4 kelarutan
Post on 26-Jun-2015
1.384 Views
Preview:
TRANSCRIPT
1
Larutan jenuh : zat terlarut (solut) berada dalam kesetimbangan dengan fase padat (solut).
Kelarutan : konsentrasi solut dalam larutan jenuh pada suhu tertentu.
Larutan tidak jenuh (unsaturated) atau hampir jenuh (subsaturated) : larutan yang mengandung solut dalam konsentrasi di bawah konsentrasi yang diperlukan supaya terjadi penjenuhan yang sempurna pada suhu tertentu.
Larutan lewat jenuh (supersaturated): larutan pada suhu tertentu yang mengandung solut lebih banyak daripada normal, sehingga terdapat solut yang tak terlarut.
2
Istilah Kelarutan
Istilah kelarutanJumlah bagian pelarutdiperlukan untuk melarutkan1 bagian zat
sangat mudah larut (very soluble)
kurang dari 1
mudah larut (freely soluble) 1 sampai 10
Larut (soluble) 10 sampai 30
agak sukar larut (sparingly soluble)
30 sampai 100
sukar larut (slightly soluble) 100 sampai 1000
sangat sukar larut (very slightly soluble)
1000 sampai 10.000
praktis tidak larut (practically insoluble)
lebih dari 10.000
3
INTERAKSI SOLVEN-SOLUT
Pelarut Polar
Kelarutan obat :
polaritas pelarut (solven) terhadap momen dipol. (momen dipol >> :polar)
kemampuan solut membentuk ikatan hidrogen. Nitrobenzena mempunyai momen dipol 4,2 10-18 esu cm sedangkan fenol hanya 1,7 10-18 esu cm, namun pada 200 C kelarutan nitrobenzena 0,0155 mol/kg sedangkan fenol 0,95 mol/kg.
Gambaran struktur molekulnya seperti rasio gugus polar dengan nonpolar..
4
(a) Solven polar dengan tetapan dielektrik yang tinggi, menurunkan gaya atraksi antara ion bermuatan berlawanan dalam kristal mis. NaCl.
(b) Solven polar memutuskan ikatan kovalen elektrolit kuat dengan reaksi asam-basa. Terjadinya ionisasi HCl oleh air:
HCl + H2O H3 O+ + Cl-
(c) Solven polar mampu mensolvat molekul dan ion melalui gaya interaksi dipol, khususnya pembentukan ikatan hidrogen, yang menyebabkan kelarutan zat.
Mekanisme solven polar:
Interaksi ion-dipol antara garam natrium oleat dengan air:
5
Melarutkan solut nonpolar dengan tekanan internal yang sama melalui interaksi dipol induksi.
Molekul solut berada dalam larutan oleh gaya lemah van der Waals-London.
Minyak dan lemak larut dalam karbon tetraklorida, benzena, dan minyak mineral. Basa alkaloid dan asam lemak larut pula dalam solven nonpolar.
Solven NonpolarSolven Nonpolar
Keton dan alkohol dapat menginduksi derajat polaritas dalam molekul solven nonpolar, karena itu benzena yang mudah terpolarisasi menjadi larut dalam alkohol.
Senyawa semipolar dapat berlaku sebagai solven perantara (intermediate solvent) untuk bercampurnya cairan polar dan nonpolar.
Aseton meningkatkan kelarutan eter dalam air. Propilenglikol menambah kelarutan campuran air dengan minyak permen dan air dengan benzilbenzoat.
Solven Semipolar
6
POLARITAS SOLVEN DAN SOLUTPOLARITAS SOLVEN DAN SOLUT
7
Kelarutan tergantung pada:• tekanan:
tekanan gas diatas cairan naik maka kelarutan bertambah.• suhu :
suhu naik kelarutan gas turun.• adanya garam :
penambahan garam (elektrolit) membebaskan gas terlarut.• reaksi kimia:
gas tertentu karena memberikan reaksi kimia kelarutannya menjadi lebih
besar. Misal hidroklorida, amonia dan karbondioksida.
KELARUTAN GAS DALAM KELARUTAN GAS DALAM CAIRANCAIRAN
Hukum Henry :
C2 = p
C2 :konsentrasi gas terlarut dalam gram/l solven, p : tekanan parsial gas tak
terlarut dalam mm, dan : koefisien kelarutan
Adalah konsentrasi gas yang terlarut saat berada dalam kesetimbangan
dengan gas murni di atas larutan.
8
Koefisien Bunsen untuk beberapa gas dalam air pada 00 dan 250 C
Kelarutan gas dalam cairan dapat dinyatakan oleh atau oleh koefisien serapan Bunsen . (volume gas dalam liter yang larut dalam 1 liter solven pada tekanan parsial 1 atm. suhu tertentuV
pgas,STP
larV
99
Contoh:Bila 0,0160 g oksigen dilarutkan dalam 1 liter air pada dan 250 C dan pada tekanan oksigen 300 mm Hg. Hitunglah (a) dan (b) (a)
(b) V = nRT/p Vgas,STP
0,0160
320,08205 273,15
atm
1 10 0112,
V
V plar
gas 0 0112
1300
760
0 0284,
,
(c) Berapa gram oksigen dapat dilarutkan dalam 250 ml larutan air jika tekanan total di atas campuran 760 mm Hg? Tekanan parsial oksigen dalam larutan adalah 0,263 atm, dan suhu 250 C.
5 33 100 263 760
0 0107
5 2
2
,,
,
C
C
(g / l)
mm
g / l atau 0,0027 g / 250 ml
Cp
2 50 0160
3005 33 10
(g / l)
(mm Hg)
,,
10
(1) bercampur sempurna dan (2) bercampur sebagian.
KELARUTAN CAIRAN DALAM KELARUTAN CAIRAN DALAM CAIRANCAIRAN
Contoh:Campuran fenol dengan air pada 200 C mempunyai komposisi total 50% fenol. Tie line pada suhu ini memotong garis binodial pada titik ekivalen 8,4 dan 72,2% b/b fenol. Berapa bobot lapisan air dan lapisan fenol dalam 500 g campuran, dan berapa gram fenol yang ada dalam masing-masing ke dua lapisan tersebut.
Misalkan Z adalah bobot (gram) lapisan air. Maka bobot lapisan fenol = (500 – Z) gram, dan jumlah persentase fenol dalam kedua lapisan harus sama dengan seluruh komposisi yang 50% atau 500 X 0,50 = 250 gZ(8,4/100) + (500 – Z)(72,2/100) = 250Maka bobot lapisan air, Z = 174 gBobot lapisan fenol = 500 – Z = 326 gBobot fenol dalam lapisan air = 174 X 0,084 = 15 gBobot fenol dalam lapisan fenol = 326 X 0,722 = 235
1111
KELARUTAN ZAT PADAT DALAM CAIRANKELARUTAN ZAT PADAT DALAM CAIRAN
• Tergantung : suhu, titik leleh zat padat, dan kalor lebur molar Hf
yaitu kalor (panas) yang diserap ketika zat padat meleleh. • Dalam larutan ideal, kalor larutan sama dengan kalor lebur, yang
dianggap tetap tidak tergantung pada suhu.
Larutan Ideal
0
02 303,2
logTT
TT
R
HX
fi
X2i adalah kelarutan ideal solut dinyatakan dalam fraksi mol, T0
adalah titik leleh solut padat dalam derajat mutlak. Persamaan di atas dapat pula dituliskan:
log konstantaXH
R Ti f
2 2 303
1
,
R= 1,987 kal derajat-1 mol-1
1212
Contoh:Berapa kelarutan naftalena pada 200 C dalam larutan ideal? Titik leleh naftalena adalah 800 C, dan kalor leburnya 4500 kal/mol.
log X
X
i
i
2
2
4500
2 303 1 987
353 293
293 353
0 27
, ,
,
Kelarutan fraksi mol dapat diubah menjadi molalitas:
21
2
1
1000
XM
Xm
1313
Aktivitas solut dalam larutan : a2 = X2 2 2 : koefisien aktivitas
rasional.
Larutan NonidealLarutan Nonideal
log a2 = log X2 + log 2
Dalam larutan ideal karena 2 = 1, maka a2 = X2i ,
TT
T-T
2,303R
Hlog alog
0
0fi22
X
20
0f2 log
TT
T-T
2,303R
H log
X
Suku log 2 pada pers.: pertimbangan gaya atraksi intermolekular yang harus diatasi, atau usaha (kerja) yang harus dilakukan dalam memindahkan molekul dari fase solut (zat terlarut) dan menyimpannya dalam solven (pelarut).
14
1. Pemindahan molekul dari fase solut pada suhu tertentu.Penerima-an energi potensial atau usaha netto untuk proses tersebut : w22:
Proses pemindahan molekul tersebut terjadi dalam 3 tahap
2. Pembentukan lubang dalam solven yang cukup besar agar dapat menerima molekul solut. Usaha: w11.
3. Molekul solut ditempatkan dalam lubang dalam solven, dan usaha yang diperolah atau penurunan energi potensial adalah -w12
Lubang dalam solven sekarang tertutup dan terjadi tambahan penurunan energi, -w12 , bersangkutan dengan usaha neto dalam langkah terakhir ini adalah -2 w12 .
Usaha total adalah (w22 + w11 -2 w12 ).
1515
Scatchard dan Hildebrand dan Wood: ln 2
( )w w w
VRT22 11 122 1
22
V2 : volume molar atau volume per mol solut cair, 1 : fraksi
volume atau X1V1/(X1 V1 + X2 V2 )
Interaksi molekul berbeda: 221112 www
ln 2
w w w wVRT11 11 22
1 222
2 12
2 / ln 2
w wVRT11
1 222
1 2 22 1
2/ /
Suku (w)1/2 disebut parameter kelarutan dan digambarkan dengan lambang 1 untuk solven dan 2 untuk solut.
RT,V3032
)( log2
122212
221
212
0
0f2 )δ(δ
2,303RTφV
+T
T-T2,303RT
ΔH Xlog -
Persamaan Kelarutan:
H RTVv
l
1 2/ Hv : kalor uap, Vl : volume molar senyawa cairan pada suhu tertentu, R : tetapan gas, T : suhu absolut.
1616
(a) Hitunglah parameter kelarutan iodum; (b) tentukan fraksi mol dan kelarutan molal iodum dalam karbon disulfida pada 250 C; (c) berapa koefisien aktivitas solut dalam larutan? Kalor uap iodum cair diekstrapolasikan pada 250 C adalah 11493 kal/mol, kalor lebur rata-rata Hf , adalah 3600 kal pada 250 C, titik leleh iodum adalah 1130 C, dan volume molarnya V2 adalah 59 cm3 pada 250 C. Parameter kelarutan karbon disulfida adalah 10.
(a)
11493 1 987 298 2
5913 6
1 2, ,,
/
(b) Mula-mula X2 dihitung dengan menganggap 12 = 1 (larutan encer)
- log 386 -
+ (10 )2X
3600
1364
298
386
59
136413 6 0 06892, ,
Sekarang fraksi volume 1 = V1 (1- X2 )/[V1 (1-X2 ) + V2 X2 ] atau untuk iodum (V2 = 59 cm3 ) dalam karbon disulfida (V1 = 60 cm3) , maka diperoleh 1 = 0,9322.Perhitungan kembali X2 seperti pada (b) dengan memasukkan 1 = 0,9322 :
X2 = 0,0815; dan dengan 6 kali pengulangan perhitungan menggunakan kalkulator diperoleh : X2 = 0,0845. Hasil percobaan untuk kelarutan dalam karbon disulfida menurut Hildebrand dan Scott adalah 0,0546 pada 250 C, sedangkan kelarutan fraksi mol ideal X2
i iodum adalah 0,250 pada 250 C.
1717
Kelarutan fraksi mol iodum dalam karbon disulfida :
m
XM X
1000
1
1000 0 085
76 13 1 0 0851 222
1 2( ),
, ,, mol / kg
(c) Kelarutan ideal adalah berhubungan dengan
kelarutan aktual pada suhu tertentu dan dinyatakan dengan persamaan:
a2 = X2i = X2 2, maka 2 =0,25/0,055 =4,55.
18
19
D berkaitan dengan efek nonpolar, p berkaitan dengan efek polar, dan
H menyatakan ikatan Hidrogen molekul
(total)2 = D
2 + p2 + H
2
20
Pendekatan Kelarutan Hildebrand yang Diperluas
(Extended Hildebrand Solubility Approach, EHS)
)2(loglog 221122 WwwAXX i
Suku terakhir berkaitan dengan log 2 persamaan sebelumnya.
RT,V
A3032
212 W digunakan untuk w12
fffi STH
TT
logRS
Xlog
00
2
A/logW
WAXlogXlog
WAAlogXX
logWAlog
AAloglogloglog
i
i
R
vRv
22
22
1
22
2122
212
2122
221
212
22
12
212
21
2
22 22
2
21
Kelarutan dan Kalor Larutan
Untuk nonelektrolit dan elektrolit lemah: ln c"/c'( )
( )
HR
T TT T
lar " '' "
Untuk elektrolit kuat, R diganti dengan vR , v adalah jumlah ion terbentuk dalam disosiasi elektrolit. Tanda c’ dan c” adalah konsentrasi seperti molar, molal, fraksi mol, gram/liter, atau persen.
Contoh:Kelarutan urea (bobot molekul 60,06 g/mol) dalam air pada 2980 K adalah 1,20 g/g H2O; Hlar urea dalam air pada 250 C = 2820 kal/mol. Berapakah kelarutan molal urea pada 250 C.
)(
)(298 ln 1,20 ln
278298
278
98721
2820
,
'c
c’ = 0,85 g/g H2 O atau 850 g/kg H2 O = 850 g/kg H2 O : 60,06 g/mol = 14,2 mol/kg H2 O.Kelarutan eksperimental urea dalam skala molal adalah. 14,2 mol/kg H2 O.
22
KELARUTAN ELEKTROLIT KUATKELARUTAN ELEKTROLIT KUAT
Endotermik: menyerap panas Eksotermik: pengeluaran panas
airairOH
gasgas
gasgaspadat
hidrsubl
ClNaClNa
ClNaNaCl
HH)(H
2
larutanKalor larutan kristal
Energi kisi
Kalor hidrasi
23
KELARUTAN ELEKTROLIT SUKAR LARUTKELARUTAN ELEKTROLIT SUKAR LARUT
sp
333padat 3
sppadat
padat
KOHAl 3OHAlAl(OH)
KClAgK AgCl
ClAgClAgAgCl
2
sp
2
sp
2ClAgspClAgsp
γ
KClAgKelarutan ClAg
γ
K
γClAgγγClAgK ααK
24
Contoh:Hitung kelarutan perak nitrat dalam 0,1 M larutan amonium sulfat.
Kekuatan ion 0,1 M amonium sulfat = 0,3 dan koefisien aktivitas elektrolit 1:1 pada kekuatan ion ini = 0,70 Hasil kali kelarutan perak nitrat = 1,2 10-10 .
Kelarutan = mol / l 1 2 10
0 701 6 10
105,
,,
Contoh:
Hitung kelarutan perak kromat, x, dalam mol/l di dalam larutan air yang mengandung 0,04M perak nitrat. Kelasrutan perak kromat dalam air 8X10-5 dan hasil kali kelarutannya 2,0 X 10-12.
Disosiasi perak kromat: Ag2CrO4 2Ag+ +CrO4=
Ksp = 2,0X10-12 = (2x +0,04)2 x = 4x3 + 0,16x2 + 0,0016x
mol/l 102511061
1002 93
12
42
,,
,CrOAgx
25
Kelarutan Elektrolit Lemah• Kebanyakan obat-obatan : asam atau basa lemah. • Dengan asam atau basa kuat, dan dalam rentang pH tertentu
akan berada dalam ion yang biasanya larut alam air.• 1% natrium fenobarbital : larutan dalam suasana alkalis tinggi.
Bila pH diturunkan di bawah pH 8,3 obat tersebut akan mengendap.
• Sebaliknya atropin sulfat akan mengendap jika pH dinaikkan.Asam lemah : Asam bebas fenobarbital (HP) dan bentuk ion (P-) maka kesetimbangan dalam larutan jenuh adalah:
HPpadat HPlar HPlar + H2 O H3 O+ + P- S0 = [HP]lar
] O [H
[HP] = ] [P atau
[HP]] ][P O [H
+3
--+
3aa KK S = [HP] + [P- ]
] O[H1
] O[H +3
0+3
00
aa
KSS
SKSS
0
0 log S
SSpKpH ap
Basa lemah:0
0
S-S
Slog + p-p = pH bwp KK
26
Pengaruh Solven Pada Kelarutan Obat
Kosolven:
Alkohol 22%
Gliserin 40%
Air 38%
Kelarutan fenobarbital= 1,5 %
27
Contoh:
Di bawah pH berapa fenobarbital bebas mulai mengendap dari larutan yang konsentrasi awal 1 g na-fenobarbital per 100 ml pada suhu 250 C. Kelarutan molar, S0, fenobarbital 0,005 M dan pKa = 7,41. BM na-fenobarbital: 254.
248
005000500390
417 mol/l 039025410
BMg/l
:alfenobarbit-namolar iKonsentras
,,
,,log,pH, p
28
Rippie dkk, pengaruh surfaktan terhadap kelarutan obat dinyatakan dengan persamaan: Untuk molekul obat yang bersifat asam:
D D
KT
a*
( )H
H+
DD
MK K K
KT
T
a
a*
' "
1H
H
+
+
DT* adalah kelarutan obat total dalam larutan pada pH tertentu dan tanpa adanya surfaktan; (D) konsentrasi asam tak terionisasi; DT adalah Kelarutan total obat dengan adanya surfaktan; (M) adalah fraksi volume surfaktan yang berada dalam bentuk misel; K’ adalah koefisien partisi molekul obat; K” adalah koefisien partisi bentuk anion.
Pengaruh surfaktanPengaruh surfaktan
HK
KDD
a
aT *
HK
HDD
aT *
HK
KHKKM
D
D
a
a
T
T "'1
*
(D) adalah asam bebas tidak dalam misel; (D+ ) adalah asam kationik yang berkonjugasi terhadap molekul basa, tidak dalam misel.
Basa lemah:
29
Contoh:Hitunglah kelarutan sulfisoxazol pada 250 C dalam : (a) dapar pH 6,0 dan (b) dapar pH 6,0 mengandung 4% volume (= 0,04 fraksi volume) polisorbat 80 (Tween 80). Kelarutan sulfisoxazol tak terionkan dalam air adalah 0,15 g/l pada suhu itu, harga Ka =7,60 10-6 dan harga K’ =79, K” = 15.(a) Kelarutan obat total pada pH 6 tanpa surfaktan :
DT* ,
, ,
,,
0 157 6 10 1 0 10
1 0 101 29
6 6
6 g / l
(b) Kelarutan total sulfisoxazol dalam pH 6 dengan adanya 4% Tween 80:
DT
1 29 1 0 04
1 0 10 79 7 6 10 15
7 6 10 1 0 102 45
6 6
6 6, ,
, ,
, ,, g / l
30
Kelarutan basa prokain dalam air pada 250 C adalah 5 g/l, harga Ka = 1,4 10-9, harga koefisien partisi untuk molekul basa , K’ = 30, untuk asam kationik K” = 7,0. Hitunglah kelarutan prokain dalam dapar pH 7,40 yang mengandung 3% (b/v) polisorbat 80.(a) Pers.
D DK
KTa
a* ,
, ,
,,
H g / l
+
5 01 4 10 3 98 10
1 4 10147 2
9 8
9
DT
147 2 1 0 03
1 4 10 30 3 98 10 7
1 4 10 3 98 10181 6
9 8
9 8, ,
, ,
, ,, g / l
Berapa fraksi obat di dalam fase air dan fraksi dalam misel?
Obat total dalam fase air,
Obat total dalam fase air dan misel,
g / l
g / l
DD
T
T
* ,,
, 147 2
181 60 81
Artinya fraksi 0,81 prokain berada dalam fase air, sisanya, 0,19, terletak dalam misel.
31
Pengaruh Partikel Terhadap Kelarutan Zat Padat
log s
s0
2
2 303
VRTr,
s adalah kelarutan partikel halus; s0 kelarutan partikel besar; tegangan permukaan zat padat; V adalah volume molar cm3/mol; r jari-jari partikel dalam cm, dan R adalah tetapan gas 8,314 107 erg/der mol; dan T suhu mutlak.
Contoh:Suatu zat padat dihaluskan sedemikian rupa agar kelarutannya naik 10%, yaitu s/s0 =1,10. Berapa seharusnya ukuran partikel akhir, anggap tegangan permukaan zat padat = 100 dyne/cm, dan volume per mol = 50 cm3 dan suhu 27 C0.
0,042cmcm1024041403001031483032
501002 67
,
,,,r
32
DISTRIBUSI SOLUT DI ANTARA PELARUT TAK CAMPUR
2.solven dalamzat ikonsentras C
1,solven dalamzat gan kesetimban ikonsentras C
partisikoefisien atau ,distribusikoefisien ,distribusi rasio :K
2
1
2
1 KC
C
Contoh:
Distribusi asam borat dalam air dan amil alkohol pada 250 C, menunjukkan konsentrasi asam borat dalam air = 0,0510 mol/l dan dalam amil alkohol = 0,0155 mol/l. Hitung koefisien distribusinya.
30400510001550
K 2930155005100
2
2 ,,,
CC
,,,
C
CK
OH
alk
alk
OH
3333
Efek partisi dari disosiasi Ion dan Asosiasi Molekul
As. Benzoat dalam minyak kacang dan air
OHC
KCK
COHK
CCCHA
AOHK
CC
AHA
HAKAHAC
HAC
HAHA
K
a
w
a
wow
wa
w
o
ww
o'www
w
o
w
o
33
3
1
34
Asam benzoat didistribusikan dalam benzena dan air suasana asam
(HA)n n (HA)
Molekul asosiasi molekul sederhana
w
o
w
o"
oo
n nndo
n
no
d
HA
C
HA
HAK
C konstan HA
HAKHAatau HA
HAK
35
Daya pengawet Asam lemah dalam Sistem Minyak-Air
OH/K1Kq
CHA
atau HAOH/K1KqC
AHAHAqCqCC
3aw
w3a
wwowo
q = Vo/Vw ratio volume dua fase, C konsentrasi asal asam dalam air sebelum disteimbangkan oleh minyak kacang. Co konsentrasi molar molekul dalam minyak. Cw konsentrasi molar asam benzoat dalam air setara dengan jumlah [HA]w dan [A-]w.
top related