KIMIA KOLOID DAN PERMUKAANPengampu :Prof. Dr. TRIYONO, SUDra. Ani Setyopratiwi, M.Si

MATERI MENCAKUP :Definisi KOLOIDPerbedaan Koloid dan Larutan1 KALI TATAP MUKAMacam-macam Sistem KoloidSuspensi Koloid2 KALI TATAP MUKAEMULSI *) Emulsi *) Mikroemulsi3 KALI TATAP MUKA *) NanoemulsiSurfaktan2 KALI TATAP MUKAProses-proses yang melibatkan pembentukan atau pemecahan EMULSI1 KALI TATAP MUKAAntar Muka Gas-Cair, Cair-cair, Padat-CairKuliah dari Dosen Tamu (2 kali)2 KALI TATAP MUKA

SISTEM PENILAIANUJIAN TENGAH SEMESTERUJIAN AKHIR SEMESTERDISKUSI MAKALAH

SIFAT SIFAT CAMPURANLARUTAN DAN KOLOID

BackgroundHampir semua gas, cairan dan padatan yang ada dimuka bumi terdiri dari campuran berbagai senyawaCampuran secara fisik dicirikan oleh komposisinya yang bervariasi dan masing-masing komponen masih mempertahankan sifat individualnyaAda 2 jenis campuran yang umum yaitu larutan dan koloidLarutan adalah campuran homogen dimana masing-masing komponennya tidak terbedakan dan berada dalam satu fasaKoloid adalah campuran heterogen dimana satu komponen terdispersi sebagai partikel halus pada komponen lainnyaDalam larutan partikel-partikel adalah individual atom, ion atau molekulDalam koloid partikel-partikel adalah makromolekul atau agregasi dari molekul kecil yang tidak cukup besar untuk mengendap

Jenis jenis LarutanBiasanya larutan didefinisikan dengan adanya solut (zat terlarut) dan solven (pelarut). Solven adalah komponen yang jauh lebih banyak dibanding solutPada beberapa kasus istilah bercampur (miscible) digunakan untuk larutan yang terbentuk pada berbagai proporsi (tidak harus solvennya banyak)Kelarutan (S) adalah jumlah maksimum solut yang terlarut pada solven dan suhu tertentuSolut yang berbeda akan memiliki kelarutan berbeda, misalnya: S NaCl = 39,12 g/100 mL air pada 100oC sedangkan S AgCl = 0,0021 g/100 mL air pada 100oCIstilah larutan encer dan pekat juga menunjukkan jumlah relatif solut namun secara kualitatif

Larutan liquid-liquid dan solid-liquidPengamatan ilmiah menunjukkan bahwa ada kecenderungan like dissolves like dalam kelarutan solut dalam solvenAir mampu melarutkan garam karena gaya ion-dipole sama kuat dengan gaya ion-ion yang ada pada garam sehingga mampu menggantikannyaMinyak tidak dapat larut dalam air karena gaya dipole-dipole terinduksi yang lemah tidak dapat menggantikan gaya dipole-dipole (ikatan-H) pada air sehingga minyak tidak dapat menggantikan molekul airLarutan yang memenuhi like dissolves like mensyaratkan adanya kesetaraan kekuatan gaya untuk dapat mengatasi gaya dalam solven dan solut

Kelarutan Alkohol dalam Air dan Heksan

Kelarutan Metanol dalam Air

Dual Polaritas Sabun

Larutan Gas-LiquidGas-gas yang bersifat non polar seperti N2 atau hampir non polar seperti NO memiliki titik didih rendah karena gaya antar molekulnya yang lemahHal ini menyebabkannya tidak larut dalam air dan titik didihnya berkorelasi dengan kelarutan dalam air tersebutGas non polar sebagian besar memiliki nilai kelarutan kecil, kecuali jika gas ini berinteraksi kimia dengan solven, seperti O2 dalam darah atau CO2 dalam air (membentuk HCO3-)

Korelasi antara Titik Didih dan Kelarutan dalam Air

GasKelarutan (M)Titik didih (K)HeNeN2COO2NO4,2 x 10-46,6 x 10-410,4 x 10-415,6 x 10-421,8 x 10-432,7 x 10-44,227,177,481,690,2121,4

Perubahan Energi dalam Proses PelarutanAgar suatu zat dapat larut ada 3 tahapan:Partikel solut harus terpisah satu sama lainBeberapa partikel solven harus terpisah untuk memberi ruang bagi partikel solutPartikel solut dan solven harus bercampur menjadi satuEnergi akan diserap saat terjadi pemisahan partikel sebaliknya energi akan dilepas ketika partikel bergabung dan tertarik satu sama lainKesimpulannya pelarutan akan disertai perubahan entalpi

Perubahan Entalpi PelarutanPartikel solut terpisah satu sama lainSolut (agregat) + kalor solut (terpisah) Hsolut > 0Partikel solven terpisah satu sama lainSolven (agregat) + kalor solven (terpisah) Hsolven > 0Partikel solut dan solven bergabungSolut (terpisah) + solven (terpisah) larutan + Kalor Hcamp < 0Perubahan entalpi total pelarutan (Hlar) adalah jumlah seluruh entalpi yang ada yaitu:Hlar = Hsolut + Hsolven + Hcamp

Kalor HidrasiProses terpisahnya molekul air dan bergabungnya dengan solut adalah proses hidrasi dan Hsolven + Hcamp = Hhidrasi Sehingga: Hlar = Hsolut + Hhidrasi Kalor hidrasi selalu negatif karena energi yang dibutuhkan untuk memisah molekul air jauh dilampaui oleh energi yang dilepas ketika ion bergabung dengan molekul air (interaksi ion-dipole)Hsolut untuk padatan ionik nilainya sama dengan negatif Hkisi sehingga Hlarutan = -Hkisi + Hhidrasi

Proses Pelarutan dan Tendensi kearah KetidakteraturanDialam ada kecenderungan sebagian besar sistem menjadi lebih tak teratur dalam istilah termodinamik entropi sistem cenderung meningkatEntropi adalah ukuran ketidakteraturan sistemDalam konteks larutan, pembentukan larutan secara alamiah terjadi, tetapi pembentukan solut murni atau solven murni tidak terjadi secara alamiPelarutan melibatkan perubahan entalpi dan juga entropi sistem

Kelarutan sebagai Proses KesetimbanganJika kita membayangkan solut terpisah dari agregatnya dan bergabung dengan solven, namun pada saat yang sama partikel solut lain menubruk solut yang bergabung dengan solven dan membuatnya terlepas maka terjadi 2 proses berlawanan yaitu solut bergabung dan terpisah lagi dari solvenDalam larutan jenuh, kedua proses ini terjadi dalam laju yang sama sehingga tidak ada perubahan konsentrasi larutanSolut (tak larut) solut (terlarut)

Larutan Lewat Jenuh

Efek Temperatur terhadap Kelarutan

LatihanDari informasi berikut, perkirakan kelarutan tiap-tiap senyawa akankah naik atau turun dengan meningkatnya suhuHlar NaOH(s) = -44,5 kJ/molKetika KNO3 terlarut dalam air, larutan menjadi semakin dinginCsCl(s) Cs+(aq) + Cl-(aq) Hlar = +17,8 kJ

Kelarutan Gas dalam AirJika solut berupa solid atau liquid maka Hsolut > 0 karena dibutuhkan energi untuk membuat partikel terpisah, tetapi pada gas energi ini tidak diperlukan karena gas sudah terpisah satu sama lain sehingga Hsolut gas = 0 dan Hlar selalu < 0.Dalam kaitan ini kelarutan gas akan menurun drastis jika temperatur meningkat

Thermal Pollution

Efek Tekanan terhadap Kelarutan

Hukum HenryKelarutan suatu gas (Sgas) berbanding lurus dengan tekanan parsial gas (Pgas) diatas larutanSgas = kH x PgasDimana kH adalah konstanta Henry dan memiliki nilai tertentu untuk kombinasi gas-solven pada T tertentuUnit Sgas adalah mol/L dan Pgas adalah atm maka unit kH adalah mol/L . atm

LatihanTekanan parsial gas CO2 didalam botol cola adalah 4 atm pada 25oC. Berapa kelarutan CO2? Konstanta Henry CO2 terlarut dalam air = 3,3 x 10-2 mol/L atm pada 25oCBerapa kelarutan N2 di air pada 25oC dan 1 atm jika udara mengandung 78% N2 (volume)? kH N2 dalam air pada 25oC adalah 7 x 10-4 mol/L atm

JawabanS CO2 = 3,3 x 10-2 mol/L.atm x 4 atm= 0,1 mol/LS N2 = 7 x 10-4 x 0,78 = 5 x 10-4

Ekspresi Kuantitatif KonsentrasiKosentrasi adalah proporsi senyawa dalam campuran sehingga ia merupakan sifat intensif yaitu sifat yang tidak tergantung pada jumlah campuran yang ada1 L NaCl 0,1 M sama konsentrasinya dengan 1 mL NaCl 0,1 MKonsentrasi sering dituliskan dalam rasio jumlah solut terhadap jumlah larutan, namun ada juga rasio solut terhadap solven

Beberapa Definisi KonsentrasiMolaritas : Jumlah mol solut yang terlarut dalam 1 L larutanMolalitas : Jumlah mol solut yang terlarut dalam 1000 g (1 kg) solvenBagian per massa : jumlah massa solut per jumlah massa larutanBagian per volume : volume solut per volume larutanFraksi mol : rasio jumlah mol solut terhadap jumlah total mol (solut + solven)

Soal LatihanBerapa molalitas larutan yang dibuat dengan melarutkan 32 g CaCl2 dalam 271 g air?Berapa gram glukosa (C6H12O6) yang harus dilarutkan dalam 563 g etanol (C2H5OH) untuk membuat larutan dengan konsentrasi 2,40 x 10-2 m?Hitung ppm (massa) kalsium dalam 3,50 g pil yang mengandung 40,5 mg Ca! (1,16x104 ppm)Hidrogen peroksida adalah zat pengoksidasi yang berguna dalam pemutih, bahan bakar roket dll. Larutan encer H2O2 30% (m/m) memiliki densitas 1,11 g/mL hitung (a) molalitas (b) fraksi mol H2O2 (c) molaritas(a) 12,6 m; (b) 0,185 (c) 9,79 M

Sifat Koligatif LarutanAda 4 sifat larutan yang sangat dipengaruhi oleh kuantitas solut dalam larutan 4 sifat koligatif (kolektif)Sifat itu adalah penurunan tekanan uap, kenaikan titik didih, penurunan titik beku dan tekanan osmotikAwal mulanya sifat koligatif digunakan untuk melihat pengaruh solut elektrolit dan non elektrolit terhadap sifat larutan

Penurunan Tekanan UapUntuk solut dengan karakter non volatil dan non elektrolit seperti gula, solut ini tidak terdisosiasi dan tidak menguapTekanan uap pelarut murni lebih besar dari larutan karena pada yang murni kecenderungan uap memicu entropi besarSedangkan pada larutan dengan solut entropi besar sudah ada dalam larutan sehingga penguapan menjadi berkurangHukum Raoult: Psolven = Xsolven P0solvenXsolven + Xsolut = 1 atau Xsolven = 1 - Xsolut

LatihanHitung penurunan tekanan uap P saat 10 mL gliserol (C3H8O3) ditambahkan ke 500 mL air pada 50oC. Pada suhu ini tekanan uap air murni 92,5 torr berat jenis 0,988 g/mL dan berat jenis gliserol 1,26 g/mL (X = 0,00498, P = 0,461 torr)Hitung penurunan tekanan uap larutan 2 g aspirin (Mr: 180,15 g/mol) dalam 50 g metanol pada 21,2oC. Metanol murni memiliki tekanan uap 101 torr pada suhu ini. (0,713 torr)

Kenaikan Titik DidihKarena tekanan uap larutan lebih rendah (turun) dibanding pelarut murni, maka konsekuensinya larutan juga akan mendidih pada suhu yang lebih tinggiTitik didih larutan adalah suhu dimana tekanan uap sama dengan tekanan eksternal (1 atm)Tb m atau Tb = Kb mDimana m molalitas larutan dan Kb adalah konstanta kenaikan titik didih molalTb = Tb(larutan) Tb(solven)

Diagram Fasa Solven dan Larutan

Konstanta Kenaikan Titik Didih Molal dan penurunan Titik Beku beberapa Pelarut

SolvenTitik Didih (oC)Kb (oC/m)Titik Leleh (oC)Kf (oC/m)As. AsetatBenzenKarbon disulfidCCl4KloroformDietil EterEtanolAir117,980,146,276,561,734,578,5100,03,072,532,345,033,632,021,220,51216,65,5-111,5-23-63,5-116,2-117,30,03,904,903,83304,701,791,991,86

Penurunan Titik BekuSeperti halnya dalam penguapan hanya solven yang menguap, dalam pembekuan juga hanya senyawa solven yang membekuTitik beku larutan adalah suhu dimana tekanan uap larutan sama dengan tekanan pelarut murniPada suhu ini solven beku dan larutan yang masih mencair berada dalam kesetimbanganTf matau Tf = Kf mTf = Tf (solven) Tf (larutan)

LatihanJika anda menambahkan 1 kg senyawa antibeku etilen glikol (C2H6O2) kedalam radiator mobil yang berisi 4450 g air. Berapa titik didih dan titik beku air radiator?m = 3,62 m; Tb = 1,85oC, Tb = 101,85oC; Tf = 6,73oC; Tf = -6,73oC

Terjadinya Tekanan Osmotik

Tekanan OsmotikTekanan osmotik didefinisikan sebagai tekanan yang harus diberikan untuk mencegah pergerakan air dari solven ke larutan seperti pada gambar sebelum iniTekanan ini berbanding lurus dengan jumlah solut dalam volume larutan nsolut/Vlarutan atau M = (nsolut/Vlarutan) RT = MRT

LatihanLarutan 0,30 M sukrosa pada 37oC memiliki tekanan osmotik hampir sama dengan tekanan darah, hitung tekanan osmotik sukrosa tsb!7,6 atm

Materi yang ditampilkan :Definisi, jenis dan cara pembuatan sistem koloidJenis dan bentuk partikel pada suspensi koloidSurfaktan, misel dan cmc (kkm)Emulsi

Industri Yang Menerapkan Kimia Koloid :Industri SabunIndustri Susu BubukIndustri Minyak Nabati sbg minyak goreng atau virgin coconut oilIndustri Cat, tintaIndustri Plastik, karet, kertas, tekstilIndustri Obat, kosmetikPengambilan Minyak BumiIndustri Semen

PROSES-PROSES YANG MERUPAKAN APLIKASI KOLOID :ADHESIKROMATOGRAFIDETERGENSIPENGENDAPANPENGASPALAN JALANPROSES PENGOLAHAN MAKANANGRINDINGPEMBASAHANDLL

Penelitian-penelitian dalam bidang kimia koloidMetode pemisahan minyak dari santan kelapa :a. Pengasamanb. Pancinganc. Penggaraman d. Refrigerasie. Spontan Metode Pembuatan Ekstra VCO yang paling tepatf. Pemanasan

Pembuatan sabun dan sampoo menggunakan minyak kelapa

Pembuatan susu bubuk dari protein kelapa

Pembuatan arang dari tempurung kelapa

Pengambilan minyak bumi dengan surfaktan

Penentuan nilai HLB dari sabun

Dll

Macam-macam sistem koloid :

JENIS FASA PENDISPERSIJENIS FASA TERDISPERSINAMACONTOHCAIRPADATSUSPENSI, SOLAgI, pasta gigiCAIRCAIREMULSISusu, santan kelapaCAIRGASBUIHBuih sabunPADATPADATSUSPENSI PADATPewarna plastikPADATCAIREMULSI PADATOpal, mutiaraPADATGASBUIH PADATPolistirenaGASPADATAEROSOL PADATAsap, debuGASCAIRAEROSOL CAIRKabut, Spray cairGASGASLARUTAN MURNI

PERBEDAAN SISTEM KOLOID DAN LARUTAN :LARUTAN : homogen, satu fasa, terdiri dari solut dan solven, menggunakan kaidah like dissolved like, ukuran solut < 1 nm, solut tidak dapat dipisahkan dengan solven dengan cara sentrifuse.

KOLOID : heterogen, lebih dari satu fasa, terdiri dari fasa terdispersi dan fasa pendispersi, ukuran partikel 1 nm 1 m, partikel terdispersi dapat dipisahkan dengan cara sentrifuse

FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI SIFAT SISTEM KOLOID :Ukuran partikelBentuk dan kelenturan partikelSifat Permukaan Interaksi Antar PartikelInteraksi Partikel-Solven/Media Pendispersi

UKURAN PARTIKEL :Jika ukuran partikel antara 1 nm 1 m maka terbentuk sistem koloid yang mempunyai kestabilan tertentu. Partikel dapat dipisahkan kembali dengan cara sentrifuseJika ukuran partikel < 1 nm maka terbentuk larutan sempurna yang sangat stabil dan partikel tidak dapat dipisahkan dengan cara sentrifuseJika ukuran partikel > 1 m maka terbentuk campuran yang tidak stabil

Jika partikel yang terdispersi ukurannya sama maka sistem koloid disebut Monodispersi. Sedang jika ukurannya tidak sama disebut PolidispersiMr dari partikel yang terdispersi dapat dibedakan menjadi : Mr (rata-rata bilangan) dan Mr (rata-rata massa)Mr (rata-rata bilangan) = niMr,i/ niMr (rata-rata massa) = niMr,i2/ niMr,IJika Mr (rata-rata massa) > Mr (rata-rata bilangan) berarti sistem polidispersi. Semakin besar perbandingan Mr (rata-rata massa) dan Mr (rata-rata bilangan), sistem semakin polidispersi

BENTUK PARTIKEL PROLATOBLATSILINDERLEMPENGBENANG KUSUT

SIFAT PERMUKAAN :HIDROFILIK = LIOFOBIKLIOFILIK = HIDROFOBIKSURFAKTAN (surface active agent): mempunyai permukaan hidrofilik dan sekaligus liofilik

PEMBUATAN DAN PEMURNIAN SISTEM KOLOIDPembentukan partikel koloid dari bahan yang ukurannya lebih besar METODE DISPERSIPembentukan partikel koloid dari bahan yang ukurannya lebih kecil METODE KONDENSASI

SISTEM DISPERSISISTEM DISPERSI :DISPERSI KASAR : PARTIKEL YG DIDISPERSIKAN BERUKURAN LEBIH BESAR DARI 100 nMDISPERSI KOLOID : PARTIKEL YG DIDISPERSIKAN BERUKURAN ANTARA 1 nM 100 nMDISPERSI MOLEKULAR (LARUTAN SEJATI) : PARTIKEL YG DIDISPERSIKAN BERUKURAN LEBIH KECIL DARI 1 nM

SISTEM KOLID TERDIRI DARI 2 FASEFASE TERDISPERSI : zat yg didispersikanFASE PENDISPERSI : medium yg digunakan untuk mendispersikan Sistem koloid digolongkan pada jenis fase terdispersi dan media pendispersinya :*) Jika fase terdispersi padat SOL*) Jika fase terdispersi cair EMULSI*) Jika fase terdispersi gas BUIH

PROSES-PROSES YANG MERUPAKAN APLIKASI KOLOID :

ELECTROPHORETIC DEPOSITION

POLIMERISASI EMULSI

LUBRIKASI

PENGEBORAN MINYAK

PEMBUATAN GULA

PENJERNIHAN AIR

PEMBASAHAN

WATER REPELLENCY