WUJUD ZAT DAN KESETIMBANGAN FASE Reference : Martin, et all., Physical Pharmacy
Wujud Zat MENGEMBUN
GAS
CAIR MENGUAP
PADAT PADAT
MESOFASE
CAIR
GAS HUKUM BOYLE P∞I PV=K V GAY-LUSSAC AND CHARLES V∞T V=kT P 1V 1 P 2V 2 P nV n K T1 T2 Tn
PV = nRT
R = konstanta gas ideal Volum 1 mol gas pada STP (0oC, 1 atm) 22,4L R = (PV) : (nT) = 0,08205 L Atm mol-1deg-1 ingat 1 atm = 76 cm Hg dan massa jenis air raksa 13,595 g cm-3
P dalam dyne cm-2, V dalam cm3 R = 8,314 x 107 erg mol-1deg-1 = 8,314 J mol-1deg-1 = 8,314 J mol-1deg-1/4,184 J kal-1 = 1,987 kal mol-1deg-1
Penentuan BM dengan persamaan gas ideal Metode Regnault dan Victor Meyer Contoh: 0,30 g cairan mudah menguap ditempatkan dalam ruangan 200 ml. Pada suhu 100 oC semua cairan emnguap dan memberikan tekanan 1 atm. Berapa BM senyawa tersebut? (46 g/mol)
Penentuan BM Hasil akan lebih bagus jika dibuat kurva hubungan p vs m/vp pada T konstan. Harga m/vp pada harga p limit 0 adalah kondisi yang ideal m VP
PV = nRT PV = (m/BM)RT m/PV = BM/RT P m VP
TEORI KINETIKA MOLEKULER PV=nRT perlu beberapa asumsi 1. Volume molekul gas diabaikan terhadap volume ruang (tekanan rendah, suhu tinggi) 2. Molekul gas tidak saling beratraksi (tekanan rendah) 3. Gerakan partikel gas random, energi kinetik, E = 3/2 RT 4. Tumbukan lenting sempurna
TEORI KINETIK MOLEKULER (Equation) PV = 1/3nm c2 3PV µ = -----nm 3RT µ = -----M
PV = 1/3nmµ
n = jumlah partikel m = masa 1 partikel
µ=
3P ----d
PERSAMAAN VAN DER WALLS UNTUK GAS NYATA a P + ------V2
(V – b) = RT
an2 P + ------ (V – nb) = nRT V2
a/V2 adalah internal pressure menunjukkan atraksi antar molekul. B adalah excluded volume menunjukkan voleme gas yang sudah tidak bisa ditekan
WUJUD CAIR Gas
liquid Molekul interaction
Binding force between molecules: 1. Van der wals force: dipole-dipole interaction (Keesom force), dipole-induced dipole force (Debyee force), induce dipole-induce dipole force (London force) 2. Ion-dipole force, ion-induce dipole force 3. Hidrogen bonding
METODE PENCAIRAN GAS Gas, t ↓ ----→ kecepatan dan energi kinetik molekul ↓ ----→ interaksi ↑ ---→ cair Gas ditekan ----→ interaksi ↑ ----→ cair Penurunan suhu: 1. Disimpan pada suhu dingin 2. Ekspansi Adiabatis untuk gas ideal 3. Efek Joule thomson untuk gas yang non ideal
Aerosol Sedian dispersi dalam gas, suatu aplikasi metode pencairan Menggunakan pembawa propelan yang berujud gas dalam suhu dan tekanan normal, cair pada suhu rendah atau tekanan tinggi Produksi pada suhu rendah tekanan normal Produksi pada suhu normal tekanan tinggi Jika digunakan terjadi perubahan wujud propelan menjadi gas
SIFAT KHAS CAIRAN 1. Tekanan uap kesetimbangan/tekanan uap jenuh/tekanan uap (P), dipengaruhi oleh suhu 2. Suhu kritik dan tekanan kritik 3. Panas penguapan molar (∆Hv), bervariasi tergantung suhu, tetapi dianggap sama pada rentang suhu yang sempit 4. Titik didih, dipengaruhi oleh tekanan atm 5. Kalor jenis/Panas jenis.
Pengaruh Suhu Terhadap Tekanan Uap Persamaan Clausius – Clapeyron: p2 ∆Hv (T2 – T1) Log---- = ----------------p1 2,303RT2T1
atau
- ∆Hv 1 Ln p = ------- ---- + konstanta R T
Contoh Soal Data pengaruh suhu terhadap tekanan uap Aceton: Suhu (oC) 20 30 40 50 Tekanan uap (cm Hg) 19 29,5 41 62 a. Panas Penguapan Molar b. Titik didihnya pada ruang bertekanan 1 atm c. Tekanan uap pada suhu 45oC Jawab
WUJUD PADAT
Padatan Amorf (Kristal Amorf), 1. tidak mempunyai bentuk kristal tertentu 2. Titik leleh tidak tentu 3. Energi ikat/kisi rendah →solubility tinggi Padatan Kristal (Kristal Kristalin) bagian terkecilnya disebut unit sel. Beberapa bentuk unit sel: Kubik (NaCl), tetragonal (Urea), heksagonal (iodoform), rombik/ortorombic (iodine), monoklin (sukrosa), triklin (asam borak),
Klasifikasi padatan kristal Nama
Molekuler
Ionik
Kovalen
Logam
Unit yang menempati titik kisi
Molekul
Ion + Ion -
Atom
Ion positif
Gaya ikat
Van der wals, kutub
Atraksi elektrostatik
Psangan elektron
Atraksi listrik ion + dg elektron
Sifat
Amat lunak, ttk lebur rendah, volatil, isolator
Amat keras dan rapuh, tl tinggi, isolator
Amat keras, tl amat tinggi, isolator
Keras/luna k, tl cukup tinggi, konduktor
Contoh
H2O, H2, CO2
NaCL, KNO3, Na2SO4
Intan, SiC, SiO2
Na, Cu, Fe, Al
Sifat Khas Padatan
Energi kristal/kisi→1 mol padat mjd gas terssn dari zarah yang menempati titik kisi Panas peleburan Molar (∆Hf) Titik lebur (To), dipengaruhi oleh tekanan atm Persamaan Clapeyron ∆T Vl – Vs --- = T ------------∆P ∆Hf
Contoh Soal: Berapakah titik beku air pada tekanan 2 atm jk ttk beku pada 1 atm = 273,16 K, ∆Hf = 1440 kal/mol, spesific grafity air 0,9988 g/ml, es 0,9168 g/ml
Mencari ∆Hf - ∆Hf 1 Ln X2i = -------- --- + konstanta R T ∆Hf (To –T)
- Log X2i = ------------------------2,303RToT
atau
Kelarutan dan titik leleh
Titik leleh menunjukkan gaya atraksi antar molekul penyusun padatan. Meleleh : ikatan antar molekul banyak yang putus Melarut : ikatan antar molekul putus membentuk ikatan baru dengan solven maka kelarutan akan meningkat dengan turunnya titk leleh
Polimorfi
Struktur kimia sama dapat membentuk padatan kristal yang berbeda, masing – masing bentuk disebut polimorf. Polimorf yang berbeda titik leleh dan kelarutan berbeda, bioavailabilitas berbeda Polimorf yang metastabil akan memberikan kelarutan yang lebih tinggi
MESOPHASE/KRISTAL CAIR Antara padatan dan cairan Cair : gerakan molekul bebas dan dapat berputar pada 3 sumbunya Padat : molekul tidak bergerak Mesofase : bergerak dan berputar tapi terbatas 1. SMEKTIK, gerakan molekul dua arah, berputar pada satu sumbu 2. NEMATIK, garakan molekul tiga ara, berputar pada 1 sumbu.
A. Nematik
B. Smektik
Bagaimana bisa terbentuk? Kristal cair thermotropik, pemanasan padatan, ex: pemanasan kholesterol benzoat pd 145oC, menjadi cair pada 179oC 2. Kristal cair liotropik, penambahan solven dalam padatan tertentu, ex: campuran trietanolamin dan asam oleat. Alami dalam tubuh: Jaringan otak, pembuluh darah, usus, syaraf. 1.
KESETIMBANGAN FASE
KESETIMBANGAN FASE Aturan fase dari J. Willard Gibs F=C–P+2 F : jumlah derajat bebas (degree of Freedom C : jumlah komponen (Components) P : jumlah fase (Phase)
Contoh - contoh
Air membentuk kesetimbangan dengan uapnya Campuran air dan alkohol membentuk kesetimbangan dengan uapnya Campuran air dan eter membentuk kesetimbangan dengan uapnya
Sistem satu komponen Diagram fase air B Tekanan uap
A
CAIR PADAT
(mmHg) 4,58
O
UAP
C 0,0098
Suhu (OC)
OA : Kurva tekanan Uap OB : Kurva titik leleh
Pada daerah padat murni/cairan murni/uap murni (1 fase), F = 2 (sistem bivarian) Pada sepanjang garis (2 fase), F =1 (sistem univarian) Pada titik triple (O) (3 fase), F = 0 (sistem invarian) OC : Kurva Sublimasi
Sistem terkondensasi
Sistem dua komponen, F tertinggi 3, perlu diagram tiga dimensi, susah Fase uap tidak digambarkan, sehingga tekanan uap diabaikan dan sistem dikerjakan pada tekanan 1 atm Tinggal variabel suhu dan konsentrasi, cukup diagram 2 dimensi Harga F hasil hitungan dikurangi satu
Sistem dua komponen cair cair Diagram fase campuran fenol -air
H = temperatur konsulat maksimum
66,8OC
T (OC)
A
B
A larutan fenol dalam air, C larutan air dalam fenol
C
50
(1 fase, F = 2 – 1+2 = 3, terkondensasi, F menjadi 2, suhu dan konsentrasi)
0
11
63 Kadar fenol dalam air
100
B : 2 fase: air jenuh fenol dibagian atas dan fenol jenuh air (bawah), F=1
Contoh Soal
20 gram fenol dicampur dengan 30 gram air, dibiarkan mencapai kesetimbangan pada 50 OC. 1. Berapa fase yang terbentuk, berapa berat fase (- fase) tersebut, dan konsentrasi fenol pada (tiap) fase 2. Jika terbentuk dua fase berapa jumlah air atau fenol harus ditambahkan supaya menjadi satu fase
Sistem 2 komponen padat cair Diagram fase campuran timol salol
T (OC)
TO Timol To Salol
Cairan + padatan 13 salol
1 Fase Cair
E
Cairan + padatan timol
Padatan salol +padatan timol
34 % berat timol dalam salol
Pada titik Eutektik (E) terjadi kesetimbangan 1 fase cair dan 2 fase padat (F = 2 – 3 +2 = 1), karena terkondensasi F menjadi 0
Contoh Soal
70 gram timol dicampur dengan 30 gram salol dan dibiarkan mencapai kesetimbangan pada suhu 30OC. 1. Berapa fase yang terbentuk 2. Bobot (tiap) fase berapa, konsentrasinya berapa 3. Berapa salol yang harus ditambahkan supaya menjadi 1 fase, berapa gram timol harus ditambahkan supaya menjadi 1 fase
Campuran terner (3 komponen)
Derajat bebas tertinggi F = 3 – 1 + 2 = 4 Dianggap sistem terkondensasi, uap diabaikan Dikerjakan pada suhu tetap Tinggal konsentrasi yang divariasi
Contoh : campuran air-emulgator-minyak Ditunjukkan dengan diagram terner
100 % TWEEN
100 % AIR
100 % VCO
100 % TWEEN
100 % AIR
100 % VCO
100 % TWEEN
100 % AIR
100 % VCO
100 % TWEEN
SOAL : Perhatikan kurva ini, daerah dibawah kurva adalah sistem 2 fase. Campuran air VCO dan emulgator sebanyak berturut –turut 50, 40, 10 g Dibiarkan mencapai kesetimbangan, terbentuk 2 fase. Fase bagian atas dianalisi ternyata mengandung air 15 %,
100 % AIR
bagaiana komposisi fase konjugatnya Berapakah berat tiap fase, berapakah emulgator harus ditambahkan supaya sistem menjadi satu fase
100 % VCO
