KELARUTAN & GEJALA DISTRIBUSIAgus Siswanto, MSi, AptFarmasi UMP
LARUTAN???
PRINSIP UMUMLARUTANSuatu campuran dari dua atau lebih komponen membentuk dispersi molekuler yg homogenLARUTAN JENUHSuatu larutan dimana zat terlarut berada dalam kesetimbangan dengan fase padatMisal : parasetamol (1:70), teofilin (1:120)
KELARUTAN??
KELARUTANInteraksi spontan dua atau lebih zat membentuk dispersi molekuler homogen (KUALITATIF)Konsentrasi zat terlarut dalam larutan jenuh pada suhu tertentu (KUANTITATIF)Kadar jenuh solute dlm sejml solvent yg menunjukan interaksi spontan satu/lebih solute dg solvent telah terjadi dan membentuk dispersi molekuler Jumlah ml pelarut dimana akan larut 1 gram zat terlarut (USP)Contoh: 1g asam borat larut dlm 18 ml air, 4 ml gliserin
ISTILAH PERKIRAAN KELARUTAN*Bagian pelarut (g) yg dibutuhkan 1g bagian zat terlarut
FAKTOR KELARUTANSifat fisika kimia solut & solventSuhu Tekanan pH
INTERAKSI PELARUT ZAT TERLARUT
PELARUT POLARPolaritas pelarut (momen dipol)Air + alkohol larut dlm segala perbandinganIkatan hidrogen* Dalam pelarut air
Hydrogen bonds Special case of ion-dipole or dipole-dipole interactions H-bond donor: X-H (or cation) H-bond acceptor: X (or an anion) where X = O, N, S
PELARUT POLARSifat asam-basa lewis (donor-akseptor elektron)Struktur molekulMisal:perbandingan gugus polar terhadap gugus non polaralkohol alifatik (R panjang) St-butil alkohol campur airn-butil alkohol 8 g/100 ml
MEKANISME PELARUTANPelarut polar gaya tarik-menarik ion kristal (NaCl)*misal NaCl
MEKANISME PELARUTANMemutuskan ikatan kovalen (rx asam-basa)HCl + H2O H3O+ + Cl-RCOOH + H2O dapat diabaikanRCOOH + NaOH RCOO- + Na+Solvasi molekul & ionGaya interaksi dipolIkatan hidrogen
Ion Dipole Interactionsq1 is the atomic charges on atom or molecule 1, is the dipole moment on the adjacent molecule, o is the dielectric constant and r1,2 is the distance between 1 and 2
Dipole-Dipole Interactions1 is the dipole moment on molecule 1, is the dipole moment on the adjacent molecule, o is the dielectric constant and r1,2 is the distance between 1 and 2
Charge transfer interactions Dipole-induced dipole interaction where 1 is the dipole moment on molecule 1, is the polarizability of the adjacent molecule, and r1,2 is the distance between 1 and 2
PELARUT NON POLARInteraksi dipol induksiGaya van der Waals-LondonMisal : minyak/lemak larut dalam benzen
Van der Waals/London-Dispersion forces(instantaneous dipole-induced dipole interactions) where I1 is the ionization potential on molecule 1, is the polarizabiliy of the adjacent molecule, and r1,2 is the distance between 1 and 2
Hydrophobic interactions
PELARUT SEMIPOLARSebagai perantara bercampurnya cairan polar dan non polar melalui INDUKSI DERAJAT POLARITAS molekul pelarut non polarMisal: Aseton S dlm eter
KELARUTAN GAS DLM CAIRAN
Faktor yg mempengaruhi:TekananSuhuSalting outReaksi kimia
TEKANANHukum HenryLarutan yg sangat encer pd T konstan, konsentrasi gas terlarut sebanding dg tekanan parsial gas diatas larutan pd kesetimbanganC2 = .pC2 = konsentrasi gas terlarut (gram/l)p = tekanan gas parsial (mmHg) = koefisien kelarutan (M)Kelarutan gas sebanding tekanan gas dlm larutanSediaan effervescent??
SUHUSUHU KELARUTAN GAS/CAIR ADANYA KECENDERUNGAN GAS BEREKSPANSI
SALTING OUTPengusiran garamLarutan (gas terlarut) + NaCl gas
Adanya gaya tarik-menarik ion garam dg air
Kerapatan air
Gas terlepas
PARAMETER KELARUTAN GASKoefisien kelarutan ()Jml gas terlarut (g/l) pada tekanan tertentu =C2 / pKoefisien Bunsen ()Volume gas (l) yg larut dlm 1 liter pelarut (0C, 760 mmHg) p= Vgas(STP) / Vlarutan
SOALJika 0,0160 g O2 dilarutkan dalam 1 liter air pada suhu 25C dan pada tekanan O2 300 mmHg. Hitunglah Koefisien kelarutan () dan Koefisien Bunsen ()!
JAWAB=[c2 (g/l)] / [p (mmHg)] = 0,0160/300 = 5,33.10-5Volume O2 pd STP?? VO2 = nRT/p = (0,0160/32)(0,08205)(273,16)1atm= 0,0112 = Vgas/(Vlarutanxp)= 0,0112/(1x 300/760)= 0,0284
SOALBerapa gram O2 yang dapat dilarutkan dalam 250 ml air? Jika diketahui tekanan total diatas campuran 760 mmHg, tekanan parsial oksigen dalam larutan 0,263 atm, dan suhu 25C.
JAWAB = 5,33.10-5 = C2 (g/l)/ (0,263x760)mmHgC2 = 0,0107 g/literC2 = 0,0027 g/ 250 ml
KELARUTAN CAIRAN DALAM CAIRAN
LARUTAN IDEALKetidakhadiran sempurna gaya atraksi molekuler (gas)Keseragaman sempurna gaya atraksi molekuler (larutan)Gaya A A = B B = A B Larutan ideal & Hukum Raoult
HUKUM RAOULTTekanan uap parsial dari setiap konstituen yg dpt menguap (px) adalah sama dengan tekanan uap konstituen murni dikalikan dengan fraksi molnya dlm larutanMisal: pA = pA. XA pB = pB. XBpA&pB = tek uap parsial konstituen diatas larutan dg fraksi mol konsentrasi XA&XBp = tekanan uap murni konstituenBerlaku jk zat berada dlm konsentrasi tinggi
CONTOH SOALBerapakah tekanan uap parsial benzen (A) dan etilen klorida (B) dalam larutan yg mengandung fraksi mol benzen 0,6?Diketahui tekanan uap benzen murni pd 50 C adalah 268 mm, dan 236 untuk etilen klorida.
JAWABpA = 268 X 0,6 = 160,8 mmpB = 236 X 0,4 = 94,4 mmTekanan uap total (P) :P = pA + pB = 160,8 + 94,4 = 255,2 mm
LARUTAN NYATAKetidakseragaman gaya atraksi molekulerGaya atraksi molekulerAdhesi = gaya interaksi molekul tdk sejenisKohesi = gaya interaksi molekul sejenisJenis larutan nyata (Hk Raoult):Penyimpangan Negatif (adhesi > kohesi)Penyimpangan Positif (adhesi < kohesi)
PENYIMPANGAN NEGATIFAtraksi adhesi > kohesiTekanan uap larutan < tekanan uap larutan ideal (Hk Raoult) kelarutan zat Contoh: Kloroform & AsetonTerjadi interaksi adhesi (hidrogen bonding) > kohesinya escaping tendencyCl3C H --- O=C(CH3)2
PENYIMPANGAN POSITIFAtraksi adhesi < kohesiTekanan uap larutan > tekanan uap larutan ideal (Hk Raoult) kelarutan zat Faktor (kohesi): asosiasi molekul membentuk molekul ganda (dimer)/polimerContoh: Benzen&Etil alkohol, kloroform&etil alkohol
KATAGORI SISTEM CAIRAN - CAIRAN1. Tercampur sempurna2. Tercampur sebagian
Bercampur = kelarutan timbal-balik dari komponen dlm sistem cairan-cairan
1.TERCAMPUR SEMPURNADapat bercampur dg segala perbandinganMisal: Pelarut polar&semipolar air-alkohol; gliserin-alkohol; alkohol-asetonPelarut non polar benzen-karbon tetrakloridaBukan problem pd aspek farmasi
2. TERCAMPUR SEBAGIANTerbentuk 2 lapisan cairan (FASE)Tiap lapisan mengandung cairan lain dalam keadaan terlarutContoh: Sistem Fenol AirDiagram komposisi-temperatur
Diagram komposisi-temperaturKelarutan timbal-balik dipengaruhi suhuTie line (kurva binodal) komposisi komponen dalam kedua fase konjugatSuhu 50CFase A (Fase Air) mengandung 11 % fenolFase B (Fase Fenol) mengandung 63 % fenolPerhitungan komponen dlm fase konjugat (d)
CONTOH SOALCampuran fenol 24 g dan 76 g air membentuk sistem fenol-air pada suhu 50C.Hitunglah :Jumlah fase air (A) dan fase fenol (B) yg terbentuk dlm sistem tsbJumlah fenol dalam tiap fase tsb
JAWABBerdasarkan diagram (suhu 50C) diketahui bahwa campuran mengandung 24% fenol (titik d)Fase air (A) mengandung 11% fenolFase fenol (B) mengandung 63% fenolJumlah tiap fase di titik d:
JAWABJumlah fenol??Dalam fase air (A) = 11% x 75g = 8,25 gDalam fase fenol (B) = 63% x 25g= 15,75gTotal fenol = 8,25 g + 15,75 g = 24,00 g
PENGARUH ZAT ASINGSifat kelarutan tgt sifat zat XJika zat X larut A atau B kel cairan Fenol-air + Naftalen Tkonsulat (~30C)Fenol-air + KCl Tkonsulat (~8C)Jika zat X larut A dan B kel cairan Fenol-air + Na-oleat Tkonsulat min & Tkonsulat max Sistem Biner (AB)Sistem Terner (AB-X)+Zat X
HUBUNGAN MOLEKULERIndeks topografi struktur molekul & gugus fungsional1X = menjumlahkan ikatan (yg merupakan kebalikan akar kuadrat jml tiap ikatan)Propana: H3C CH2 CH31X = (1x2)-1/2 + (1x2)-1/2 = 1,414 Isobutana 1X = (1x3)-1/2 + (1x3)-1/2 + (1x3)-1/2 = 1,732
HUBUNGAN MOLEKULERPersamaan (analisis regresi) alkana pd 25C:Ln S = -1,505 2,533 1XKelarutan isobutanaLn S = -1,505 (2,533x1,732) = 5,8922S = 2,76.10-3 molal
LUAS PERMUKAAN MOLEKULERAmidon dkk (kelarutan non elektrolithidrokarbon,eter,alkohol,ester,keton -- dlm pelarut polar)Kelarutan luas permukaan total (TSA) zat terlarutLog (kelarutan) = 0,0168 (TSA) + 4,44Hidrokarbon & alkohol dlm air (25C)Ln (kelarutan) = -0,0430 (HYSA) 0,586 (FGSA) + 8,003 (I) + 4,420FGSA = luas permukaan gugus hidroksilHYSA = luas permukaan hidrokarbonI = variabel indikator, alkohol=1 & hidrokarbon tanpa OH =0
Senyawa HYSAFGSAS (molal)n-Butanol212,959,21,006Sikloheksanol240,949,63,8x10-1Sikloheksana279,1=6,61x10-4n-Oktana383-5,80x10-6
KELARUTAN ZAT PADAT DALAM CAIRAN
LARUTAN IDEAL-Log X2i=
X2i= fraksi mol zat terlarutHf= panas peleburan molar (kal/mol)To= titik leleh zat terlarut (K)T= temperatur larutan (K)R= tetapan gas = 1,987 kal/der molFaktor yg berpengaruhSuhuTitik leleh zat padatPanas peleburan molar
LARUTAN IDEALContoh: Hitung kelarutan naftalen dalam larutan ideal (20C), jika titik leleh naftalen 80C, dan panas peleburan molar 4500 kal/mol!!Jawab-Log X2i=X2i= 0,27
LARUTAN NYATAKonstantaKoefisien keaktifan zat terlarutTgt sifat zat terlarut&pelarut, serta suhu larutanA2=keaktifan solut dlm larutanX2= konsentrasi solutLarutan ideal:
Gaya atraksi molekuler yg harus diatasiKerja yg harus dilakukanuntuk memindahkan suatu molekul fase terlarut & menyimpannya dlm pelarut3 TAHAP PELARUTAN
TAHAP 1Pemindahan 1 molekul fase terlarutKerja untuk pemecahan ikatan antara 2 molekul berdekatan = 2w22Kerja netto = w22
TAHAP 2Pembentukan lubang dalam pelarut untuk menerima zat terlarutKerja = w11
TAHAP 3Penempatan zat terlarut dlm lubang pelarutKerja atau penurunan energi potensial= -w12Keja total = -2w12
KERJA TOTALTAHAP 1= w22TAHAP 2 = w11TAHAP 3 = -2w12KERJA TOTAL = w22 + w11 - 2w12Scatchard-Hildebrand-Wood ~ vol zat terlarut dan vol total pelarut, shg:
V2= vol molar zat terlarut = vol fraksi pelarut =
Kelarutan solut (non polar, sdkt polar) = parameter kelarutan