WUJUD ZAT DAN KESETIMBANGAN FASE. Reference : Martin, et all., Physical Pharmacy

Transkripsi

1 WUJUD ZAT DAN KESETIMBANGAN FASE Reference : Martin, et all., Physical Pharmacy

2 Wujud Zat GAS MENGEMBUN MENGUAP CAIR PADAT PADAT MESOFASE CAIR

3 GAS HUKUM BOYLE P I PV=K V GAY-LUSSAC AND CHARLES V T V=kT P 1 V 1 P 2 V 2 P n V n K PV = nrt T 1 T 2 T n

4 R = konstanta gas ideal Volum 1 mol gas pada STP (0 o C, 1 atm) 22,4L R = (PV) : (nt) = 0,08205 L Atm mol -1 deg -1 ingat 1 atm = 76 cm Hg dan massa jenis air raksa 13,595 g cm -3 P dalam dyne cm -2, V dalam cm 3 R = 8,314 x 10 7 erg mol -1 deg -1 = 8,314 J mol -1 deg -1 = 8,314 J mol -1 deg -1 /4,184 J kal -1 = 1,987 kal mol -1 deg -1

5 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 o C semua cairan emnguap dan memberikan tekanan 1 atm. Berapa BM senyawa tersebut? (46 g/mol)

6 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 P PV = nrt PV = (m/bm)rt m/pv = BM/RT m VP

7 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

8 TEORI KINETIK MOLEKULER (Equation) PV = 1 / 3 nm c 2 PV = 1 / 3 nmµ 3PV n = jumlah partikel µ = m = masa 1 partikel nm 3RT 3P µ = µ = M d

9 PERSAMAAN VAN DER WALLS UNTUK GAS NYATA a P V 2 (V b) = RT an 2 P (V nb) = nrt V 2 a/v 2 adalah internal pressure menunjukkan atraksi antar molekul. B adalah excluded volume menunjukkan voleme gas yang sudah tidak bisa ditekan

10 WUJUD CAIR Gas Molekul interaction liquid 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

11 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

12 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

13 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 ( H v ), bervariasi tergantung suhu, tetapi dianggap sama pada rentang suhu yang sempit 4. Titik didih, dipengaruhi oleh tekanan atm 5. Kalor jenis/panas jenis.

14 Pengaruh Suhu Terhadap Tekanan Uap Persamaan Clausius Clapeyron: p 2 H v (T 2 T 1 ) Log---- = p 1 2,303RT 2 T 1 atau - H v 1 Ln p = konstanta R T

15 Contoh Soal Data pengaruh suhu terhadap tekanan uap Aceton: Suhu ( o C) Tekanan uap (cm Hg) 19 29, a. Panas Penguapan Molar b. Titik didihnya pada ruang bertekanan 1 atm c. Tekanan uap pada suhu 45 o C Jawab

16 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),

17 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 H 2 O, H 2, CO 2 NaCL, KNO 3, Na 2 SO 4 Intan, SiC, SiO 2 Na, Cu, Fe, Al

18 Sifat Khas Padatan Energi kristal/kisi 1 mol padat mjd gas terssn dari zarah yang menempati titik kisi Panas peleburan Molar ( H f ) Titik lebur (T o ), dipengaruhi oleh tekanan atm Persamaan Clapeyron T V l V s --- = T P H f

19 Contoh Soal: Berapakah titik beku air pada tekanan 2 atm jk ttk beku pada 1 atm = 273,16 K, H f = 1440 kal/mol, spesific grafity air 0,9988 g/ml, es 0,9168 g/ml

20 Mencari H f - H f 1 Ln X i 2 = konstanta R T H f (To T) - Log X 2 i = ,303RToT atau

21 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

22 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

23 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.

24 A. Nematik B. Smektik

25 Bagaimana bisa terbentuk? 1. Kristal cair thermotropik, pemanasan padatan, ex: pemanasan kholesterol benzoat pd 145 o C, menjadi cair pada 179 o C 2. Kristal cair liotropik, penambahan solven dalam padatan tertentu, ex: campuran trietanolamin dan asam oleat. Alami dalam tubuh: Jaringan otak, pembuluh darah, usus, syaraf.

26 KESETIMBANGAN FASE

27 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)

28 Contoh - contoh Air membentuk kesetimbangan dengan uapnya Campuran air dan alkohol membentuk kesetimbangan dengan uapnya Campuran air dan eter membentuk kesetimbangan dengan uapnya

29 Sistem satu komponen Diagram fase air Tekanan uap (mmhg) 4,58 C PADAT B O 0,0098 CAIR UAP Suhu ( O C) A 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) OA : Kurva tekanan Uap OB : Kurva titik leleh OC : Kurva Sublimasi

30 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

31 Sistem dua komponen cair - cair Diagram fase campuran fenol -air T ( O C) 50 0 A B C Kadar fenol dalam air 66,8 O C 100 H = temperatur konsulat maksimum A larutan fenol dalam air, C larutan air dalam fenol (1 fase, F = = 3, terkondensasi, F menjadi 2, suhu dan konsentrasi) B : 2 fase: air jenuh fenol dibagian atas dan fenol jenuh air (bawah), F=1

32 Contoh Soal 20 gram fenol dicampur dengan 30 gram air, dibiarkan mencapai kesetimbangan pada 50 O C. 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

33 Sistem 2 komponen padat cair Diagram fase campuran timol salol T ( O C) 13 T o Salol Cairan + padatan salol 1 Fase Cair E Padatan salol +padatan timol 34 % berat timol dalam salol T O Timol Cairan + padatan timol Pada titik Eutektik (E) terjadi kesetimbangan 1 fase cair dan 2 fase padat (F = = 1), karena terkondensasi F menjadi 0

34 Contoh Soal 70 gram timol dicampur dengan 30 gram salol dan dibiarkan mencapai kesetimbangan pada suhu 30 O C. 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

35 Campuran terner (3 komponen) Derajat bebas tertinggi F = = 4 Dianggap sistem terkondensasi, uap diabaikan Dikerjakan pada suhu tetap Tinggal konsentrasi yang divariasi Contoh : campuran air-emulgator-minyak Ditunjukkan dengan diagram terner

36 100 % TWEEN 100 % AIR 100 % VCO

37 100 % TWEEN 100 % AIR 100 % VCO

38 100 % TWEEN 100 % AIR 100 % VCO

39 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 % TWEEN bagaiana komposisi fase konjugatnya Berapakah berat tiap fase, berapakah emulgator harus ditambahkan supaya sistem menjadi satu fase 100 % AIR 100 % VCO