Fenomena Antarmuka

7/17/2019 Fenomena Antarmuka

http://slidepdf.com/reader/full/fenomena-antarmuka-568e55797bb1e 1/45

nterfacial Phenomena

Muhammad Dzakwan

Nanopharmaceutical Research Group NpRG)

Department of Pharmaceutical Science

Faculty of Pharmacy USB

Surakarta 2015



B A

C

O

0,0098T3

T2

T1

SUHU (oC)

T E K A N A N U A P ( m m H

g )

4,58

CAIR

PADAT

GAS

374

P1

Kurva Tekanan Uap

Kurva Titik Lebur

Kurva Sublimasi

E

Triple Point

DP2



1. ANTARMUKA ZAT CAIR

2. ADSORPSI PADA ANTARMUKA ZAT CAIR

3. ADSORPSI PADA ANTARMUKA ZAT PADAT4. APLIKASI BAHAN AKTIF PERMUKAAN

5. SIFAT ELEKTRIK ANTAR PERMUKAAN



ANTARMUKA ZAT CAIR

PERMUKAAN

GAS/UAP

PADAT/CAIR

CAIR

ANTARMUKA

CAIR

SETIAP PERMUKAAN

ADALAH ANTAR MUKA



Klasifikasi Antamuka

Fase Teganganantarmuka

Tipe dan contoh

Gas-gas

Gas-cairan

Gas-padatanCairan-cairan

Cairan-padatan

Padatan-padatan

-

γVL

γVS

γLL

γLS

γLL

Tidak ada antarmuka

Permukaan cairan

Permukaan padat, bagian atas meja Antarmuka cairan, emulsi

Antarmuka cairan-padatan, suspensi

Antarmuka padat-padat, partikel

serbuk yang salin bersinggungan

L : cairan (liquid), S : padat (solid), V: gas/uap (vapor)



UDARA

AIR

F A

FK

FK » F A

TEGANGAN PERMUKAAN () ?―GAYA/PANJANG ║ PERMUKAAN

MENGIMBANGI GAYA KE ARAH

DALAM‖

KERJA UNTUK MEMPERBESAR

PERMUKAAN 1 CM2

H2O = 72,8 dyne.cm -1 suhu 20oC

» suhu turun – 0,154 mN.m -1 per

1oC

: dyne/cm atau N/m



TEGANGAN PERMUKAAN (VL , VS)

GAS/UAP

PADAT/CAIR

CAIR/PADAT/PADAT

TEGANGAN ANTAR MUKA ( LL , SS, LS )

CAIR/PADAT/CAIR

TEGANGAN ANTARMUKA

―Gaya per satuan panjang pada antamuka 2 fase cairan

Yang tidak dapat bercampur ― (dyne/cm)

antarmuka < permukaan



= f / 2 L L

CB

A D

f

ds

f = . 2 L

dW = f . ds = . 2 L . ds

dW = . dA W = .∆A

Permukaan spesifik = luas perm/volume

200

ppm

2000

ppm

: Perubahan energi bebas permukaan setiap peningkatan satuan luas



H2O: 0oC = 75,6 dyne.cm -1

20oC = 72,8 dyne.cm -1

75oC = 63,5 dyne.cm -1

θ

h

Zat cair

2 r

∆ P = 2 / r

Fa = . cos θ = 2π r . cos θ = 2π r

Fb = m.a = π r2 h (ρ -ρo) g + w

2π r = π r2

h ρ g

= ½ r h ρ g

KENAIKAN PIPA KAPILER

aθ



air

minyak

angka (dyne)

= —————————— x faktor koreksi β

2 x keliling cincin

Cincin DuNouy

Stalagmometer Traube

ZH2O . ρ . H2O m . g

= ——————— atau = ———————

Z 2 π r



AIR

MINYAK

UDARA

TEGANGAN ANTARMUKA

am

AIR

UDARA

au

(am) « (au)

TEGANGAN

PERMUKAAN



UDARA

ASAM OLEAT (tebal 100 Å)

AIR

L

L

L

γC

1 cm2

L1

L1

L2

L2

γC

γp

γcp Kerja Adhesi (Wa)

Wa = γC + γp - γcp

Kerja Kohesi (Wk)

Wk = 2 γc

S = Wa – Wk = γp – (γc + γcp)

S



AIR

MINYAK

AIR

EMULGATOR:

Bahan terlarut molekular terbentuk dari

molekul liobipolar, berorientasi pada

batas permukaan, memudahkan

distribusi fase internal melalui

penurunan tegangan permukaan.

KLASIFIKASI :

1. Surfaktan

2. Koloid Hidrofilik

3. Partikel Padat Terbagi Halus

Atau yang terbaik adalah:

Emulgator Kompleks (campuran ionik

dan non-ionik)

Terlalu hidrofilik

Terlalu lipofilik



SURFACE ACTIVE AGENT, TENSID : Molekul amfifil

Molekul atau ion yang teradsorpsi pada permukaan

Dominan hidrofilik

Dominan lipofilik

HLB = hydrophilic lipophilic balance

Span (ester sorbitan) = lipofilik (1,8-8,6)

Tween (turunan polioksietilen Span) =

hidrofilik (9,6-16,7)

RHLB = required hydrophilic lipophilic

balance = HLB butuh

HLB fase minyak yang dibutuhkan untuk

menghasilkan emulsi stabil

O

NaO

C ─ CH 3



Malam lebah 15 g RHLB (m/a) = 9

Lanolin 10 g = 12

Malam parafin 20 g = 10

Setilalkohol 5 g = 15Emulgator 2 g

Bahan Pengawet 0,2 g

Bahan Pewarna sesuai kebutuhan

Air suling qs

Hitung RHLB total emulsi dengan mengalikan RHLB masing-masingkomponen minyak/lemak dengan fraksi beratnya. Total fase minyak = 50 g

Malam lebah 15/50 x 9 = 2,70

Lanolin 10/50 x 12 = 2,40

Parafin 20/50 x 10 = 4,00

Setilalkohol 5/50 x 15 = 1,50Total RHLB emulsi = 10,60

Selanjutnya pilih campuran emulgator dengan HLB > dan < 10,6. TerpilihTween 80 (HLB 15) dan Span 80 (HLB 4,3)



RHLB – HLB rendah 10,6 – 4,3

% Tween = ────────────────── = ─────── = 0,59

HLB tinggi – HLB rendah 15,0 – 4,3

Jadi Tween 80 = 0,59 x 2 g = 1,18 g dan Span 80 = 0,82 g

atau

Tween 80 15,0 6,3

10,6

Span 80 4,3 4,4

───────

10,7

Tween 80 = 6,3/10,7 x 2 g = 1,18 g

Span 80 = 4,4/10,7 x 2 g = 0,82 g



KLASIFIKASI BERDASAR SIFAT KIMIA EMULGATOR:

1. ANIONIK

2. KATIONIK

3. NON IONIK

4. AMFOTER

5. EMULGATOR KOMPLEKS



YANG PALING TERKENAL ADALAH SABUN

GARAM ALKALI DARI ASAM LEMAK MURNI JENUH ATAU TAK JENUHDENGAN 11 ATOM C (BAIK); ≥ 15 ATOM C (SANGAT BAIK)

SABUN ALKALI DAN AMONIUM = EMULGATOR M/A

SABUN LOGAM ALKALI TANAH (Ca2+ dan Mg2+) = EMULGATOR A/M

AKHIR-AKHIR INI DIGUNAKAN : ALKILSULFAT (R-O-SO3Na) atau

ALKILSULFONAT (R-SO3Na)

IKATAN RANGKAP DAN GUGUS HIDROFIL AKTIVITAS TENSID

C

O

O- Na+H

3

CNatrium palmitat

H3C

H3C

C

O

O

C

O

O

Ca++

Kalsium dilaurat

M/A

A/M

--



C

O

O ─ SO2 O-Na+

Trietanolaminoleat

H3C

H3C

Natrium dodekil sulfonat

M/A

H3C

O-

Sabun amina

Alkilsulfat

Alkilsulfonat

SO2 O-Na+

M/A

M/A

natrium lauril sulfat (Texapon Z)

OH

CH2

CH2

N ─ CH2 ─ CH2OH

CH2

CH2

H+ ─

OH



GOM ARAB

Garam Na-, K-, Mg-poli asam arabat (D-Galaktose, L-Rhamnose, L-Arabinose, D-asam glukoronat)

Terlarut dalam air membentuk koloid

Penggunaan > 5%

Mengandung enzym Oksidase dan Peroksidase

Diinaktif melalui pemanasan suhu 80o C selama 1 jam kemudian diuapkandalam vakum



AMONIUM KUARTERNER (H diganti – CH3, -C2H5, ARIL, HETEROSIKLIK)

Sabun invert atau Quats. Surfaktan kuat tetapi bukan pembersih

CH3 ─(CH2)13 ─ CH ─ COO ─ C2H5

N+

CH3 CH3

CH3

Br ─CH2 ─N+ ─C12H25 Br

CH3

CH3

Br CH3 ─(CH2)13 ─N+

CH3

CH3CH3

C16H33 ─N+ Cl

Alkonium bromida Benzalkonium bromida

Setilpiridinium klorida Cetrimid

Pada pH = 9 bersifat desinfektan

- -

--



1. Alkohol lemak tinggi rantai lurus (lauril- setil- dan stearil alkohol)

CH3(CH2)14 CH2OH (Setilalkohol) CH3(CH2)16 CH2OH (Stearilalkohol)

Hanya sebagai stabilisator, aksi sebagai surfaktan rendah

2. Alkohol lemak tinggi rantai cabang

C14H29

CH ─ CH2OH (Fealan SP)

C15H31

3. Alkohol Sterin (Kolesterin = Kolesterol)

HO

H3C

H3CCH─(CH2)3 ─CH

CH3 CH3

CH3

ALKOHOL LEMAK TINGGI

DAN ALKOHOL STERIN

A



ESTER PARSIAL ASAM LEMAK DARI ALKOHOL VALENSI BANYAK

Kerja emulgator meningkat jika :

1. Esterifikasi berlangsung dengan alkohol bervalensi tiga (gliserol)

2. 1 gugus OH teresterkan dengan asam lemak tak jenuh dengan

atom C semakin banyak

CH2 ─O─CO─(CH2)16 CH3

CH ─OH

CH2 ─OH

Gliserinmonostearat (A/M)

PARSIAL ESTER ASAM LEMAK DARI SORBITAN

H2C

CH HC

CH2 ─ O ─C

O

OH

OH Span 20 (A/M)

O

Ester sorbitan asam laurat

CH

HCH3

HO



ESTER ASAM LEMAK POLIETILENGLIKOL SORBITAN

H2C

CH HC

CH2 ─ O ─C O

O

O

Tween 20 (M/A)

O

C

H

H CH3

OO

OO

OOH

OH

OH

O

O

OO

O

O

O

OO

OO

O



ESTER ASAM LEMAK POLIETILENGLIKOL

H3C C

O

O OH

OHOO

O

O

O

8

Polietilenglikol-400-stearat (Myrj 45)

ETER ALKOHOL LEMAK POLIETILENGLIKOL

H3C

Polietilenglikol-200-etil lauril (Brij 30)



CH3 O

O O

O

H3C ─N─CH2─CH2─O─P─O─CH2

CH3

CH3

+

-

HC─O─C

H2C─O─C

CH3

FOSFOLIPID

LESITIN

A/M dan M/A

PUTIH TELUR

Gelatin emulgator M/A

Albumin emulgator M/A



Gugus hidrofil Gugus lipofil

- SO4-Na+ = CH-

- COO-K+ - CH2-

- COO-Na+ - CH3

- SO3-Na+ = CH

- N (amin tersier) - CF2-

- Ester (cincin sorbitan) - CF3

- Ester (bebas)

- COOH

- OH (bebas)

- O- (gugus eter)- OH (cincin sorbitan)

- (OCH2CH2)-

Cincin hidrokarbon



Emulgator yang terdiri dari campuran emulgator M/A dan – A/M

Bekerja menurunkan tegangan antar permukaan, lebih kuat daripada individunya

Emulsi lebih mudah dihasilkan dan sangat stabil

Ikatan hidrogen

Ikatan vd Waals

Film terhidratasi kuat

dan viskositas meninggi

SETILSTEARILALKOHOL (9) A/M

CREMOPHOR A padat R (1) M/A

-STEARIL ALKOHOL

-POLIETILENOKSID

Atau denganTween 60 R (polioksietilen sorbitan

mono stearat) (1) M/A



KRISTALIT MISEL SERAT

Molekul serat

dengan

sedikit titik

kontak

Molekul serat

dengan lebih

banyak titik

kontak

Molekul serat

dengan posisi

paralel

kristalin

selulose)

Struktur partikel

laminar bentonit)

Struktur partikel

jarum

Struktur partikel

sferoid aerosil)



KOLOID HIDROFILIK

Lapisan ganda sekeliling globul

PARTIKEL PADAT TERBAGI HALUS

Lapisan tunggal sekeliling globul

SURFAKTAN

Lapisan tunggal



CAIRAN = pemucatan warna, kromatografi, pembasahan

GAS = menghilangkan bau ruangan, masker gas

Adsorpsi fisika/ van

der Waals Adsorpsi kimia

x/m

tekanan

log x/m

log tekanan

Adsorpsi isotermik gas pada permukaan zat padat (x jumlah gas

teradsorpsi per satuan masa m adsorben).



Adsorpsi Isotermik Uap Air

K a d a r A i r ( % )

Lembab Udara Relatif

desorpsi

adsorpsi

20 oC

35 oC

50 oC

Pati gandum

0 10050%



J u m l a h m o l e k u l t e r a d s o r b

s i

Tekanan

Jumlah molekul pada monolayer

Monolayer + 1 lpsn parsial

2 lpsn parsial



ISOTERM FREUNDLICH

Y = x/m = k . p1/n log x/m = log k + 1/n log p

log k = perpotongan dengan ordinat dan 1/n = kemiringan garis

ISOTERM LANGMUIR

Y = (ymbp)/(1+bp) Ym = kemiringan b = perpotongan garis

ISOTERM BRUNAUER, EMMET, TELLER

p 1 (b-1) p

────── = ────── + ────── ──────

Y (po-p) ym b ym b po

p = tekanan adsorbat (mm Hg)

y = uap teradsorpsi/ g adsorbenpo = tekanan uap saat adsorben jenuh dengan uap adsorbat

ym = jumlah uap teradsorpsi/satuan masa saat terbentuk lpsn monomolekular

b = konstanta proporsional thd panas ads lpsn I dan panas laten kondensasi lap II

Ha : panas adsorpsi



a d s o r b a t

tekanan

I

II

III

IV

V

VI

Antaraksi AT+AB sangat

kuat , Adsorpsi Kimia

Tipe LANGMUIR

Awal kurva konkaf

Orientasi AT datar

terhadap permukaan

Tipe BET, tp kondensasi Antaraksi lapisan

berikutnya lemah ( Ha >

Hv) dan terbentuk pd

P tinggi ssdh lapisan

monomolekular terjadi

Ha > Hv

Disertai kondensasi

kapiler

Antaraksi AT+AB sangat

lemah

Adsorpsi fisika

Tipe S

Ha < Hv

Tanpa kondensasi kapiler

Tipe S

Ha < Hv

Dengan kondensasi kapiler

Penetrasi AT sampai ke

bagian dalam AB

Absorpsi

p p

Hv : panas kondensasi



TIPE IV DENGAN HISTERESIS TIPE V DENGAN HISTERESIS



ADSORPSI STRIKHNIN PADA BERBAGAI JENIS TANAH LIAT

Konsentrasi Keseimbangan (c)

c/(x:m)

Atapulgit teraktivasi

Haloisit

Kaolin

0

1

5

10

80 12040

c/y = 1/b.y m + c/y m

c = konsentrasi keseimbangan

y = jumlah alkaloid (mg)

teradsorpsi per g tanah liat

y m = konstanta

b = konstanta, proporsional thd

delta panas ads. Lpsn 1 dgn panas kondensasi lpsn berikut

y = x/m

Persamaan Langmuir



PEMBASAHAN

p/c p/u

c/u

ZAT PADAT

= 0 o ≈ 18 0 o

< 90 o

= 90 o

> 90 o

Sudut kontak

Rumus Young : cos = ( p/u - p/c ) : c/u



MANFAAT SURFAKTAN

SURFAKTAN + HEKSIL RESORSINOL

AMONIUM KUARTENER

SURFAKTAN NON IONIK



AIR

MINYAK 1 = POTENSIAL KIMIA, Perubahan

Energi Bebas akibat pe+an mol zat 1

0 = POTENSIAL KIMIA, Perubahan

Energi Bebas akibat + variasi mol zat

Untuk Surfaktan berlaku:

Batas antar permukaan

m/a = 0 m/a + RT ln C m/a

Dalam larutan

1 = 0 + RT ln C

0 m/a < 0

= m/a



SURFAKTAN/TENSID

Senyawa organik non

ionik (propanol, asambutirat dll)

Adsorpsi negatif pada batas

permukaan dari molekul

terlarut terhidratasi kuat (NaCl,GULA, GLISEROL)

KONSENTRASI



Sudut bidang busa lamela

Gelembung busa

Busa polieder

BUSA TABLET KONTRASEPTIK

AEROSOL DERMATOLOGI

SIFAT ELEKTRIK BATAS PERMUKAAN



SIFAT ELEKTRIK BATAS PERMUKAAN

ADSORPSI ION DALAM

LARUTAN/AIR (ION OH - )

OH -

-

--

-

-

-

-

-

COO -

BERMUATAN

AKIBAT IONISASIGUGUS

KARBOKSILAT

-+

KD PARTIKEL & MEDIUM

MUATAN SEBAGAI FUNGSI pK dan pH



LAPISAN GANDA ELEKTRIK MENURUT NERNST

--

-+

++

+

+

+

+

+

++++

+ +

+++

++

++

++

+

+++

-

-

-----

--

-

-

-

--

--

-

-

-

-

--

-

---

- -

-

-

- -

--

-

-

-

--

-

-

++

+++++

+++++

+

++++

+

------

--

--

-

--

-

--

-

+

++

+

+

+

+

+

--

-

-

-

-

--

-

--

-

-

-

-

+

+

+

-

-

-

-

-

-

+

+

+

-

-

-

--

+ -

-

LAPISAN GANDA LISTRIK HELMHOLTZ

(lapisan yang teradsorpsi kuat pd permukaan

AIR

Lapisan listrik yang dapat bergeser

Daerah netral



LAPISAN GANDA ELEKTRIK MENURUT NERNST

-

++

++

++++

+

------

--

+

++

+

--

-

-

-

-

--

-

-

-

-

-

+

+

LAPISAN GANDA LISTRIK HELMHOLTZ

(lapisan yang teradsorpsi kuat pd permukaan

Lapisan listrik yang dapat bergeser

Daerah netral

V

POTENSIAL NERNST

POTENSIAL ZETA (100 mV)

POTENSIAL TERUKUR

LAPISAN GANDA LISTRIK NERNST

Fenomena Antarmuka

Documents

Transcript of Fenomena Antarmuka