FENOMENA ANTARMUKA

FARMASI FISIKPSF FKUB

SEMESTER GANJIL 2013-2013

1) Tegangan antarmuka dan tegangan permukaan2) Pengukuran tegangan permukaan3) Konsentrasi misel kritik berdasarkan tegangan permukaan4) Antarmuka cairan5) Antarmuka padatan6) Tegangan antarmuka dalam farmasi

Materi

1) Dapat menjelaskan terjadinya tegangan antarmuka dan permukaan pada cairan dan padatan

2) Dapat menjelaskan prinsip pengukuran tegangan permukaan3) Dapat menjelaskan aplikasi fenomena antarmuka dalam

farmasi4) Dapat menjelaskan pentingnya sifat elektrik permukaan

Tujuan

Fenomena Antarmuka

Tegangan antarmuka

Tegangan permukaan

antarmuka

permukaan

Bilamana beberapa fase berada bersama-sama, maka batas di antara fase-fase ini dinamakan antarmuka (interface).

Batas terluar suatu fase yang berbatasan langsung hanya dengan udara.

Fase Tipe dan Contoh antarmuka

Gas – gas Tidak ada kemungkinan antarmuka

Gas – Cairan Permukaan cairan; air yang berada di atmosfer

Gas – Padatan Permukaan padat; bagian atas meja

Cairan – cairan Antarmuka cairan-cairan; emulsi

Cairan – padatan Antarmuka cairan-padatan; suspensi

Padatan – padatan Antarmuka padatan-padatan; partikel-partikel serbuk yang saling menempel

Penggolongan Antarmuka

Terjadinya tegangan permukaan

Molekul di permukaan zat cair cenderung tertarik kearah dalam, sehingga permukannya menjadi menyusut.

Meskipun sebenarnya pada permukaan cairan itu ada molekul-molekul udara, tapi adhesi antara molekul cairan dipermukaan dengan molekul udara kekuatannya lebih kecil dibandingkan kohesi molekul dalam cairan.

Gaya tarik molekul yang arahnya sejajar dengan permukaan.

Gaya tarik molekul ke arah dalam terhadap molekul di permukaan.

Mengimbangi

Tegangan Permukaan adalah gaya per satuan panjang yang harus diberikan sejajar permukaan untuk mengimbangi gaya tarikan ke dalam pada cairan.

Tegangan Antarmuka adalah gaya per satuan panjang yang terdapat pada antarmuka dua jenis fase cair yang tidak bercampur.

Jadi, jika dua jenis cairan bercampur sempurna, maka berarti tidak ada tegangan antarmuka yang terjadi.

Dalam hal dua jenis cairan bercampur sempurna, berarti gaya adhesi lebih dominan dibandingkan gaya kohesi.

Gaya tegangan permukaan (simbolnya ) dapat diukur dan memiliki satuan: dyne/cm

= F / 2L

= tegangan permukaan

F = gaya yg dibutuhkan untuk memecah film pada bidang ABCD

L = panjang batang yang bergerak

Metode Kenaikan Kapiler

Metode Du Nouy Ring

Pengukuran Tegangan Antarmuka dan Permukaan

Prinsipnya: Tegangan permukaan cairan ditentukan dengan cara mengukur tinggi permukaan cairan pada pipa kapiler.

Tinggi permukaan cairan dijadikan acuan untuk menentukan tegangan permukaan karena naiknya cairan tersebut dihasilkan dari gaya tegangan permukaan cairan yang bekerja pada sisi-sisi kapiler

= ½ r h ρ g

Metode Kenaikan Kapiler

Naiknya cairan pada pipa kapiler disebabkan oleh kekuatan adhesi antara molekul-molekul cairan dan dinding kapiler lebih besar daripada kohesi antara molekul-molekul cairan.

Sehingga, cairan membasahi dinding kapiler, menyebar dan meninggi dalam pipa kapiler.

Dalam konteks ini, adhesi antara molekul cairan dan dinding kapiler merupakan gaya yang berperan dalam mengimbangi kohesi ke dalam molekul cairan.

Metode Du Nouy Ring

Prinsipnya: Gaya yang dibutuhkan untuk memisahkan (mengangkat) cincin platina yang dicelupkan pada permukaan atau antarmuka cairan adalah berbanding lurus dengan tegangan permukaan atau tegangan antarmuka.

Permukaan

antarmuka

Metode Du Nouy Ring digunakan untuk mengukur tegangan permukaan maupun tegangan antarmuka zat cair.

Tegangan permukaan hasil pengukurannya, diperhitungkan sebagai berikut: = P Fr

g = tegangan nyata permukaan cairan (dyne/cm)P = tegangan permukaan yang diukur pada percobaan Fr = faktor koreksi

g pada metode ini disebut sebagai tegangan nyata permukaan cairan (dyne/cm), karena nilai tegangan permukaan yang terbaca langsung (P) pada alat masih memerlukan koreksi terhadap pengaruh variabel jari-jari cincin, jari-jari kawat pembentuk cincin, dan volume zat cair yang terangkat dari permukaan pada saat cincin ditarik keatas.

r = jari-jari kawat

R = jari-jari cincin

C = keliling cincin

D = rapat masa fase di bawah antarmuka

d = rapat masa fase di atas antarmuka

P = tegangan permukaan yang diukur pada percobaan

Konsentrasi Misel Kritik (KMK)

Surfaktan memiliki “kepala” hidrofil (polar) dan “ekor” lipofil (nonpolar). Ketika ditambahkan ke dalam air, molekul surfaktan akan segera menempatkan diri dipermukaan air.

Ketika surfaktan terus menerus ditambahkan ke dalam air, akan terjadi dimana permukaan air dipenuhi oleh molekul-molekul surfaktan sehingga tidak ada lagi ruang tersisa.

Maka, molekul yang tidak memperoleh tempat dipermukaan air akan membentuk gumpalan di dalam air. Gumpalan ini

disebut sebagai MISEL (MICELLES)

PENUH

Jadi, Konsentrasi Misel Kritik adalah konsentrasi surfaktan dimana pembentukan misel mulai terjadi.

Bagaimana mengetahui KMK surfaktan? Mengukur tegangan permukaan cairan yang diberi surfaktan pada berbagai konsentrasi.

Prinsipnya: Surfaktan yang ditambahkan ke dalam air akan menempati permukaan air dan menurunkan tegangan permukaannya. Semakin banyak surfaktan yang ditambahkan, molekul yang menempati permukaan air akan semakin banyak dan tegangan permukaannya juga semain turun. Ketika ditambahkan surfaktan tapi tidak terjadi perubahan tegangan permukaan (konstan) berarti pada permukaan air telah dipenuhi oleh molekul surfaktan.

Penentuan KMK berdasarkan Tegangan Permukaan

Low Concentration Surfactant

High Concentration

Surfactant

Dalam formulasi fenomena antarmuka mempengaruhi adsorpsi antar bahan dan pembasahan serbuk dalam proses pencampuran.

Mempengaruhi pembentukan dan kestabilan pada emulsi.

Mempengaruhi dispersi partikel pada media cair untuk membentuk suspensi.

Fenomena Antarmuka dalam farmasi

Antarmuka cairan

Antarmuka padatan Suspensi dan stabilitasnya penggunaan zat pembasah,yaitu bahan yang dapat menurunkan sudut kontak antara dua jenis bahan.

Emulsifikasi dan stabilitasnya penggunaan emulgator.

Sudut kontak merupakan ukuran kuantitatif yang menunjukkan kemampuan cairan untuk membasahi permukaan

fase padat.

Yaitu, sudut yang dibentuk oleh cairan ketika berada dipermukaan bahan padat dan berbatasan dengan udara.

Jika sudut kontak cairan < 90o artinya cairan dapat membasahi bahan padat, jika > 90o artinya cairan tidak dapat membasahi.

Sebagian besar material yang kontak dengan medium berair akan terjadi muatan listrik di permukaannya.

Mekanisme yang umum terjadi untuk menimbulkan muatan listrik pada antarmuka dengan medium berair:1. Adsorpsi ion yang ada dalam medium2. Ionisasi gugus molekul

Keadaan ini menimbulkan fenomena listrik pada permukaan partikel yang terdispersi dalam medium berair yang disebut sebagai Electrical Double Layer (EDL).

Electrical Double Layer

Permukaan Partikel

Lapisan Kedua Lapisan Pertama

Misalnya, suatu partikel berada dalam media berair yang mengandung elektrolit.

Permukaan partikel (e.g bermuatan negatif) akan mengadsorpsi ion positif dalam medium permukaan partikel bermuatan positif.

Ion lain yang tidak teradsorpsi pada permukaan partikel akan bergerak bebas dalam medium air. Dan membentuk diffuse di sekitar muatan partikel

Perbedaan potensial antara permukaan partikel yang sebenarnya dan daerah netral listrik pada medium disebut sebagai Potensial

Nernst

Perbedaan potensial antara lapisan yang terikat kuat pada permukaan partikel dengan daerah netral listrik pada medium

disebut Potensial Zeta

Potensial Nernst

Potensial Zeta

Potensial zeta berperan penting dalam kestabilan sediaan obat yang mengandung partikel-partikel terdispersi.

Potensial zeta mengatur derajat tolak-menolak antara partikel dalam medium cair untuk mencegah terjadinya flokulasi

(penggabungan partikel).

Partikel tetap terdispersi merata dalam sediaan suspensi stabil.