya terisolasi,

molekulnya kehilangan energinya dengan tumbukan, dsb, dan energi kinetik

beberapa molekul menjadi demikian rendah sehingga molekul tertarik dengan

gaya antarmolekul pada permukaan cairan dan kembali masuk ke cairan

(Jeikhsan, 2012).

Tekanan uap cairan meningkat dengan kenaikan suhu dan gelembung

akan akan terbentuk dalam cairannya. Tekanan gas dalam gelembung sama

dengan jumlah tekanan atmosfer dan tekanan hidrostatik akibat tinggi cairan

di atas gelembung. Wujud saat gelembung terbentuk dengan giat disebut

dengan mendidih, dan temperatur saat mendidih ini disebut dengan titik

didih (Jeikhsan, 2012).

Proses penguapan cairan dan mengkondensasikan uapnya di wadah lain

dengan pendinginan disebut dengan distilasi. Metoda ini paling sering

digunakan untuk memurnikan cairan. Asal mula teknik distilasi dapat dirunut

dari zaman alkemi. Campuran cairan dapat dipisahkan menjadi cairan

komponennya menggunakan perbedaan titik didihnya (Jeikhsan, 2012).

Aspek paling menarik di antara sifat-sifat fisik cairan adalah perubahan

mutual antara gas dan cairan, yakni penguapan dan kondensasi. Hal ini

digunakan meluas dalam proses kimia distilasi, salah satu metoda pemurnian

cairan yang paling luas dan bermanfaat. Bila temperatur cairan diturunkan,

energi kinetik molekul juga akan menurun, dan tekanan uapnya pun juga akan

menurun. Ketika temperatur menurun sampau titik tertentu, gaya

antarmolekulnya menjadi dominan, dan gerak translasi randomnya akan

menjadi lebih perlahan. Sebagai akibatnya, viskositas cairan menjadi semakin

bertambah besar. Pada tahap ini, kadang molekul akan mengadopsi susunan

geometri reguler yang disebut dengan keadaan padatan kristalin. Umumnya

titik beku sama dengan titik leleh, yakni suhu saat bahan berubah dari keadaan

padat ke keadaan cair (Jeikhsan, 2012).

2. Tegangan Permukaan dan Tegangan Antarmuka

Pada permukaan cairan / antarmuka dua cairan yang tidak bercampur à

selalu ada tegangan yang terjadi karena adanya kecenderungan cairan untuk

memperkecil luas permukaan. Molekul-molekul cairan mempunyai gaya tarik van

der walls sehingga molekul –molekul tersebut saling tarik menarik yang disebut

gaya kohesi (Hayyan, 2008).

Tegangan permukaan yaitu gaya per satuan panjang yang diperlukan

untuk memperluas suatu permukaan. Satuannya adalah dyne/cm. Tegangan

antarmuka yaitu gaya per satuan panjang yang terdapat pada antarmuka dua fase

cair yang tidak bercampur.  Satuannya dyne/cm3. Jika 2 cairan bercampur

sempurna maka tegangan antarmukanya = O (Hayyan, 2008).

3. Koefisien Sebar

Bila suatu zat seperti asam oleat ditaruh pada permukaan air, maka asam

oleat dapat menyebar pada permukaan sebagai lapisan film, bila harga koefisien

sebarnya positif. Harga koefisien sebar sangat bergantung pada gaya adhesi dan

gaya kohesi.

S (+) WA > WCGaya adhesi yaitu energi yang dibutuhkan untuk memisahkan /mematahkan gaya

tarik menarik antara molekul-molekul yang tidak sejenis atau kerja yang

dibutuhkan untuk memisahkan 2 cairan yang tidak bercampur

ᵧ12 ᵧ1

ᵧ2

(Yamada, 2010).

Gaya kohesi adalah kerja yang dibutuhkan untuk memisahkan molekul

cairan yang menyebar sehingga ia dapat mengalir di atas lapisan bawah.

ᵧ1

ᵧ1

(Yamada, 2010).

Suatu cairan dapat menyebar di atas cairan lain bila gaya adhesi lebih besar

dari gaya kohesi.

S = Wa – Wc = (ᵧ1+ ᵧ2 - ᵧ12) - 2ᵧ1

Wa = ᵧ1+ ᵧ2 - ᵧ12

Wc = 2ᵧ1

S = ᵧ2 - ᵧ1 - ᵧ12S = ᵧ2 – (ᵧ1 + ᵧ12 )

Bila ᵧ2 > ᵧ1 + ᵧ12 maka akan terjadi penyebaran. Contoh : penyebaran asam

oleat diatas permukaan air. Bila ᵧ2 < ᵧ1 + ᵧ12 maka akan terbentuk tetesan –

tetesan/ lensa yang mengembang pada permukaan cairan/ gagal menyebar.

Contoh : parifin lig diatas permukaan air. Ada beberapa cairan yang mempunyai S

tinggi diatas permukaan air, contoh : asam-asam lemak, minyak lemak (Yamada,

2010).

Zat padat yang dapat berkontak dengan cairan dan molekul-molekul antar

permukaan dikatakan bahwa cairan dapat membasahi zat padat. Contoh

permukaan kulit diliputi oleh campuran air dan lemak (keringat) yang bersifat

polar dan non polar. Agar suatu lotio yang mengandung lemak dapat menyebar

pada permukaan kulit atau dapat membasahi kulit dengan sempurna, maka

polaritas lotio harus diperbesar agar koefisien sebarnya bertambah besar. Zat

padat banyak disuspensikan dalam cairan. Contoh : liquor faberi, lotio

kunmerfeldi (Yamada, 2010).

Dalam peristiwa pembasahan ada 3 kemungkinan :

1. pembasahan sempurna (S > 0)

2. Pembasahan tidak sempurna (S<0)

3. Berupa tetesan : cairan hanya terbentuk tetesan-tetesan saja

Penyebaran cairan diatas zat padat secara teoritis dapat dihubungkan dengan

koefisien sebar :

Cair – cair

S = ᵧ2 – (ᵧ1 + ᵧ12)

Padat – cair :

Sp/c = ᵧp – (ᵧc+ ᵧp/c)

Cairan dapat menyebar jika Sp/c (+)

Tapi secara praktek penetuan TP padat dan TAP padat-cair sangat sukar dilakukan,

maka penentuan Sp/c dilakukan secara tidak langsung yaitu dengan mengukur sudut

kontak antar cairan – zat padat (Romadona, 2012).

Sudut kontak : 0 – 180

Agar koefisien sebar dari zat bertambah, maka pada pembuatan sediaan

ditambahkan zat pembasah (wetting agent). Zat pembasah bekerja mengecilkan

sudut kontak antara zat padat dengan cairan. Sudut kontak adalah sudut yang

terbentuk antara tetesan cairan dan permukaan padatan tempat dia menyebar.

SUDUT KONTAK ARTI0 Sangat mudah dibasahi< 90 Permukaan bias dibasahi tidak

sempurna= 90 Cairan sukar membasahi

permukaan zat padat90 – 180 Sama sekali tidak bias

membasahi zat padat

(Romadona, 2012).

4. Adsorpsi pada Antarmuka Cairan

Sebelumnya energi bebas permukaan sebagai kerja yang harus di lakukan

untuk memperbesar permukaan sdengan satuan luas. Akibat dari pengembangan

itu, lebih banyak molekul-molekul harus di bawa dari bulk ke antarmuka. Dan

semakin besar kerja yang harus di berikan untuk mencapai ini, semakin besar

energi bebas permukaan (Romadona, 2012).

Molekul-molekul dan ion-ion tertentu apabila terdispersi dalam cairan akan

bergerak sesuai dengan keinginanannya sendiri ke antar muka. Konsentrasinya

pada antarmuka jadinya melebihi konsentrasinya dalam bulk cairan tersebut.

Dikarenakan energy bebas permukaan dan tegangan permukaan dari system

tersebut secara otomatis dikurangi. Gejala seperti itu di mana molekul-molekul

membagi diri kea rah antarmuka dikatakan adsorpsi, atau secara lebih tepat,

adsorpsi positif. Bahan-bahan lain (misalnya, elektrolit-elektrolit anorganik)

yang kebih suka membagi diri kearah bulk menghasilkan adsorpsi negative dan

kenaikan energy bebas permukaan dan tegangan permukaan. Adsorpsi, seperti

akan terlihat nanti, dapat juga terjadi pada antarmuka padatan. Adsorpsi jangan di

kacaukan dengan absorpsi. Absorpsi semata-mata hanyalah suatu efek

permukaan , sedangkan dalam absorpsi, zat cair dan gas yang diabsorpsi

menembus kedalam ruang-ruang kapiler dari zat pengabsorpsi. Peresapan air

oleh busa (sponge) adalah absorpsi ; memekatkan molekul-molekul alkaloid pada

permukaan tanah liat (clay) adalah adsorpsi (Romadona, 2012).

Suatu aspek farmasi yang penting dari absorpsi pada antar muka cairan

adalah aktifitas antibakteri dari zat-permukaan tertentu. Zat aktif permukaan

tersebut mungkin mempengaruhi aktifitas senyawa antibakteri atau bisa jadi zat

itu sendiri memberikan suatu kerja antibakteri. Sebagai suatu contoh dari hal yang

pertama, penetrasi (penembusan) dari heksilresorsinol ke dalam cacing kremi

Ascaris naik dengan adanya surfaktan dengan konsentrasi rendah. Menjadi

kuatnya aktifitas ini adalah ksrena suatu penurunan (pengurangan) tegangan

permukaan antara fase cair dan dinding sel organism. Akibatnya, adsopsi dan

penyebaran dari heksilresorsiniol di atas permukaan organisme dimudahkan.

Tetapi bila konsentasi zat aktif-permukaan yang ada melebihi konsentrasi yang di

butuhkan untuk membentuk misel, laju penetrasi dari antibakteri tersebut

berkurang sampai mendekati nol . Ini adalah karena obat tersebut sekarang terbagi

antara misel dan fase cair, yang menghasilkan suatu pengurangan konsentrasi

efektif. Senyawa kuartemer ammonium adalah contoh zat aktif-permukaan di

mana zat itu sendiri mempunyai aktifitas antibakteri.mungkin hal ini sebagian

bergantng pada gejala antarmuka, tapi faktor-faktor lain juga penting. Zat-zat

yang di absorpsi pada permukaan sel dan diperkirakan menyebabkan kerusakan

dengan menaikkan permeabilitas atau “kebocoran” membrane sel lipid. Kematian

kemudian terjadi karena hilangnya bahan-bahan esensial dari sel (Romadona,

2012).

5. Zat Aktif Permukaan (Surfaktan), Jenis Surfaktan (Surfaktan Anionik,

Kationik, Non-ionik), dan HLB

Surfaktan merupakan molekul yang memiliki gugus polar yang

suka air (hidrofilik) dan gugus nonpolar yang suka minyak (lipofilik) sekaligus,

sehingga dapat mempersatukan campuran yang terdiri dari minyak dan air.

Surfaktan adalah bahan aktif permukaan, yang bekerja menurunkan tegangan

permukaan cairan, sifat aktif ini diperoleh dari sifat ganda molekulnya. Bagian

polar molekulnya dapat bermuatan positif, negatif ataupun netral, bagian polar

mempunyai gugus hidroksil semetara bagian nonpolar biasanya merupakan

rantai alkil yang panjang. Surfaktan pada umumnya disintesis dari

turunan minyak bumi dan limbahnya dapat mencemarkan lingkungan, karena

sifatnya yang sukar terdegradasi, selain itu minyak bumi merupakan sumber

bahan baku yang tidak dapat diperbarui (Romadona, 2012).

Surfaktan merupakan senyawa aktif penurun tegangan permukaan (surface

active agent) yang dapat diproduksi secara kimia maupun biokimia dan

mempunyai kemampuan menggabungkan fase yang memiliki derajat polaritas

berbeda seperti minyak - air. Sifat ini disebabkan oleh struktur ampifilik yang

dimiliki, yang berarti dalam satu molekul surfaktan mengandung gugus hidrofilik

yang bersifat polar dan gugus hidrofobik nonpolar. Surfaktan diaplikasikan

secara luas pada industri deterjen, kosmetika dan digunakan sebagai komponen

pembasah (wetting), pembusa, pengemulsi, dan penetrasi. Jenis surfaktan yaitu

anionik, kationik dan nonionik. Surfaktan yang paling banyak diproduksi dan

diaplikasikan adalah surfaktan anionik. Jenis surfaktan anionik berpotensi besar

untuk dikembangkan di Indonesia adalah surfaktan metil ester sulfonat (MES).

Surfaktan ini dapat diproduksi menggunakan bahan baku metil ester (biodiesel)

dari bahan baku minyak sawit (Romadona, 2012).

Surfaktan adaalah zat yang memiliki gugus hidrofilik dan gugus hidrofobik.

Berdasarkan namanya, surfaktan yang berdisosiasi dalam air dan melepaskan

kation dan anion diistilahkan sebagai surfaktan ionik (kationik dan anionik). Di

sisi yang lain, surfaktan yang tidak berdisosiasi disebut surfaktan nonionic

(Romadona, 2012).

Surfaktan anionik merupakan surfaktan yang bagian alkilnya terikat suatu

anion. Surfaktan anionik memiliki gugus hidrofilik anionik. Contoh surfaktan

anionik biasa disebut “sabun” (sabun asam lemak), garam asam alkilsulfonat

(komponen utama deterjen sintetis) seperti alkil benzene sulfonat (LAS), lemak

alkohol sulfat (komponen utama shampoo atau deterjen netral), dan lain-lain.

Karena sabun asam lemak adalah garam dari asam lemak dan logam basa (garam

asam lemah dan basa kuat), maka sabun ini terhidrolisis dalam air dan larutannya

menjadi sedikit basa. Namun, larutan dari surfaktan anionik lainnya adalah netral.

Larutan deterjen sintetis diatur agar sedikit basa tapi bukan disebabkan oleh

deterjen itu sendiri (deterjennya netral) melainkan karena efek dari zat tambahan

(natrium karbonat dan lain-lain). Ini merupakan perbedaan utama antara sabun

dan deterjen sintetis. Surfaktan anionik, umumnya merupakan garam natrium,

akan terionisasi menghasilkan Na+ dan ion surfaktannya bermuatan negatif.

Surfaktan anionik umumnya diproduksi secara besar-besaran pada industri

detergen. Menurut U.S. Tarrif Commision Statistic pada tahun 1957, detergen

anionik yang digunakan adalah sekitar 75% dari seluruh surfaktan yang

digunakan, dan hampir 95% darinya adalah alkil-alkil sulfat dan alkil benzen

sulfonat. Jenis ini merupakan komponen polutan utama detergen pada air

permukaan. Contoh : Natrium dodekil sulfonat : C12H23CH2SO3-Na+, Natrium

dodekil benzensulfonat : C12H25ArSO3-Na+. Surfaktan anionik bila terionisasi

dalam air/larutan membentuk ion negatif. Surfaktan ini banyak digunakan untuk

pembuatan detergen mesin cuci, pencuci tangan dan pencuci alat-alat rumah

tangga. Surfaktan ini memiliki sifat pembersih yang sempurna dan menghasilkan

busa yang banyak. Contoh surfaktan ini yaitu, alkilbenzen sulfonat linier, alkohol

etoksisulfat, dan alkil sulfat (Yamada, 2010).

Surfaktan kationik merupakan surfaktan yang bagian alkilnya terikat suatu

kation. Contohnya garam alkil trimethil amonium, garam dialkil - dimethil

amonium, garam alkil dimethil benzil amonium. Surfaktan kationik umumnya

merupakan garam-garam ammonium kuarterner atau amin. Surfaktan kationik

akan terionisasi dalam air/larutan membentuk ion positif. Dalam detergen,

surfaktan ini banyak digunakan sebagai pelembut. Contohnya senyawa amonium

kuarterner

C12H25Cl + N(CH3)3 _______________► [C12H25N-(CH3)3] + Cl-

Contoh : Dodekildimetilbenzilammonium klorida (Yamada, 2010).

Surfaktan nonionik merupakan surfaktan yang bagian alkilnya tidak

bermuatan. Contohnya ester gliserin, ester sorbitan, ester sukrosa, polietilena alkil

amina, glukamina, alkil poliglukosida, mono alkanol amina, dialkanol amina dan

alkil amina oksida. Surfaktan nonionik tidak berdisosiasi dalam air tetapi

bergantung pada struktur (bukan keadaan ion-nya) untuk mengubah hidrofilitas

yang membuat zat tersebut larut dalam air. Surfaktan nonionik biasanya

digunakan bersama-sama dengan surfaktan anionik. Jenis ini hampir semuanya

merupakan senyawa turunan poliglikol, alkiloamida atau ester-ester dari

polihidroksi alkohol. Contoh :Pentaeritritit palmitat : CH3(CH2)14COO-CH2-

C(CH2OH)3, Polioksietilendodekileter : C12H25-O-(CH2-CH2O)2H. Surfaktan

nonionik tidak dapat terionisasi dalam air/larutan sehingga surfaktan ini tidak

memiliki muatan. Dalam pembuatan detergen surfaktan ini memiliki keuntungan

yaitu tidak terpengaruh oleh keadaan air karena surfaktan ini resisten terhadap air

sadah. Selain itu, juga detergen yang dihasilkan hanya menghasilkan sedikit busa.

Contohnya alkohol etoksilat. Setiap molekul emulgator dibagi menjadi dua

kelompok yaitu :

1. Kelompok hidrofilik, yaitu bagian emulgator yang suka air.

2. Kelompok Hipofilik, yaitu bagian emulgator yang suka minyak.

(Yamada, 2010).

Masing-masing kelompok akan bergabung dengan zat cair yang

disenanginya, kelompok hidrofil kedalam air dan kelompok lipofil dalam minyak.

Dengan demikian emulgator seolah-olah menjadi tali pengikat antara air dan

minyak. Antara kedua kelompok tersebut akan membuat suatu keseimbangan

(Syamsuni, 2007).

Setiap jenis emulgator memiliki harga keseimbangan yang besarnya tidak

sama. Harga keseimbangan ini dikenal dengan istilah “HLB” (Hidrophyl

Lipophyl Balance) yaitu angka yang menunjukkan perbandingan antara kelompok

hidrofil dengan kelompok lipofil. Semakin besar harga HLB, berarti semakin

banyak kelompok yang suka air, artinya emulgator tersebut lebih mudah larut

dalam air dan demikian sebaliknya. Dalam tabel dibawah ini dapat dilihat

kegunaan suau emulgator ditinjau dari harga HLB nya (Syamsuni, 2007).

Tabel 1.1 Kegunaan emulgator dan harga HLB

Harga HLB Kegunaan

1-3

4-6

7-9

8-10

13-15

15-18

Anti foaming agent

Emulgator tipe w/o

Bahan pembasah (Wetting agent)

Emulgator tipe o/w

Bahan pembersih (Detergent)

Pembantu kelarutan (Solubilizing agent)

Tabel 1.2 Nilai HLB beberapa tipe surfaktan

Surfaktan Nilai HLB Keterangan

Tween 20 ( Polioksietilen sorbitan monolaurat)

Tween 40 (Polioksietilen sorbitan

monopalmitat)

Tween 60 (Polioksietilen sorbitan

monostrearat)

Tween 65 (Polioksietilen sorbitan tristearat)

Tween 80 (Polioksietilen sorbitan monooleat)

Tween 85 (Polioksietilen sorbitan trioleat)

Arlacel atau Span 20 (Sorbitan monolaurat)

Arlacel atau Span 60 ( Sorbitan monostearat)

Arlacel atau Span 80 (Sorbitan monooleat)

Arlacel 83 (Sorbitan)

Gom

Tea (Trietanolamin)

16,7

15,6

14,9

10,5

15,0

11,0

8,6

4,7

4,3

3,7

8,0

12,0

Cairan

Cairan minyak

Semipadat seperti minyak

Padat seperti lilin

Cair seperti minyak

Cair seperti minyak

Cairan minyak

Padat seperti malam

Cairan minyak

Cairan minyak

(Syamsuni, 2007).

6. Micelles dan Critical Micelles Concentration (CMC)

Zat pengaktif permukaan (surfaktan) bersifat sebagai zat terlarut normal

dalam Larutan encer. Untuk larutan dengan konsentrasi tinggi/ larutan pekat,

maka akan terjadi perubahan mendadak pada beberapa sifat fisik seperti: tekanan

osmosis, turbiditas, daya hantar listrik dan tegangan muka. Surfaktan dan zat

aktif permukaan merupakan spesies yang aktif pada antarmuka antara dua fase,

seperti antarmuka antara fase hidrofil dan hidrofob.Surfaktan berakumulasi pada

antarmuka, dan mengubah tegangan permukaan (Atkins,1999).

Surfaktan (sabun) merupakan salah satu contoh koloid asosiasi. Sabun

merupakan molekul organic yang terdiri dari dua kelompok gugus.Gugus

pertama, dinamakan liofolik (hidrofob bila medium pendespersinya adalah air)

yang berarti benci air dan gugus kedua,dinamakan liofilik (hidrofilik bila

medium pendespirsinya air) yang mempunyai arti suka air.Pada sabun, gugus

hidrofilik memiliki afinitas yang sangat kuat terhadap medium air, sedangkan

gugus hidrofob bergabung dengan gugus hidrofob dari molekul sabun lain

membentuk agregat yang dinamakan misel. Misel-misel ini dapat terdiri dari 100

molekul. Gugus-gugus hidrofob akan berkumpul dibagian dalam misel,

sedangkan gugus hidrofilik akan berada diluar (Syamsuni, 2007).

Misel adalah kumpulan molekul berukuran koloid, walaupun tidak ada

tetesan lemak. Hal ini, disebabkan oleh adanya ekor hidrofobnya cenderung

berkumpul, dan kepala hidrofilnya memberikan perlindungan. Dan misel

merupakan penggabungan (agregasi dari ion – ion surfaktan), dimana rantai

hidrokarbon yang lipofil akan menuju ke bagian dalam misel, meninggalkan

gugus hidrofil yang berkontak dengan medium air. Misel hanya terbentuk diatas

konsentrasi misel kritis (CMC) dan di atas temperature Kraft (Atkins, 1999).

Bentuk misel yang berukuran koloid termasuk koloid asosiasi.

Perubahannya bersifat reversible. Koloid asosiasi ini meliputi :

-                Sabun-sabun

-                Alkil sulfat tinggi

-                Alkil sulfonat tinggi

-                Garam amina tinggi

-                Zat-zat warna tertentu

-                Ester gliserol tinggi

-               Polietilena oksida

(Syamsuni, 2007).

Sabun, alkil sulfat, dan alkil sulfonat termasuk micelles anion, garam

amina termasuk micelles kation sedang polietilena oksida termasuk micelles non

ionic. Kenaikan temperature, menaikkan CMC dan pada temperature tinggi tidak

terjadi lagi micelles. Adanya elektrolit, merendahkan CMC. Berat molekul

koloid asosiasi pada CMC sudah dapat ditentukan dengan cara light scattering

dan berharga 10.000-30.000 gram/mol. Banyak koloid anionic, kationik, dan non

ionic merupakan emulgator, detergent dab stabilizer koloid yang baik. Beberapa

merupakan stabilizer zat organic dalam air (Atkins, 1999).

Larutan dari bahan yang memiliki permukaan aktif tinggi, menunjukkan

sifat-sifat fisik yang tidak umum. Di dalam larutan encer, zat pemantap

(surfaktan) bersifat sebagai zat terlarut normal. Untuk larutan dengan konsentrasi

tinggi / larutan pekat, maka akan terjadi perubahan mendadak pada beberapa sifat

fisik seperti : tekanan osmosis, turbiditas, daya hantar listrik dan

tegangan permukaan.

(Atkins, 1999).

Mc. Bain menjelaskan bahwa kelakuan anomaly ini dapat disebabkan oleh

adanya penggabungan (agregasi) dari ion-ion surfaktan yang disebut ³misel´,

dimanarantai karbon yang lipofil akan menuju ke bagian dalam dari misel,

meninggalkangugus hidrofil yang berkontak dengan medium air. Konsentrasi

dimana misel mulai terbentuk disebut dengan konsentrasi kritis misel (kkm) atau

critical micells conscentrations (cmc). Atau konsentrasi kritis misel juga bisa

didefinisikansebagai perubahan yang mendadak yang disebabkan oleh

pembentukan agregat atau penggumpalan dari beberapa molekul surfaktan

mejadi satu (Atkins, 1999).

Fenomena terbentuknya misel dapat diterangkan sebagai berikut. Di bawah

konsentrasi kritis misel, konsentrasi surfaktan yang mengalami adsorpsi pada

antar muka bertambah jika konsentrasi surfaktan total dinaikkan. Akhirnya

tercapailah suatu titik dimana baik pada antar muka maupun dalam cairan

menjadi jenuhdengan monomer. Keadaan inilah yang disebut dengan kkm. Jika

surfaktan terus ditambah lagi hingga berlebih, maka mereka akan beragregasi

terus membentuk misel. Pada peristiwa ini tenaga bebas sistem berkurang

(Atkins, 1999).

Ada beberapa faktor yang mempengaruhi nilai cmc, untuk deret

homologsurfaktan rantai hidrokarbon, nilai cmc bertambah dua kali dengan

berkurangnyasatu atom C dalam rantai. Gugus aromatik dalam rantai

hidrokarbon akanmemperbesar nilai cmc dan juga memperbesar kelarutan.

Adanya garammenurunkan nilai cmc surfaktan ion. Penurunan cmc hanya

bergantung padakonsentrasi ion lawan, yaitu makin besar konsentrasinya makin turun cmc-

nya. Secara umum misel dibedakan menjadi dua, yaitu: struktur lamelar dan

sterik seperti telihat pada gambar dibawah ini:

Struktur misel, (a) sterik (b) lamellar(Zean. 2012).

Pada kesetimbangan di antara molekul-molekul atau ion-ion misel yang

tidak  berasosiasi, berlaku hokum aksi masaa untuk kesetimbangan miselisasi.

Jika c adalah konsentrasi stoikiometri larutan, X adalah fraksi dari satuan

monomer yang diendapkan dan m adalah jumlah satuan monomer (Zean. 2012).

mX (X)m

C(1-x) cx/mC.x/m

K = C . x /m

Cm(1−x)m..............................................................................................................................

(1)

 Atau

K = C . x /m

{C (1−x)m }

Dimana : C : konsentrasi stoikiometri larutan

x : fraksi kelompok satuan monomer 

m : jumlah satuan monomer permisel

Energi Miselisasi :

ΔG°= RTlnK

m ................................................................................................

(2)

ΔG°= - (RT) ln (C.x/m) + RT ln [e(1-x)] .................................................(3)

Pada kkm x = 0 dan ΔG°= RT ln K (kkm)

Sehingga : ΔS = – d (ΔG)

dT

ΔS = −RT d ln(kkm)

dT.................................................................................................................

(4)

ΔH° = ΔG° + TΔS° ; ΔG° = 0

= [−RT2 d ln (kkm)]

dT .........................................................................................(5)

Dengan mengintegralkan persamaan di atas diperoleh persamaan :

 ln (kkm) = ΔH° + constant ...................................................................... (6)(Zean. 2012).

Karena pada cmc terjadi penggumpalan dari molekul surfaktan, maka cara

penentuan cmc dapat menggunakan cara-cara penentuan besaran fisik yang

menunjukkan perubahan dari keadaan ideal menjadi tak ideal. Di bawah cmc

larutan menjadi bersifat ideal. Sedangkan diatasnya cmc larutan bersifat tak

ideal. Besaran fisik yang dapat digunakan ialah tekanan osmosa, titik beku

larutan, hantaran jenis atau hantaran ekivalen, kelarutan solubilisasi, indeks bias,

hamburan cahaya, tegangan permukaan, dan tegangan antarmuka (Zean. 2012).

7. Persamaan Adsorpsi Gibbs

Model Adsorpsi Isotermis Gibbs

Adsorpsi isotermis Gibbs berbeda dengan adsorpsi absolut. Pada adsorpsi

isotermis absolut, banyaknya adsorbat yang sudah terlebih dahulu teradsorpsi

diperhitungkan, dan model ini hanya bisa digunakan pada tekanan rendah. Pada

adsorpsi Gibbs ini, banyaknya adsorbat yang telah teradsorpsi lebih dahulu tidak

diperhitungkan, sehingga terdapat titik maksimum dari jumlah mol gas yang

teradsorpsi per gram adsorben pada tekanan tertentu. Jika tekanan sudah melebihi

dari tekanan dimana terdapat titik maksimum, maka jumlah mol gas yang

teradsorpsi per gram adsorben akan turun seperti pada gambar di bawah ini:

Gambar 2.2 Grafik Adsorpsi Isotermis Gibbs

Gambar 2.3 Kurva Adsorpsi Isotermis Gibbs Berbagai Tipe

(Jeikhsan. 2012).

α α

β β

daerah antar muka

Pada gambar di atas, tekanan merupakan absis dan banyaknya zat yang teradsorp

merupakan ordinatnya. Pada klasifikasi ini, Tipe I menunjukkan Studi kapasitas

adsorpsi isotermis pada adsorben mikropori untuk kondisi subkritis, dekat

dengan titik kritis, dan superkritis. Pada kondisi superkritis, adsorpsi isotermis

tidak monoton. Tipe II dan III menunjukkan adsorpsi isotermis pada adsorben

makropori dengan afinitas kuat dan lemah. Pada temperatur rendah, Tipe II dan

Tipe III mempunyai steps, tetapi dengan temperatur yang lebih tinggi kurva

tersebut menjadi monoton (seperti pada tipe II dan tipe III adsorpsi isotermis

BET). Tetapi, di dekat temperatur kritis, adsorpsi isotermis tipe II dan tipe III ini

berubah secara signifikan menjadi tidak monoton yang menunjukkan adanya titik

maksimum yang tajam dan pada temperatur yang lebih tinggi menunjukkan

adanya titik maksimum yang smooth. Tipe IV dan V menunjukkan adsorpsi

isotermis pada adsorben mesopori dengan afinitas yang kuat dan lemah

(Jeikhsan. 2012).

Termodinamika Permukaan

Untuk mempelajari sifat – sifat terodinamika dari permukaan, terdapat dua

pendekatan yang berlaku. Menurut Gibbs (1878), daerah antar muka dapat

dianggap sebagai permukaan dua dimensi dengan V = 0 tetapi sifat – sifat

termodinamikanya ≠ 0. Sedangkan Guggenheim (1940) menyatakan bahwa

daerah antar muka merupakan daerah tiga dimensi dengan volume dan sifat –

sifat termodinamika ≠ 0. Tinjauan termodinamika permukaan lebih sering

menggunakan pendekatan Gibbs (Jeikhsan. 2012).

Pada pendekatan Gibbs, daerah antar muka diasumsikan sebagai

daerah planar dan dilambangkan dengan superscript σ.

Sistem sesungguhnya Sistem permodelan Gibbs

daerah antar muka Gibbs

Gambar 5. 4. Pendekatan termodinamika Gibbs

(Jeikhsan. 2012).

Daerah antar muka Gibbs mempunyai ketebalan nol sehingga volumenya

adalah nol (Vσ = 0). Total volume untuk sistem Gibbs adalah

V = Vα + Vβ ........................................................... (5.24)

(Jeikhsan. 2012).

Energi dalam fasa α pada sistem Gibbs dinyatakan sebagai

Uα = (U ruah

α

V ruahα )V α

....................................................... (5.25)

(Jeikhsan. 2012).

Indeks ”ruah” menyatakan fasa α yang berada pada sistem sesungguhnya.

Nilai U ruahα

/ V ruahα

disebut sebagai energi per unit volume (energy density) dalam

fasa ruah α. Dengan cara yang sama, maka nilai Uβ dapat ditentukan. Total energi

dalam pada sistem Gibbs dinyatakan sebagai

U = Uα + Uβ + Uσ atau Uσ = U + Uα – Uβ ............ (5.26)

Nilai entropi sistem dihitung dengan cara yang sama, yaitu

Sα = ( Sruah

α

V ruahα )V α

, Sβ = ( Sruah

β

V ruahβ )V β

, Sσ = S + Sα – Sβ .............. (5.27)

Jumlah komponen sistem ditentukan dengan cara

niα=ci

α V α, ni

β=ciβ V β

................................................. (5.28)

ni=niα+ni

β+niσ

atau niσ=n i−ni

α−niβ

............................. (5.29)

Menurut Hk. I Termodinamika, pada sistem terbuka yang melibatkan 2 fasa

dU = TdS – PdV + γdA + ∑

i

μ i dni ............................................ (5.30)

Pada daerah antar muka dimana Vσ = 0

dUσ = TdSσ + γdAσ + ∑

i

μ i dniσ

................................................... (5.31)

Bila sistem diubah dari keadaaan 1 ke keadaan 2 dengan P, T, dan c, tetap

maka

∫1

2

dUσ=T∫1

2

dSσ+γ∫1

2

dA+∑i

μ i∫1

2

dniσ

....................................... (5.32)

Indeks 1 menyatakan kondisi dengan nilai yang mendekati nol dan dapat

dieliminasi sehingga persamaan 5.9 menjadi

Uσ=TSσ+γA+∑i

μ i niσ

............................................................ (5.33)

Diferensial total untuk persamaan (5.33) adalah

dU σ=TdSσ+Sσ dT+γ dA+Ad γ+∑i

μ i dniσ+∑

i

niσ dμ i

.......... (5.34)

Dengan menggabungkan persamaan 5.31 dan 5.34 didapat persamaan

Sσ dT +Ad γ+∑i

niσ dμi=0

............................................... (5.35)

Pada temperatur tetap,

Ad γ=−∑i

niσ dμi

.................................................... (5.36)

Ungkapan di atas disebut persamaan isoterm adsorpsi Gibbs.

Bila nilai konsentrasi permukaan (Γ iσ

) dinyatakan sebagai

Γ iσ=ni

σ /A ............................................................... (5.37)

maka persamaan isoterm adsorpsi Gibbs menjadi

dγ=−∑i

Γ iσ dμi

.................................................................. (5.38)

Aplikasi paling umum dari isoterm adsorpsi Gibbs adalah pada sistem dua

fasa dimana konsentrasi komponen 1 dan i pada fasa β jauh lebih kecil daripada

fasa α, c1β

<< c1α

, c iβ

<< c iα

. Contoh aplikasi ini meliputi :

a) Sistem cair – uap dengan tekanan uap rendah atau sedang, dimana

konsentrasi fasa uap jauh lebih rendah daripada konsentrasi fasa cairnya.

b) Sistem cair – cair dimana pelarut 1 dan zat terlarut i pada fasa α tidak

terlarut pada fasa β.

c) Sistem padat – cair dimana pelarut 1 dan zat terlarut i pada fasa cair

tidak terlarut pada fasa padat (prinsip ini sangat penting dalam elektrokimia).

Untuk sistem – sistem tersebut, berlaku persamaan

Γ i(1)=n1

s

A ( nis

n1s−

ni , bulkα

n1 , bulkα )

........................................................ (5.39)

dimana Γi(1) adalah adsorpsi relatif komponen i terhadap komponen 1

(pelarut), nis dan n1

s adalah jumlah mol senyawa i dan 1 di daerah antar fasa

pada sistem sesungguhnya, ni , bulkα

dan n1 , bulkα

adalah jumlah mol senyawa i dan 1

pada fasa ruah α dalam sistem sesungguhnya.

a) Bila nilai Γi(1) dari zat terlarut i positif, maka komponen i teradsorpsi

positif pada daerah antar muka.

b) Bila nilai Γi(1) dari zat terlarut i negatif, maka komponen i teradsorpsi

negatif pada daerah antar muka.

Adsorpsi adalah peristiwa penyerapan senyawa pada daerah antar muka

dibandingkan dengan jumlah senyawa tersebut di daerah fasa ruahnya.

Untuk sistem dua fasa dua komponen, persamaan isoterm adsorpsi

Gibbs dapat dinyatakan sebagai

dγ=−Γ 2(1 )dμ2 ......................................................... (5.40)

Bila fasa α dinyatakan sebagai fasa padat atau cair, maka

μ2=μ2∘ (T , P )+RT ln a2

α ........................................... (5.41)

Ketergantungan μ2∘

terhadap tekanan sangat kecil untuk fasa terkondensasi.

Pada suhu konstan, dμ2=RTd ln a2α

dan persamaan 5.18 menjadi

Γ2(1)=− 1RT ( ∂γ

∂ ln a2α )T ....................................................... (5.42)

Jika fasa α sangat encer sehingga a2α=c2

α /c∘ ( dimana co = 1 mol/dm3),

maka

Γ2(1)=−1

RT ( ∂γ

∂ ln (c2α /c∘) )T ................................................ (5.43)

(Jeikhsan. 2012).

Persamaan 5.20 menyatakan bahwa nilai Γ2(1) akan positif bila tegangan

permukaan (γ) menurun dengan naiknya konsentrasi zat terlarut. Perilaku zat

terlarut dalam larutan encer dapat digolongkan menjadi tiga jenis, yaitu :

Tipe I

Tipe II

Tipe III

γ

2c

a) Tipe I : kenaikan konsentrasi zat terlarut mengakibatkan kenaikan γ

dengan laju yang rendah

Contoh : larutan garam – garam anorganik dan gula

b) Tipe II : kenaikan konsentrasi zat terlarut mengakibatkan penurunan γ

dengan laju tertentu

Contoh : senyawa – senyawa organik yang memiliki bagian yang larut

dalam air

c) Tipe III : kenaikan konsentrasi zat terlarut menyebabkan penurunan

tajam nilai γ hingga mencapai nilai konstan

Contoh : garam – garam yang terbentuk dari asam organik rantai sedang

(sabun, RCOO-Na+)

Gambar 5. 5. Kurva tegangan permukaan terhadap konsentrasi untuk larutan

encer

(Jeikhsan. 2012).

8. Adsorpsi pada Antarmuka Padatan

Proses adsorpsi dapat berlangsung jika suatu permukaan padatan dan

molekul – molekul gas atau cair, dikontakan dengan molekul – molekul

tersebut, maka didalamnya terdapat gaya kohesif termasuk gaya hidrostatik

dan gaya ikatan hydrogen yang bekerja diantara molekul seluruh material.

Gaya – gaya yang tidak seimbang pada batas fasa tersebut menyebabkan

perubahan – perubahan konsentrasi molekul pada interfase solid / fluida

(Jeikhsan. 2012).

Padatan berpori yang menghisap dan melepaskan suatu fluida disebut

adsorben. Molekul fluida yang dihisap tetapi tidak terakumulasi / melekat

disebut adsorbat. Jika fenomena adsorpsi disebabkan terutama oleh gaya van

der waals dan gaya hidrostatik antara gaya molekul adsorbat, maka atom yang

membentuk yang membentuk permukaan adsorben tanpa adanya ikatan kimia

disebut adsorpsi fisika. Dan jika terjadi interaksi secaraksi kimia antara

adsorbat dan adsorben, maka fenomenanya disebut adsorbsi kimia (Jeikhsan.

2012).

Adsorpsi bahan pada antarmuka padatan bisa terjadi dari fase cair atau

fase gas yang berdekatan. Penelitian adsorpsi gas melibatkan penerapan yang

begitu beraneka-ragam seperti penghilangan bau yang tidak diinginkan dari

ruangan dan makanan, kerja dari topeng gas dan pengukuran dimensi partikel

dalam suatu serbuk. Prinsip adsorpsi padat/cair dipakai dalam larutan

penghilang warna, kromatografi adsorpsi, deterjen, dan pembasah (Jeikhsan.

2012).

Dalam banyak cara, adsorpsi bahan-bahan dari suatu gas atau cairan ke

atas suatu permukaan padat adalah sama dengan yang dibicarakan pada

perrnukaan cair.  Jadi, adsorpsi jenis ini bisa dipandang sebagai suatu usaha

untuk mengurangi energi bebas permukaan dari zat padat tersebut. Tetapi,

tegangan permukaan dari zat padat selalu lebih sukar didapat daripada

tegangan-permukaan zat cair. Di samping itu  antarmuka padatan tidak

bergerak dibandingkan dengan antarmuka cairan yang turbulen. Waktu hidup

rata-rata dari suatu molekul pada antarmuka air/gas adalah kira-kira 1

mikrodetik, sedangkan suatu atom pada permukaan zat-padat metalik tidak

menguap mungkin mempunyai umur rata-rata 1037 detik. Seringkali, permukaan

dari suatu zat padat tidak homogen, yang berbeda sekali dengan antarmuka cair

(Jeikhsan. 2012).

9. Antarmuka Padat-Gas, Antarmuka Padat-Cair

- Antarmuka Padat/GasDerajat adsorpsi dari suatu gas oleh suatu zat padat bergantung pada sifat

kimia dari adsorben (bahan yang dipakai untuk mengadsorbsi gas) dan adsorbat

(zat yang diadsorbsi), luas permukaan adsorben, temperatur dan tekanan parsial

dari gas yatng diadsorbsi. Jenis-jenis adsorpsi umumnya dikenal sebagai adsorpsi

fisika atau adsorpsi van der Waals dan adsorpsi kimia atau kemisorpsi. Adsorpsi

fisika yang berhubungan dengan gaya van der Waals, adalah reversible dan

penghilangan adsorbat dari adsorben dikenal sebagai desorpst Suatu gas yang

diadsorpsi secara fisika bisa didesorpsi dari zat padat dengan menaikkan

temperatur dan mengurangi tekanan. Kemisorpsi adalah adsorpsi di mana

adsorbat menempel pada adsorben dengan ikatan kimia yang bersifat ireversible.

Adsorpsi ini, tidak begitu penting bagi kita, di sini dan tidak akan dibicarakan

lebih lanjut (Jeikhsan. 2012).

Hubungan antara banyaknya gas yang diadsorpsi secara fisika pada suatu

zat padat dan tekanan atau konsentrasi kesetimbangan pada temperatur konstan

menghasilkan suatu isoterm adsorpsi bila diplot. Istilah isoterrn menyatakan plot

pada temperatur konstan. Banyaknya molekul gram, atau militer x dari gas yang

diadsorbsi pada m gram adsorben, pada STP (temperatur dan tekanan standar)

diplot pada sumbu tegak terhadap tekanan keseimbangan gas dalam mm Hg pada

sumbu horizontal.

- Antarmuka padat cair

Persamaan Langmuir

c = 1 + c

y b ym ym

Contoh :

adsorpsi strichnin, atropin, quinin dari larutan-larutan air dengan

berbagai tanah liat makin kecil slope, adsorpsi makin baik.

Senyawa amonium kuartener (antibakteri), inaktif bila diadsorpsi zat

lain.

Setilpiridinium klorida dan benzalkonium klorida, diadsorpsi oleh

kaolin dan talk

Adsorpsi arang (karbon)/alumina terhadap : zat warna, alkaloid, asam

lemak, asam/basa anorganik

Kromatografi adsorpsi

Kromatografi pertukaran ion

Efek wetting agent

Prinsip : surfaktan akan menurunkan sudut kontak antara zat padat dengan

zat cair

Contoh :

Dispersi obat-obat dalam air : sulfur, arang, vioform

Pemindahan udara dari kapas/perban

Detergen

Lotio/spray obat pada permukaan kulit dan selaput lendir

(Jeikhsan. 2012).

10. Adsorpsi Isotherm dan Penggolongannya

Isoterm adsorpsi adalah hubungan yang menunjukkan distribusi adsorben

antara fasa teradsorpsi pada permukaan adsorben dengan fasa ruah saat

kesetimbangan pada temperatur tertentu. Ada tiga jenis hubungan matematik

yang umumnya digunakan untuk menjelaskan isoterm adsorpsi. Isoterm

Freundlich, Langmuir, dan Isoterm BET (Jeikhsan. 2012).

11. Persamaan Freundlich, Persamaan Langmuir, Persamaan BET

Persamaan Freundlich

Isoterm Freundlich dapat diambil dengan mengubah anggapan Langmuir

untuk memperbolehkan beberapa macam tempat adsorpsi pada padatan. Setiap

tempat adsorpsi mempunyai panas adsorpsi yang berbeda. Hubungan antara

jumlah zat yang diadsorpsi dan konsentrasi dapat dinyatakan sebagai berikut:

X/M = jumlah adsorbat yang diadsorpsi per m2 sorben (mol/m2)

Ce = konsentrasi sorbat dalam larutan setelah diadsorpsi

K dan n = konstanta yang tergantung pada suhu

(Muslimah, 2008).

Untuk rentang konsentrasi yang kecil dan campuran yang

cair, isoterm adsorpsi dapat digambarkan dengan persamaan

empirik yang dikemukakan oleh Freundlich. Isoterm ini

berdasarkan asumsi bahwa adsorben mempunyai permukaan

XM

=log KC1n

yang heterogen dan tiap molekul mempunyai potensi

penyerapan yang berbeda-beda. Persamaan ini merupakan

persamaan yang paling banyak digunakan saat ini.

Persamaannya adalah :

                            x/m = k C 1/n

dimana:

x = banyaknya zat terlarut yng teradsorpsi (mg)

m = massa adsorben (mg)

C = konsentrasi adsorben yang sama

k,n = konstanta adsorben

(Muslimah, 2008).

Dari persamaan tersebut, jika konsentrasi larutan dalam

kesetimbangan diplot sebagai ordinat dan konsentrasi adsorbat

dalam adsorben sebagai absis pada koordinat logaritmik, akan

diperoleh gradien n dan intersept. Dari isoterm ini, akan

diketahui kapasitas adsorben dalam menyerap air. Isoterm ini

akan digunakan dalam penelitian yang akan dilakukan, karena

dengan isoterm ini dapat ditentukan efisisensi dari suatu

adsorben

Dinyatakan dalam log

X/M

Log K

tg = 1/n

C

- - - - - - - - - - - -

LogXM

=LogKC

e

1n

θ=(Ka /Kd )C

1+(Ka /K d )C= bC

1+bC

(Muslimah, 2008).

Persamaan Langmuir

Irving Langmuir (1918) menggunakan model sederhana untuk

mendeskripsikan jerapan molekul pada permukaan padatan, dan menurunkan

persamaan untuk isoterm. Langmuir Menganggap bahwa padatan mempunyai

permukaan yang sama, molekul yang di adsorpsi ditempatkan pada tempat yang

spesifik, energi permukaan tidak tergantung pada ditempati atau tidaknya

permukaan, dan molekul yang diadsorpsi hanya membentuk satu lapis

(monolayer) (Ira. N. Levine, 2003:399-340).

Dengan asumsi ini, maka sorbat maksimal yang dapat dijerap oleh sorben

dapat dihitung dengan menggunakan persamaan Langmuir berikut (Jaslin et. al.

1999, Rengaraj et. al. 2003, Reddy 2006, Sivaprakash et. al. 2009).

• Untuk reaksi :

A + S (permukaan) AS

• Laju adsorpsi = KaC (1- q)

• Laju desorpsi = Kd q

• Pada keadan setimbang, maka laju adsorpsi dan desorpsi molekul-molekul pada permukaan adalah sama.

KaC (1- q) = Kd· q

Dengan

• Maka:

• Dimana fraksi penutupan permukaan adsorbat oleh molekul pada konsentrasi secara isoterm :

Transformasi ke persamaan linier menjadi :

Keterangan :

C = konsentrasi zat terlarut pada keadaan stimbang

q = fraksi penutupan permukaan oleh adsorbat

1- q = fraksi permukaan yang kosong

Ka = konstanta laju adsorpsi

Ka

Kd

= bθ =KaC

Kd+KaC

θ=(Ka /Kd )C

1+(Ka /K d )C= bC

1+bC

X=Xm bC

1+bC

θ= XXm

CX= 1

bXm

+ CX m

CX= 1

bXm

+ CX m

1/bXm

Slope = 1/Xm

C/X

Kd = konstanta laju desorpsi

b = konstanta langmuir

X = jumlah molekul adsorbat yang diserap per-m2

penyerap (mol.m-2)

Xm = jumlah molekul adsorbat yang dapat diserap per-

m2 zat penyerap yang membentuk sebuah lapisan

tunggal (mol.m-2 ).

Grafik persamaan langmuir

Persamaan BET

BET merupakan singkatan dari nama-nama ilmuwan yang menemukan

teori luas permukaan pada suatu material. Brunauer, Emmet dan Teller pada

tahun 1938 memperluas teori kinetik Langmuir untuk adsorpsi multilayer. BET

digunakan untuk karakterisasi permukaan suatu material yang meliputi surface

area (SA, m2 /g), diameter pori (D) dan volume pori (Vpr, cc/g). Teori BET

menjelaskan bahwa adsorbsi terjadi di atas lapisan adsorbat monolayer. Metode

ini menganggap bahwa molekul padatan yang paling atas berada pada

kesetimbangan dinamis. Ini berarti jika permukaan hanya dilapisi oleh satu

molekul saja, maka molekul-molekul gas ini berada dalam kesetimbangan dalam

fase uap padatan. Jika terdapat dua atau lebih lapisan, maka lapisan teratas

berada pada kesetimbangan dalam fase uap padatan. Bentuk isoterm tergantung

pada macam gas adsorbat, sifat adsorben dan sturktur pori. Gejala yang diamati

pada adsorpsi isoterm berupa adsorpsi lapisan molekul tunggal, adsorpsi lapisan

molekul ganda dan kondensasi dalam kapiler. Keseluruhan proses adsorpsi dapat

digambarkan sebagai:

a.  Penempelan molekul pada permukaan adsorben (padatan) membentuk

lapisan monolayer

b.  Penempelan molekul pada lapisan monolayer membentuk lapisan

multilayer

Gambar 1. Contoh  isoterm adsorpsi BET

lapisan adsorbat multilayer 

Gambar 1.2 Pendekatan isoterm adsorpsi BET(Muslimah, 2008).

Metode BET untuk menghitung luas permukaan adalah sebagai berikut :

1W ((Po/P )−1

=1

W mC+

C−1W mC [ P

Po ] ..................................(1)

W = Berat gas total yang terserap pada tekanan relatif P/Po (g gas/g

adsorben)

Wm = Berat gas nitrogen yang membentuk lapisan monolayer pada

permukaan zat padat (g gas/g adsorben)

P = Tekanan adsorbat dalam keadaan setimbang

Po = Tekanan uap jenuh adsorbat pada keadaan setimbang

P/Po = Tekanan relatif

C = Tetapan BET

Untuk mencari C pada persamaan BET yang tetap yaitu :

C= si+1

Persamaan BET (1) berupa garis lurus apabila dibuat grafik 1/W{(P/Po)-1}

versus P/P dan berat gas nitrogen yang membentuk lapisan satu lapis

(monolayer), Wm dapat ditentukan dari nilai slope (s) dan intersep (i) ini :

Slope : s= C−1

W mC ...................................................... (2)

adsorban

Intersep : i

= 1W mC

...................................................... (3)

Jadi berat nitrogen yang membentuk monolayer didapatkan dari

menggabungkan persamaan (2) dan (3) sehingga didapatkan persamaan :

W m=1

(s+i)...................................................... (4)

Aplikasi metode BET ini dapat digunakan untuk menghitung luas

permukaan. Untuk itu perlu diketahui luas rata-rata molekul gas teradsorp. Luas

permukaan, S, dari cuplikan diperoleh dari persamaan :

Ss=Wm N

Mx 10−20 m2

.............................................(5)

dengan :

N = Bilangan Avogadro (6,02 x 1023 partikel/mol)

M = Berat molekul dari gas teradsorp (g/mol)

Wm = Berat gas teradsorpsi monolayer

s = Luas rata-rata molekul teradsorp

(Muslimah, 2008).

Total volume pori dihitung pengukuran adsorpsi pada P/Po cukup tinggi

sehingga diasumsikan semua pori terisi dengan adsorbat sebagai fasa

terkondensasi.

Vp = Wa / l

(Muslimah, 2008).

Lowell, S & Shields, J.E (1984) juga menjelaskan mengenai penentuan

rata-rata ukuran pori dapat diperkirakan dari volume pori dengan mengasumsikan

geometri pori adalah silindris sehingga jari-jari pori rata-rata dapat dihitung dari

rasio total volume pori dan luas permukaan BET, sesuai dengan persamaan

berikut :

rp = 2 Vp / Ss

dengan :

rp = Jari-jari pori rata-rata

Vp = Volume pori total

Ss = Luas permukaan spesifik

(Muslimah, 2008).

KESIMPULAN

1. Antar muka cairan meliputi karateristik cairan dan sifat cairan

2. Tegangan permukaan yaitu gaya per satuan panjang yang diperlukan untuk

memperluas suatu permukaan Jika 2 cairan bercampur sempurna maka

tegangan antarmukanya = O

3. Koefisien sebar dibedakan menjadi 3 yaitu, sistem cair-cair,sistem padat –

cair, dan sistem padat gas.

4. Absorpsi semata-mata hanyalah suatu efek permukaan , sedangkan dalam

absorpsi, zat cair dan gas yang diabsorpsi menembus kedalam ruang-ruang

kapiler dari zat pengabsorpsi.

5. Surfaktan pada umumnya disintesis dari turunan  minyak bumi  dan

limbahnya dapat mencemarkan lingkungan, karena sifatnya yang

sukar terdegradasi ,dan minyak bumi merupakan sumber bahan baku sulit

diperbarui.

6. Misel merupakan penggabungan (agregasi dari ion – ion surfaktan), dimana

rantai hidrokarbon yang lipofil akan menuju ke bagian dalam misel,

meninggalkan gugus hidrofil yang berkontak dengan medium air. Kenaikan

temperature, menaikkan CMC dan pada temperature tinggi tidak terjadi lagi

micelles. Adanya elektrolit, merendahkan CMC.

7. Pada adsorpsi gibs jika tekanan sudah melebihi dari tekanan dimana terdapat

titik maksimum, maka jumlah mol gas yang teradsorpsi per gram adsorben

akan turun.

8. Adsorpsi pada antarmuka padatan adsorpsi dipandang sebagai suatu usaha

untuk mengurangi energi bebas permukaan dari zat padat.

9. Derajat adsorpsi dari suatu gas oleh suatu zat padat bergantung pada sifat

kimia dari adsorben (bahan yang dipakai untuk mengadsorbsi gas) dan

adsorbat (zat yang diadsorbsi), luas permukaan adsorben, temperatur dan

tekanan parsial dari gas yatng diadsorbsi.

10. Isoterm adsorpsi adalah hubungan yang menunjukkan distribusi adsorben

antara fasa teradsorpsi pada permukaan adsorben dengan fasa ruah saat

kesetimbangan pada temperatur tertentu.

11. Gejala yang diamati pada adsorpsi isoterm berupa adsorpsi lapisan molekul

tunggal, adsorpsi lapisan molekul ganda dan kondensasi dalam kapiler.

DAFTAR PUSTAKA

Atkins, P. W. 1999. Kimia fisika edisi ke-2. Jakarta: erlangga.Fitri. 2010. Fenomena Antar Muka.

http://fitrirosdiana.blogspot.com/2010/12/enomena-antar-muka.html#moreDiakses tanggal 3 September 2013.

Hayyan, Ibnu. 2008. Surfaktan.http://ibnuhayyan.wordpress.com/2008/09/10/surfaktan/Diakses tanggal 5 September 2013.

Jeikhsan. 2012. Adorption Isotherm Model.http://jeikhsan.files.wordpress.com/2012/11/j_adsorption_isotherm_model.pptdiakses pada tanggal 5 September 2013.

Muslimah, Eva. 2008. Surfaktan. http://www.slideshare.net/EvaMuslimahFarmasi/surfaktanDiakses tanggal 6 September 2013.

Romadona, Dony. 2012. Surfaktan dan Produk.http://donyromadona.blogspot.com/2012/11/surfaktan-dan-produk.htmlDiakses tanggal 6 September 2013.

Syamsuni, A. 2007. Ilmu Resep. Jakarta : EGC.

Yamada, Izumi. 2010. Perbedaan antara Surfaktan Anionik dan Kationik dan Penerapannya pada Deterjen.http://chem-is-try.com/tanya_pakar/2010/perbedaan-antara-surfaktan-anionik-dan-kationik-dan-penerapannya-pada-deterjen.htmlDiakses tanggal 7 September 2013.

Zean. 2012. Konsentrasi Kritis Misel.http://zean-chemistry.blogspot.com/2012/08/konsentrasi-kritis misel.htmlDiakses tanggal 6 September 2013.