Tegangan permukaan dan antar muka merupakan gaya persatuan panjang yang bekerja pada permukaan dan antarmuka dua fasa yang tidak bercampur. Tegangan ini diukur menggunakan metode kapiler, cincin, dan bobot tetes yang melibatkan gaya tarik antara molekul. Tegangan antar muka lebih kecil dari tegangan permukaan karena adhesi antar dua cairan lebih besar dari adhesi cairan-udara.
1. i
KATA PENGANTAR
Dengan memanjatkan puji syukur kehadirat Allah SWT, karena rahmat dan
hidayah-Nya sehingga kesempatan ini kami dapat menyusun makalah kimia fisika ini
sebagaimana mestinya. Tidak lupa salam serta shalawat kepada junjungan kita nabi
besar Muhammad SAW beserta sahabatnya, karena tanpa adanya rahmat dan syafaat
Allah SWT dan Rasul-Nya, kita tidak akan pernah berada dimuka bumi ini.
Dalam penyusunan makalah ini selaku penulis, telah melakukan banyak cara
untuk memperoleh dan mendapatkan informasi-informasi yang mendukung
menyangkut masalah Kimia Permukaan dan Koloid yang bersumber dari media
elektronik. Kami telah berusaha dengan maksimal dalam penyusunan makalah kimia
fisika ini, kami yakin bahwa makalah ini sangan jauh dari kesempurnaan. Oleh
karena itu, kami sebagai penulis sangat mengharapkan saran dan kritik dari semua
pihak guna dalam penyempurnaan laporan ini serta menjadikan laporan ini menjadi
semakin bermanfaat, baik bagi kami selaku penulis maupun bagi para pembaca.
Akhir kata, kami mengucapkan terima kasih kepada pihak yang telah
membantu sehingga terselesaikannya laporan ini, semoga kita semua berada didalam
lindungan-Nya dan selalu mendapat ridho Allah SWT.
2. ii
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR.................................................................................................... i
DAFTAR ISI..................................................................................................................ii
DAFTAR GAMBAR ....................................................................................................iv
DAFTAR GRAFIK ....................................................................................................... v
BAB I PENDAHULUAN .............................................................................................1
BAB II ISI .....................................................................................................................3
2.1 Kimia Permukaan...........................................................................................3
2.2 Daerah Antar Muka ........................................................................................3
2.3 Tegangan Permukaan .....................................................................................5
2.4 Pengukuran Tegangan Antar Muka................................................................8
2.4.1 Metode Kapiler........................................................................................8
2.4.2 Metode Cincin.........................................................................................9
2.4.3 Metode Bobot Tetes ................................................................................9
2.4.4 Metode Menghitung Jumlah Tetes........................................................10
2.5 Sistem Antar Muka Cair - Cair.....................................................................11
2.5.1 Koefisien Sebar .....................................................................................11
2.5.2 Kerja Adhesi (Wa) ................................................................................11
2.5.3 Kerja Kohesi (Wc) ................................................................................12
2.6 Sistem Antar Muka Cair – Padat..................................................................12
2.6.1 Peristiwa Pembasahan...........................................................................12
2.6.2 Rumus Young........................................................................................14
2.6.3 Rumus Dupress .........................................................................................15
2.7 Sistem Antar Muka Pada – Gas (Adsorbsi)..................................................15
2.8 Isoterm Adsorpsi .........................................................................................16
2.8.1. Isoterm Adsorpsi Langmuir .......................................................................16
3. iii
2.8.2 Isoterm Adsorpsi Freundlich................................................................18
2.8.3 Faktor yang mempengaruhi Adsorbsi ...................................................19
2.9 Koloid ...........................................................................................................19
2.9.1 Jenis Koloid...........................................................................................22
2.9.2 Pembuatan Koloid.................................................................................24
2.9.3 Sifat Koloid ...........................................................................................27
2.10 Pemurnian Koloid .....................................................................................31
2.11 Pemanfaatan Koloid..................................................................................32
BAB III PENUTUP.....................................................................................................33
3.1 Kesimpulan...................................................................................................33
DAFTAR PUSTAKA .................................................................................................34
4. iv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Ilustrasi sistem dua fasa dengan dan tanpa daerah antar muka ................3
Gambar 2.2. Rangka kawat piston dengan film permukaan .........................................6
Gambar 2.3 model gelembung sabun............................................................................7
Gambar 2.4 Stalagnometer..........................................................................................10
Gambar 2.5 Pembasahan sempurna ............................................................................12
Gambar 2.6 Pembasahan tidak sempurna ...................................................................13
Gambar 2.7 tetesan – tetesan cairan............................................................................13
Gambar 2.8 Pendekatan isoterm adsorpsi Langmuir ..................................................17
5. v
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Jenis Fase Antar permukaan..........................................................................4
Tabel 2.2 Sudut kontak................................................................................................14
Tabel 2.3. Perbedaan adsorpsi fisik dan kimia ............................................................16
Tabel 2.4 Perbedaan antara Larutan, Koloid, dan Suspensi........................................21
Table 2.5 Beberapa Jenis Dispersi Koloid ..................................................................23
6. 1
BAB I
PENDAHULUAN
Tegangan permukaan zat cair merupakan kecenderungan permukaan zat cair
untuk menegang, sehingga permukaannya seperti ditutupi oleh suatu lapisan elastic.
Selain itu, tegangan permukaan juga diartikan sebagai suatu kemampuan atau
kecenderungan zat cair untuk selalu menuju ke keadaan yang luas permukaannya
lebih kecil yaitu permukaan datar atau bulat seperti bola atau ringkasnya didefinisikan
sebagai usaha yang membentuk luas permukaan baru. Dengan sifat tersebut zat cair
mampu untuk menahan benda-benda kecil di permukaannya. Seperti silet, berat silet
menyebabkan permukaan zat cair sedikit melengkung ke bawah tampak silet itu
berada. Lengkungan itu memperluas permukaan zat cair namun zat cair dengan
tegangan permukaannya berusaha mempertahankan luas permukaan-nya sekecil
mungkin.
Tegangan permukaan merupakan fenomena menarik yang terjadi pada zat cair
(fluida) yang berada dalam keadaan diam (statis). Tegangan permukaan
didefinisikan sebagai gaya F persatuan panjang L yang bekerja tegak lurus pada setia
garis di permukaan fluida.
Tegangan antar muka adalah gaya persatuan panjang yang terdapat pada
antarmuka dua fase cair yang tidak bercampur. Tegangan antar muka selalu lebih
kecil dari pad tegangan permukaan karena gaya adhesi antara dua cairan tidak
bercampur lebih besar dari pada adhesi antara cairan dan udara
Tegangan permukaan terjadi karena permukaan zat cair cenderung untuk menegang,
sehingga permukaannya tampak seperti selaput tipis. Hal ini dipengaruhi oleh adanya
gaya kohesi antara molekul air. Pada zat cair yang adesiv berlaku bahwa besar gaya
kohesinya lebih kecil dari pada gaya adesinya dan pada zat yang non-adesiv berlaku
sebaliknya. Salah satu model peralatan yang sering digunakan untuk mengukur
7. 2
tegangan permukaan zat cair adalah pipa kapiler. Salah satu besaran yang berlaku
pada sebuah pipa kapiler adalah sudut kontak, yaitu sudut yang dibentuk oleh
permukaan zat cair yang dekat dengan dinding. Sudut kontak ini timbul akibat gaya
tarik-menarik antara zat yang sama (gaya kohesi) dan gaya tarik-menarik antara
molekul zat yang berbeda (adesi).
Molekul biasanya saling tarik-menarik. Dibagian dalam cairan, setiap molekul
cairan dikelilingi oleh molekul-molekul cairan di samping dan di bawah. Di bagian
atas tidak ada molekul cairan lainnya karena molekul cairan tarik-menarik satu
dengan yang lainnya, maka terdapat gaya total yang besarnya nol pada molekul yang
berada di bagian dalam caian. Sebaliknya molekul cairan yang terletak di permukaan
di tarik oleh molekul cairan yang berada di samping dan bawahnya. Akibatnya, pada
permukaan cairan terdapat gaya total yang berarah ke bawah karena adanya gaya total
yang arahnya ke bawah, maka cairan yang terletak di permukaan cenderung
memperkecil luas permukaannya dengan menyusut sekuat mungkin. Hal ini yang
menyebabkan lapisan cairan pada permukaan seolah-olah tertutup oleh selaput elastis
yang tipis.
8. 3
α
β
Sistem dua fasa
β
α
Sistem dua fasa dengan
daerah antar muka
BAB II
ISI
2.1 Kimia Permukaan
adalah ilmu yang mempelajari fenomena yang terjadi pada antarmuka
dua fase zat, termasuk antarmuka padatan-cairan, padatan-gas, padatan-ruang
hampa, dan cairan-gas
2.2 Daerah Antar Muka
Pada pembahasan termodinamika terdahulu, setiap fasa dari suatu
sistem termodinamika dianggap sangat homogen, dengan sifat – sifat intensif
yang dianggap tetap. Tetapi jika efek permukaan diperhitungkan, maka
terlihat bahwa sifat – sifat molekul atau atom pada permukaan tidak sama jika
dibandingkan dengan molekul atau atom pada fasa ruah. Daerah tiga dimensi
yang membatasi dua fasa yang berbeda disebut sebagai daerah antar muka
(interphase / interface / interfacial region). Bila salah satu fasa yang terlibat
adalah fasa gas (udara), maka daerah antar muka dapat disebut permukaan
(surface region).
Gambar 2.1. Ilustrasi sistem dua fasa dengan dan tanpa daerah antar muka
9. 4
α dan β merupakan fasa ruah. Daerah antar muka adalah daerah
terarsir antara kedua fasa ruah, dengan ketebalan kurang lebih 3 molekul. Efek
permukaan / daerah antar muka sangat berpengaruh untuk sistem – sistem
seperti koloid (dimana perbandingan permukaan terhadap volume tinggi) atau
sistem gas – padat (dimana sejumlah gas dapat teradsorpsi pada padatan).
Pengetahuan tentang efek permukaan sangat penting dalam dunia industri dan
biologi. Banyak reaksi kimia yang berlangsung dengan bantuan katalis
heterogen, yang berfungsi sebagai permukaan tempat terjadinya reaksi.
Antar permukaan dapat dibagi menjadi beberapa jenis tergantung pada
fase yang dipisahkan
Tabel 2.1 Jenis Fase Antar permukaan
Emulsi = emulsi adalah campuran yang secara termodinamika tidak
stabil, yang terdiri dari dua cairan yang tidak tercampurkan.)
Suspensi= adalah suatu campuran fluida yang mengandung partikel
padat. Atau dengan kata lain campuran heterogen dari zat cair dan zat padat
yang dilarutkan dalam zat cair tersebut.)
10. 5
Dari sekian banyak jenis antar permukaan, maka di bagi lagi atas 2
kategori :
1.Antar permukaan cair : antar permukaan cair-gas dan cair-cair
2.Antar permukaan padat : antar permukaan padat-gas, padat-cair
Sedangkan antar permukaan padat-padat sudah sering digunakan yaitu pada
pembuatan tablet, proses granulasi. Selain itu sangat sedikit data yang
membicarakan ikatan antar partikel padat, maka jarang dibicarakan.
2.3 Tegangan Permukaan
Tegangan Permukaan (TP) adalah gaya per satuan panjang yang harus
diberikan sejajar pada permukaan untuk mengimbangi tarikan ke dalam.
Tegangan Antar Permukaan (TAP) adalah gaya persatuanpanjang yang
terdapat pada antar permukaan dua fase cair yang tidak bercampur.
TP atau TAP = γ = dyne/cm
Pada suatu tetesa cairan , molekul-molekul yang berada pada permukaan
memiliki sifat yang berbeda dengan molekul pada bagian dalam tetesan.
Molekul dalam cairan dikelilingi oleh molekul lain dari segala arah yang
memiliki daya tarik menarik yang sama.
Sedangkan molekul pada permukaan (yakni pada antar permukaan cair-
udara) hanya dapat memiliki daya tarik menarik dengan molekul lain yang
terletak di bawah atau disampingya.
Molekul ini dapat memiliki daya tarik menarik dengan molekul yang
menyusun fase lain yang terlibat dalam antar permukaan tersebut
11. 6
tapi pada antar permukaan cair-gas, antaraksi ini kecil dan bisa
diabaikan.
Molekul pada permukaan tetesan tersebut akan mengalami gaya tarik ke
arah dalam sehingga akan menyusutnya permukaan.
TAP selalu lebih kecil dari TP karena gaya adhesi antara dua fase
cair yang membentuk suatu antar permukaan lebih besar dibandingkan antar
cair-gas. Bila 2 cairan bercampur sempurna maka tidak ada TAP yang terjadi.
Untuk mendefinisikan tegangan permukaan, digambarkan suatu rangka
kawat yang disusun seperti piston. Di dalam rangka kawat tersebut terdapat
film permukaan yang luasnya dapat berubah bila tangkai piston ditarik.
Gambar 2.2. Rangka kawat piston dengan film permukaan
L
12. 7
Gaya (F) yang diperlukan untuk meregang film permukaan berbanding
lurus dengan panjang piston (l). Karena terdapat dua permukaan (depan dan
belakang) pada film, maka
l
F
2
atau )2( lF
Dimana :
γ = Tegangan Permukaan
F = Gaya
l = Panjang kawat
dimana γ adalah tegangan permukaan. Satuan tegangan permukaan
adalah kerja (energi) per satuan luas. Satuan SI untuk γ adalah adalah J/m2
atau N/m, sedangkan satuan cgs untuk γ adalah erg/cm2 atau dyn/cm.
1 erg/cm2 = 1 dyn/cm = 10-3 J/m2 = 10-3 N/m = 1 mN/m = 1 mJ/m2
Gambar 2.3 model gelembung sabun
13. 8
Perbedaan tekanan antar muka yang melengkung.
• W = 4 r2
• Mengkerut r berkurang dr
W = 8 (r – dr)2
= 8r2 - 8 r dr + 4(dr)2
• W = P x 4r2 x dr
2.4 Pengukuran Tegangan Antar Muka
2.4.1 Metode Kapiler
Apabila suatu pipa kapiler ditempatkan di dalam suatu cairan
dalam gelas piala, cairan ini biasanya naik ke atas pipa sampai suatu
jarak tertentu. Hal ini terjadi bila gaya adhesi antar molekul cairan
dengan dinding kapiler lebih besar dari gaya kohesi antar molekul
cairan. Cairan ini dikatakan membasahi dinding kapiler, menyebar
diatasnya dan naik dalam pipa.
𝛾 =
𝑟ℎ𝑝𝑔
2
Dimana :
γ = Tegangan Permukaan
h = Tinggi kenaikan fluida
p = Massa jenis
g = percepatan gravitasi
14. 9
2.4.2 Metode Cincin
Dikenal dengan nama Dunouy Tensiometer
Prinsip :
Gaya yang diperlukan untuk melepaskan sebuah cincin paltinum
iridium yang dicelupkan pada permukaan cairan sebanding dengan
tegangan permukaan cairan tersebut.
𝛾 =
𝑝𝑒𝑚𝑏𝑎𝑐𝑎𝑎𝑛 𝑑𝑖𝑎𝑙 (𝑑𝑦𝑛𝑒)
2𝑥𝑘𝑒𝑙𝑖𝑙𝑖𝑛𝑔 𝑐𝑖𝑛𝑐𝑖𝑛
𝑥𝑓𝑎𝑘𝑡𝑜𝑟 𝑘𝑜𝑟𝑒𝑘𝑠𝑖
2.4.3 Metode Bobot Tetes
Prinsip :
TP ditentukan oleh bobot jenis cairan yang menetes secara perlahan
dari ujung pipa yang berdiri tegak.
γ =
m. g
2 𝛑
f
Dimana :
γ = Tegangan Permukaan
m = Massa
g = percepatan gravitasi
f = factor koreksi
15. 10
Gambar 2.4 Stalagnometer
2.4.4 Metode Menghitung Jumlah Tetes
Prinsip :
Menghitung jumlah tetes yang dikandung suatu volume
tertentu yang akan diukur TP nya. Dalam hal ini harus diadakan
perbandingan dengan suatu cairan pembanding yang TP nya kira-kira
sama dengan cairan yang akan diukur.
16. 11
cairan 1 : cairan yang diukur
cairan 2 : cairan pembanding
𝛾1
𝛾2
=
𝑁2 𝑝2
𝑁2 𝑝2
Dimana :
N = Jumlah tetes dari suatu volume cairan
ρ = Bobot jenis cairan
2.5 Sistem Antar Muka Cair - Cair
2.5.1 Koefisien Sebar
Bila suatu zat seperti asam oleat ditaruh pada pemukaan air,
maka asam oleat dapat menyebar pada permukaan sebagai lapisan
film, bila harga koefisien sebarnya positif
S (+) Wa > Wc
Dimana :
Wa = Kerja Adhesi
Wc = Kerja Kohesi
Harga koefisien sebar sangat tergantung pada kerja adhesi dan kerja
kohesi
2.5.2 Kerja Adhesi (Wa)
Yaitu energi yang dibutuhkan untuk memisahkan /mematahkan
gaya tarik menarik antara molekul-molekul yang tidak sejenis atau
kerja yang dibutuhkan untuk memisahkan 2 cairan yang tidak
bercampur.
𝑊𝑎 = 𝛾1+ 𝛾2 − 𝛾12.
17. 12
2.5.3 Kerja Kohesi (Wc)
Adalah kerja yang dibutuhkan untuk memisahkan molekul
cairan yang menyebar sehingga ia dapat mengalir di atas lapisan
bawah.
𝑊𝑐 = 2𝛾1
suatu cairan dapat menyebar diatas cairan lain bila gaya adhesi
lebih besar dari gaya kohesi Wa > Wc
S = Wa – Wc
= (𝛾1+ 𝛾2 − 𝛾12.
) - 2𝛾1
= 𝛾2 - 𝛾1 − 𝛾12.
= 𝛾2- (𝛾1+𝛾12.
)
2.6 Sistem Antar Muka Cair – Padat
zat padat yang dapat berkontak dengan cairan dan molekul-molekul
antar permukaan dikatakan bahwa cairan dapat membasahi zat padat.
2.6.1 Peristiwa Pembasahan
1. Pembasahan Sempurna (S>0)
Gambar 2.5 Pembasahan sempurna
18. 13
2. Pembasahan tidak sempurna (S < 0)
Gambar 2.6 Pembasahan tidak sempurna
3. Berupa tetesan : cairan hanya berbentuk tetesan-tetesan saja
Gambar 2.7 tetesan – tetesan cairan
Penyebaran cairan diatas zat padat secara teoritis dapat
dihubungkan dengan koefisien sebar :
Cair – cair
S = 𝛾2 - (𝛾1+𝛾12)
Padat – cair
S = 𝛾 𝑝/𝑐 – (𝛾𝑐 + 𝛾 𝑝/𝑐)
Cairan dapat menyebar jika (S+) Tapi secara praktek penetuan
TP padat dan TAP padat-cair sangat sukar dilakukan, maka penetuan
dikakukan secara tidak langsung yaitu dengan mengukur sudut kontak
antar cairan – zat padat
19. 14
Sudut kontak : 0 – 180
Tabel 2.2 Sudut kontak
Agar koefisien sebar dari zat bertambah, maka pada pembuatan
sediaan ditambahkan zat pembasah (WETTING AGENT)
Zat pembasah bekerja mengecilkan sudut kontak antara zat
padat dengan cairan SUDUT KONTAK
Adalah sudut yang terbentuk antara tetesan cairan dan
permukaan padatan tempat dia menyebar.
2.6.2 Rumus Young
Rumus ini dikembangkan oleh Thomas Young Rumus ini
mengukur tegangan permukaan zat padat berdasarkan sudut kontak
antara zat padat dengan suatu cairan
𝛾𝑝 = 𝛾 𝑝/𝑐 + 𝛾𝑐 𝐶𝑜𝑠 𝛳
20. 15
2.6.3 Rumus Dupress
Merupakan kombinasi antara rumus young dengan rumus kerja
adhesi. Makin besar kerja adhesi (Wa) maka cairan makin mudah
menyebar.
𝑊𝑎𝑝𝑐 = 𝛾𝑐 + 𝛾𝑐 𝐶𝑜𝑠 𝛳
2.7 Sistem Antar Muka Pada – Gas (Adsorbsi)
Adsorpsi adalah peristiwa penyerapan / pengayaan (enrichment) suatu
komponen di daerah antar fasa. Pada peristiwa adsorpsi, komponen akan
berada di daerah antar muka, tetapi tidak masuk ke dalam fasa ruah.
Komponen yang terserap disebut adsorbat (adsorbate), sedangkan daerah
tempat terjadinya penyerapan disebut adsorben (adsorbent / substrate).
Berdasarkan sifatnya, adsorpsi dapat digolongkan menjadi adsorpsi fisik dan
kimia.
21. 16
Tabel 2.3. Perbedaan adsorpsi fisik dan kimia
Adsorpsi Fisik Adsorpsi Kimia
Molekul terikat pada adsorben oleh
gaya van der Waals
Molekul terikat pada adsorben oleh
ikatan kimia
Mempunyai entalpi reaksi – 4 sampai –
40 kJ/mol
Mempunyai entalpi reaksi – 40 sampai
– 800 kJ/mol
Dapat membentuk lapisan multilayer Membentuk lapisan monolayer
Adsorpsi hanya terjadi pada suhu di
bawah titik didih adsorbat
Adsorpsi dapat terjadi pada suhu tinggi
Jumlah adsorpsi pada permukaan
merupakan fungsi adsorbat
Jumlah adsorpsi pada permukaan
merupakan karakteristik adsorben dan
adsorbat
Tidak melibatkan energi aktifasi
tertentu
Melibatkan energi aktifasi tertentu
Bersifat tidak spesifik Bersifat sangat spesifik
2.8 Isoterm Adsorpsi
Percobaan adsorpsi yang paling umum adalah menentukan hubungan
jumlah gas teradsorpsi (pada adsorben) dan tekanan gas. Pengukuran ini
dilakukan pada suhu tetap, dan hasil pengukuran digambarkan dalam grafik
dan disebut isoterm adsorpsi.
2.8.1. Isoterm Adsorpsi Langmuir
Pada tahun 1918, Langmuir menurunkan teori isoterm adsorpsi
dengan menggunakan model sederhana berupa padatan yang
22. 17
mengadsorpsi gas pada permukaannya. Pendekatan Langmuir meliputi
lima asumsi mutlak, yaitu
1. Gas yang teradsorpsi berkelakuan ideal dalam fasa uap
2. Gas yang teradsorpsi dibatasi sampai lapisan monolayer
3. Permukaan adsorbat homogen, artinya afinitas setiap kedudukan
ikatan untuk molekul gas sama
4. Tidak ada antaraksi lateral antar molekul adsorbat
5. Molekul gas yang teradsorpsi terlokalisasi, artinya mereka tidak
bergerak pada permukaan
Gambar 2.8 Pendekatan isoterm adsorpsi Langmuir
Teori isoterm adsorpsi Langmuir berlaku untuk adsorpsi kimia,
dimana reaksi yang terjadi adalah spesifik dan umumnya membentuk
lapisan monolayer.
persamaan berdasarkan teori bahwa molekul atau atom gas akan
diadsorbsi pada tempat-tempat aktif dari zat padat membentuk suatu
lapisan 1 molekul (monolayer)
Fraksi dari pusat zat padat yang ditempati oleh molekul-molekul
gas pada pada tekanan p dilukiskan dengan θ dan fraksi yang tidak
ditempati molekul gas adalah
1 – θ
Kecepatan adsorbsi atau kondensasi molekul-molekul gas pada
permukaan (r1) sebanding dengan tempat yang tidak ditempati
r1 = k1 ( 1 - ϴ) p
lapisan adsorbat
monolayer
adsorben
23. 18
Kecepatan penguapan = kecepatan desorbsi dari molekul gas
yang terikat pada permukaan sebanding dengan fraksi permukaan yang
ditempati (θ)
r2 = k2 . ϴ
Pada Saat Kesetimbangan : r1 = r2
2.8.2 Isoterm Adsorpsi Freundlich
Adsorpsi zat terlarut (dari suatu larutan) pada padatan adsorben
merupakan hal yang penting. Aplikasi penggunaan prinsip ini antara
lain penghilangan warna larutan (decolorizing) dengan menggunakan
batu apung (charcoal?) dan proses pemisahan dengan menggunakan
teknik kromatografi.
Hubungan antara jumlah gas yang diadsorbsi secara fisika pada
suatu zat padat dengan tekanan/konsentrasi setimbang pada suhu
Dengan rumus :
𝑦 =
𝑥
𝑀
= 𝑘𝑝1/𝑛
y = massa gas yang diadsorbsi persatuan massa dari adsorben
X = jumlah gas yang diadsorbsi
M = massa adsorben
P = tekanan gas pada kesetimbangan
k dan n = konstanta yang bisa didapatkan dari hasil percobaan
24. 19
2.8.3 Faktor yang mempengaruhi Adsorbsi
1. SUHU = makin tinggi suhu, derajat adsorbsi makin kecil
2. KONSENTRASI ADSORBAT = Makin besar konsentrasi adsorbat
makin besar derajat adsorbsinya
3. BM (Berat Moekul) = Makin besar BM, derajat adsorbsi makin
besar
4. KELARUTAN = Makin kecil kelarutan suatu zat dalam pelarut
maka makin kuat Diabsorsinya
5. LUAS PERMUKAAN ADSORBSI = Serbuk yang halus dan
berpori mempunyai permukaan yang luas sehingga derajat
adsorbsinya tinggi
2.9 Koloid
Pada tahun 1861, Thomas Graham, seorang ahli kimia bangsa Inggris
melakukan percobaan untuk menguji perbedaan kemampuan aliran zat terlarut
dengan menggunakan kantong perkamen, air, kristal gula, lem perekat, dan
tepung kanji. Mula – mula gula, lem perekat, dan tepung kanji masing –
masing dilarutkan ke dalam air. Kemudian larutannya dimasukkan ke dalam
kantong perkamen, ditutup rapat dan direndam dalam air.
Dari percobaan tersebut ternyata molekul gula memiliki kemampuan
untuk merembes keluar menembus pori – pori perkamen sehingga keluar dari
kantong. Akan tetapi partikel kanji tidak dapat keluar dari kantong. Zat lain
yang dicobakan oleh Thomas Graham adalah zat perekat dengan percobaan
yang sama. Ternyata zat perekat tersebut sifatnya sama dengan sifat kanji,
yaitu tidak mampu menembus membran perkamen.
25. 20
Berdasarkan hasil percobaan tersebut, Graham memberikan gagasan
sebagai berikut.
1. Molekul gula dapat lolos dari membran perkamen, sedangkan kanji dan
perekat tidak dapat lolos dari membran perkamen. Hal ini dimungkinkan
karena ada perbedaan diameter molekul antara molekul kanji dengan
molekul gula. Molekul kanji mempunyai diameter lebih besar dari
diameter molekul gula.
2. Larutan gula yang berasal dari kristal gula dan semacamnya disebut
larutan yang berdifusi cepat atau kristaloid, sedangkan zat perekat, kanji,
dan susu, atau semacamnya yang bersifat lekat dan kental disebut koloid.
Pada perkembangan selanjutnya, penggolongan zat menjadi koloid dan
kristaloid tidak dapat dipertahankan karena banyak koloid dapat dikristalkan
dan kristaloid dapat dibuat koloid.
Pada tahun 1907, Ostwald mengemukakan istilah system terdispersi
dan medium pendispersi. System koloid terdiri dari fase terdispersi dengan
ukuran tertentu dalam medium pendispersi. Zat yang didispersikan disebut
fase terdispersi, sedangkan medium yang digunakan untuk mendispersikan
disebut medium pendispersi. Analogi dalam larutan, fase terdispersi adalah zat
terlarut sedangkan medium pendispersi adalah zat pelarut. Pada contoh
campuran susu dan air, fase terdispersi adalah partikel susu dan medium
pendispersinya adalah air.
Seorang kimiawan Jerman bernama Richard Zsigmondy, pada tahun
1912 mendesain mikroskop ultra untuk mengamati partikel – partikel terlarut
termasuk partikel koloid. Dari pengamatannya tersebut ternyata partikel
koloid mempunyai diameter molekul 10 7
cm - 105
cm. Mengapa harus
menggunakan mikroskop ultra? Karena hanya partikel yang ukuran
diameternya lebih besar dari 10 5
cm yang dapat dilihat dengan mikroskop
biasa.
26. 21
No. Larutan Koloid Suspensi
1. Ukuran partikel < 10 7
cm Ukuran partikel antara Ukuran partikel >10 5
cm
10 7
- 10 5
cm
2. Homogen Antara homogen dan Heterogen
heterogen
3. Satu fase Dua fase Dua fase
4. Jernih Keruh Keruh
5. Tidak memisah jika Tidak memisah jika Memisah jika didiamkan
didiamkan didiamkan
6. Tidak dapat disaring Tidak dapat disaring Dapat disaring dengan
dengan saringan biasa dengan saringan biasa saringan biasa
7. Tidak dapat disaring Dapat disaring dengan Dapat disaring dengan
dgn membran perkamen membran perkamen membran perkamen
8. Berbentuk ion, molekul Molekul besar, partikel Partikel besar
kecil
Tabel 2.4 Perbedaan antara Larutan, Koloid, dan Suspensi
27. 22
Dalam kehidupan sehari – hari, kita sering menemukan zat yang
tergolong larutan, koloid, dan suspensi.
Contoh larutan : larutan gula, larutan garam dapur, larutan cuka,
larutan alcohol, dan udara.
Contoh koloid : susu, santan, busa sabun, salad krim, margarine, lateks
dan asap.
Contoh suspensi : air sungai yang keruh, tanah liat dengan air, pasir
dengan air, dan air kapur.
2.9.1 Jenis Koloid
Seperti yang sudah diketahui bahwa wujud ( fase ) benda
terdiri dari padat, cair dan gas. Tiap wujud tersebut dapat menjadi
medium pendispersi ataupun fase terdispersi, kecuali untuk gas. Gas
sebagai fase perdispensi pada medium pendispersi tidak membentuk
koloid. Gas dengan gas merupakan campuran yang homogen.
Berdasarkan hal tersebut, sistem koloid dapat dibagi menjadi beberapa
jenis, seperti yang tercantum dalam table
28. 23
No. Fase Medium Fase Nama Koloid Contoh
Terdispersi Pendispersi Koloid
1. Gas Cair Cair Busa / buih Busa sabun
2. Gas Padat Padat Busa padat Karet busa
3. Cair Gas Gas Aerosol cair Embun
4. Cair Cair Cair Emulsi Susu
5. Cair Padat Padat Emulsi padat Mentega
6. Padat Gas Gas Aerosol padat Asap
7. Padat Cair Cair Sol Cat
8. Padat Padat Padat Sol padat Paduanlogam
Table 2.5 Beberapa Jenis Dispersi Koloid
a. Emulsi : sistem koloid yang fase terdispersi berupa zat cair dan
medium pendispersinya berupa zat cair. Bila medium
pendispersinya berupa zat padat dikenal dengan emulsi padat.
b. Sol : sistem koloid yang fase terdispersinya berupa zat
padat dan medium pendispersinya berupa zat cair. Bila medium
pendispersinya berupa zat padat, disebut sol padat.
c. Busa : sistem koloid yang fase terdispersinya berupa gas dan
medium pendispersiya berupa zat cair. Bila medium pendispersinya
berupa zat padat disebut busa padat.
d. Aerosol : sistem koloid yang medium pendispersinya berwujud
gas, sedangkan fase terdispersinya berupa zat cair atau zat padat.
29. 24
2.9.2 Pembuatan Koloid
Ukuran partikel koloid terletak antara partikel larutan dan
susupensi, sehingga sistem partikel koloid dapat dibuat dengan
pengelompokkan (agregasi) partikel larutan (cara ini disebut cara
kondensasi) atau dengan menghaluskan partikel-partikel kasar dari
suspensi, kemudian mendispersikannya ke dalam medium pendispersi
(cara dispersi).
1. Cara Kondensasi
Dengan cara kondensasi, partikel larutan sejati (molekul atau
ion) bergabung menjadi partikel koloid. Cara ini dapat dilakukan
dengan reaksi-reaksi kimia, seperti reaksi redoks, hidrolisis, dan
dekomposisi rangkap, atau dengan cara fisika: pengembunan uap dan
pergantian pelarut.
Cara Kimia
a. Reaksi Redoks (Reduksi-Oksidasi)
Reaksi redoks adalah reaksi yang disertai perubahan bilangan oksidasi.
Contoh 1:
Pembuatan sol belerang dari reaksi antara hidrogen sulfida (H2S)
dengan belerang dioksida (SO2), yaitu dengan mengalirkan gas H2S
ke dalam larutan SO2.
2 H2S(g) + SO2(aq) ⎯⎯→ 2 H2O(l) + 3 S (koloid)
Contoh 2:
Pembuatan sol emas dari reaksi antara larutan HAuCl4 dengan larutan
K2CO3 dan HCHO (formaldehida).
30. 25
2 HAuCl4(aq) + 6 K2CO3(aq) + 3 HCHO(aq) ⎯⎯→ 2 Au(koloid) + 5
CO2(g) + 8 KCl(aq) + KHCO3(aq) + 2 H2O(l)
b. Reaksi Hidrolisis
Hidrolisis adalah reaksi suatu zat dengan air.
Contoh:
Pembuatan sol Fe(OH)3 dari hidrolisis FeCl3. Apabila ke dalam air
mendidih ditambahkan larutan FeCl3, maka akan terbentuk sol
Fe(OH)3.
FeCl3(aq) + 3 H2O(l) ⎯⎯→ Fe(OH)3 (koloid) + 3 HCl(aq)
c. Reaksi Dekomposisi Rangkap
Contoh 1:
Sol As2S3 dapat dibuat dari reaksi antara larutan H3AsO3 dengan
larutan H2S.
2 H3AsO3(aq) + 3 H2S(aq) ⎯⎯→ As2S3(koloid) + 6 H2O(l)
Contoh 2:
Sol AgCl dapat dibuat dengan mencampurkan larutan perak nitrat
encer dengan larutan HCl encer.
AgNO3(aq) + HCl(aq) ⎯⎯→ AgCl(koloid) + HNO3(aq)
Cara Fisika
d. Pengembunan uap
Uap raksa yang dialirkan melalui air dingin dapat membentuk sol
raksa.
31. 26
e. Penggantian Pelarut
Selain dengan cara-cara kimia seperti di atas, koloid juga dapat terjadi
dengan penggantian pelarut.
Contoh:
Apabila larutan jenuh kalsium asetat dicampur dengan alkohol,
maakan terbentuk suatu koloid berupa gel.
2. Cara Dispersi
Dengan cara dispersi, partikel kasar dipecah menjadi partikel
koloid. Cara dispersi dapat dilakukan secara mekanik, peptisasi, atau
dengan loncatan bunga listrik (cara busur Bredig).
a. Cara Mekanik
Menurut cara ini, butir-butir kasar digerus dengan lumping atau
penggiling koloid sampai diperoleh tingkat kehalusan tertentu,
kemudian diaduk dengan medium dispersi.
Contoh:
Sol belerang dapat dibuat dengan menggerus serbuk belerang
bersamasama dengan suatu zat inert (seperti gula pasir), kemudian
mencampur serbuk halus itu dengan air.
b. Cara Peptisasi
Peptisasi adalah cara pembuatan koloid dari butir-butir kasar atau dari
suatu endapan dengan bantuan suatu zat pemeptisasi (pemecah). Zat
pemeptisasi memecahkan butir-butir kasar menjadi butir-butir koloid.
Contoh:
Agar-agar dipeptisasi oleh air, nitroselulosa oleh aseton, karet oleh
bensin, dan lain-lain. Endapan NiS dipeptisasi oleh H2S dan endapan
Al(OH)3 oleh AlCl3.
32. 27
c. Cara Busur Bredig (elektrodispersi)
Cara busur Bredig digunakan untuk membuat sol-sol logam. Logam
yang akan dijadikan koloid digunakan sebagai elektrode yang
dicelupkan dalam medium dispersi, kemudian diberi loncatan listrik di
antara kedua ujungnya. Mula-mula atom-atom logam akan terlempar
ke dalam air, lalu atom-atom tersebut mengalami kondensasi, sehingga
membentuk partikel koloid. Jadi, cara busur ini merupakan gabungan
cara dispersi dan cara kondensasi.
Contoh:
Pembuatan sol emas dan sol platina.
2.9.3 Sifat Koloid
1. Sifat Optik (Efek Tyndall) ditemukan oleh John Tyndall
Penampilan sistem koloid pada umumnya keruh, tapi beberapa
koloid tampak bening dan sukar dibedakan dengan larutan sejati. Salah
satu cara yang sangat sederhana untuk mengenali koloid yaitu dengan
melewatkan seberkas sinar kepada obyek yang diamati.
Larutan sejati akan meneruskan cahaya (transparan),
sedangkan koloid akan menghamburkan cahaya tetapi partikel
terdispersinya tidak tampak. Suspensi akan menghamburkan cahaya,
tetapi partikel terdispersinya tampak. Jadi, Efek Tyndall adalah
peristiwa penghamburan cahaya oleh partikel koloid.
2. Sifat Kinetik (Gerak Brown) ditemukan oleh Robert Brown
Apabila susu didiamkan untuk beberapa lama, kita tidak akan
mendapatkan endapan susu. Mengapa demikian? Hal ini dikarenakan
adanya gerak Brown.
33. 28
Gerak Brown adalah gerak acak (gerak tak beraturan; patah-patah;
zig-zag) partikel koloid dalam medium pendispersinya. Gerak Brown
dapat diamati menggunakan mikroskop ultra
Pada dasarnya, partikel-partikel dalam zat selalu bergerak.
Gerak Brown terjadi sebagai akibat adanya tumbukan dari molekul-
molekul pendispersi terhadap partikel terdispersi, sehingga partikel
terdispersi akan terlontar. Lontaran tersebut akan mengakibatkan
partikel terdispersi menumbuk partikel terdispersi yang lain dan
akibatnya partikel yang tertumbuk akan terlontar. Peristiwa ini terjadi
terus menerus yang diakibatkan karena ukuran partikel yang
terdispersi relatif besar dibandingkan medium pendispersinya. Gerak
Brown dipengaruh oleh ukuran partikel dan suhu.
Dalam suspensi tidak terjadi gerak Brown, karena ukuran
partikel cukup besar sehingga tumbukan yang dialaminya setimbang.
Partikel zat terlarut juga mengalami gerak Brown akan tetapi tidak
dapat diamati. Gerak Brown merupakan salah satu faktor yang
menstabilkan koloid. Partikel-partikel koloid relatif stabil, karena
partikelnya bergerak terus-menerus, maka gaya gravitasi dapat
diimbangi sehingga tidak terjadi sedimentasi (pengendapan).
3. Sifat Elektrik (Muatan Koloid)
Muatan koloid merupakan salah satu sifat koloid yang
terpenting. Muatan koloid juga merupakan faktor yang menstabilkan
koloid, di samping gerak Brown. Semua partikel koloid mempunyai
muatan sejenis (positif atau negatif). Oleh karena bermuatan sejenis
maka partikel-partikel koloid saling tolak-menolak, sehingga terhindar
dari pengelompokan antarsesama partikel koloid itu (jika partikel-
partikel koloid saling bertumbukan dan kemudian bersatu, maka lama-
34. 29
kelamaan dapat terbentuk partikel yang cukup besar dan akhirnya
mengendap).
Bagaimana partikel koloid memiliki muatan? Partikel koloid
dapat memiliki muatan karena adanya proses adsorpsi dan proses
ionisasi gugus permukaan partikel koloid. Beberapa sifat elektrik
koloid antara lain:
a. Elektroforesis
Elektroforesis adalah pergerakan partikel koloid dalam medan
listrik. Apabila ke dalam sistem koloid dimasukkan dua batang
elektrode, kemudian dihubungkan dengan sumber arus searah, maka
partikel koloid akan bergerak ke salah satu elektrode bergantung pada
jenis muatannya. Koloid bermuatan negatif akan bergerak ke anode
(elektrode positif), sedangkan koloid yang bermuatan positif bergerak
ke katode (elektrode negatif). Dengan demikian, elektroforesis dapat
digunakan untuk menentukan jenis muatan koloid.
b. Adsorpsi
Bagaimanakah partikel koloid mendapatkan muatan listrik?
Partikel koloid memiliki kemampuan menyerap ion atau muatan listrik
pada permukaannya. Oleh karena itu, partikel koloid menjadi
bermuatan listrik. Penyerapan pada permukaan ini disebut adsorpsi
(jika penyerapan sampai ke bawah permukaan disebut absorpsi).
Adsorpsi adalah proses penyerapan suatu zat di permukaan zat
lain. Sebagai contoh, penyerapan air oleh kapur tulis). Sol Fe(OH)3
dalam air mengadsorpsi ion positif sehingga bermuatan positif,
sedangkan sol As2S3 mengadsorpsi ion negatif sehingga bermuatan
negatif. Contoh pemanfaatan sifat adsorpsi koloid yaitu: proses
35. 30
pemurnian gula tebu, proses penyembuhan sakit perut dengan obat
norit, dan proses penjernihan air minum.
c. Koagulasi
Koagulasi atau penggumpalan adalah peristiwa pengendapan
partikel-partikel koloid sehingga fase terdispersi terpisah dari medium
pendispersinya. Koagulasi disebabkan oleh kestabilan untuk
mempertahankan partikel-partikel agar tetap tersebar dalam medium
pendispersinya.
Koagulasi dapat diakukan dengan cara mekanik (misal
pemanasan, pendinginan, dan pengadukan) dan dengan cara kimiawi,
misal penetralan silang (pencampuran dua jenis koloid yang
bermuatan berlawanan) atau penghilangan muatan elektrolisis, dan
penambahan elektrolit (pengkoagulasian karet alam/lateks dengan
asam asetat).
Contoh proses-proses yang memanfaatkan sifat koagulasi: proses
pengolahan karet, penjernihan air dengan tawas, proses terjadinya delta
pada muara, proses penggumpalan debu atau asap pabrik dengan
pesawat Cottrel.
4. Koloid Pelindung
Pada beberapa proses, suatu koloid harus dipecahkan.
Misalnya, koagulasi lateks. Di lain pihak, koloid perlu dijaga supaya
tidak rusak. Suatu koloid dapat distabilkan dengan menambahkan
koloid lain yang disebut koloid pelindung. Koloid pelindung adalah
koloid yang berfungsi melindungi koloid lain supaya tidak terjadi
koagulasi. Koloid pelindung ini akan membungkus partikel zat
terdispersi, sehingga tidak dapat lagi mengelompok.
36. 31
a. Pada pembuatan es krim digunakan gelatin untuk mencegah
pembentukan kristal besar es atau gula.
b. Cat dan tinta dapat bertahan lama karena menggunakan suatu koloid
pelindung.
c. Kasein dalam susu melindungi minyak atau lemak dalam medium
cair.
d. Lesitin merupakan pelindung yang menstabilkan butiran-butiran
halus air dalam margarin.
e. Larutan gom digunakan untuk melindungi partikel-partikel karbon
dalam tinta gambar.
2.10 Pemurnian Koloid
1. Dialisis
Dialisis adalah cara mengurangi ion-ion pengganggu yang
terdapat dalam sistem koloid denan menggunakan selaput semi
permeabel. Dalam proses ini, sistem koloid dimasukkan ke dalam
suatu kantong koloid, lalu kantong koloid itu dimasukkan ke dalam
bejana yang berisi air mengalir. Kantong koloid terbuat dari selaput
semipermiabel, yaitu selaput yang dapat melewatkan partikelpartikel
kecil, seperti ion-ion atau molekul sederhana, tetapi menahan koloid.
Dengan demikian, ion-ion keluar dari kantong dan hanyut bersama air.
Prinsip dialisis digunakan pada proses cuci darah bagi penderita ginjal
(blood dialysis).
2. Ultrafiltrasi
Pada proses ini, medium pendispersi dipaksa menembus
membrane semipermeabel dengan bantuan pompa air atau pompa
vakum.
37. 32
2.11 Pemanfaatan Koloid
Dalam kehidupan sehari-hari, kita sering menggunakan bahan-
bahan kimia berbentuk koloid. Bahan-bahan kimia tersebut dibuat oleh
industri. Mengapa harus koloid? Oleh karena koloid merupakan satu-
satunya cara untuk menyajikan suatu campuran dari zat-zat yang tidak
saling melarutkan secara “homogen” dan stabil (pada tingkat
makroskopis atau tidak mudah rusak).
Industri Kosmetik Bahan kosmetik, seperti foundation, pembersih
wajah, sampo, pelembap badan, deodoran umumnya berbentuk
koloid yaitu emulsi.
Industri Tekstil Pewarna tekstil berbentuk koloid karena
mempunyai daya serap yang tinggi, sehingga dapat melekat pada
tekstil.
Industri Farmasi Banyak obat-obatan yang dikemas dalam bentuk
koloid agar stabil atau tidak mudah rusak.
Industri Sabun dan Detergen Sabun dan detergen merupakan
emulgator untuk membentuk emulsi antara kotoran (minyak)
dengan air, sehingga sabun dan detergen dapat membersihkan
kotoran, terutama kotoran dari minyak.
Industri Makanan Banyak makanan dikemas dalam bentuk koloid
untuk kestabilan dalam jangka waktu cukup lama
38. 33
BAB III
PENUTUP
3.1 Kesimpulan
1. Tegangan permukaan zat cair merupakan kecenderungan permukaan zat
cair untuk menegang, sehingga permukaannya seperti ditutupi oleh suatu
lapisan elastic
2. Kimia Permukaan adalah ilmu yang mempelajari fenomena yang terjadi
pada antarmuka dua fase zat, termasuk antarmuka padatan-cairan,
padatan-gas, padatan-ruang hampa, dan cairan-gas
3. Satuan Tegangan Permukaan adalah dyne/cm
4. Pengukuran Tegangan Antar Permukaan dapat diukur menggunakan 4
metode yaitu Metode Kapiler , Metode Cincin, Metode Bobot Tetes,
Metode Menghitung Jumlah Tetes
5. Koefisien Sebar dipengaruhi oleh Kerja Adhesi dan Kerja Kohesi
6. Adsorpsi adalah peristiwa penyerapan / pengayaan (enrichment) suatu
komponen di daerah antar fasa
7. Koloid adalah suatu bentuk campuran yang keadaannya terletak antara
larutan dan suspensi (+Campuran kasar).
