BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

Transkripsi

1 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1.Deterjen Suatu deterjen (dari bahasa Latin detergere, menyeka) adalah molekul yang sama seperti sabun, membentuk missel dalam air dan emulsi lemak dan minyak. Deterjen sintetis yang biasa sering digunakan adalah natrium alkilbenzenesulfonat, Deterjen mirip dengan sabun yang memiliki sebuah grup ion dan suatu hidrokarbon berantai panjang tetapi pasti menguntungkan. Ketidak untungan sabun muncul bila digunakan dalam air sadah, yang mengandung kation logam-logam tertentu seperti Ca, Mg, Ba, Fe, dan Fe. Kation-kation tersebut menyebabkan garamgaram natrium atau kalium dari asam karboksilat yang semula larut menjadi garamgaram karboksilat yang tidak larut. 5 Rantai alkil sebaiknya tidak bercabang. Alkil benzenasulfonat yang bercabang bersifat tidak dapat didegradasi oleh jasad renik (biodegradable). Deterjen ini mengakibatkan masalah polusi berat pada tahun 1950-an, yaitu berupa buih pada unitunit penjernihan serta di sungai dan danau-danau. Sejak tahun 1965, digunakan alkil benzenasulfonat yang tidak bercabang. Deterjen jenis ini mudah didegradasi secara biologis oleh mikroorganisme dan tidak berakumulasi di lingkungan kita. 6 Deterjen pertama kali dikenalkan pada tahun 1933 yang dianggap lebih efektif dalam air sadah. Deterjen memiliki dua kesamaan karakteristik struktur yang dilakukan oleh sabun: 5 Richey, G.H., Chemistry. The Pennsylvania State University. New Jersey. 6

2 1. Memiliki suatu rantai panjang, nonpolar, hidrofobik, hidrokarbon, yang mana larut dalam lemak dan minyak 2. Mereka memiliki suatu ujung polar dan hidrofilik yang mana larut dalam air. Sebagian besar deterjen sekarang ini adalah biodegradable. Yang berarti bahwa deterjen tersebut dapat secara cepat dimetabolisme oleh mikroorganisme dalam suatu kotoran pembuangan tanaman dan tidak dibebaskan kedalam lingkungan. Untuk deterjen yang biodegradable, rantai panjang alkil harus diputus. Deterjen yang digunakan pada tahun an memiliki rantai bercabang yang tidak biodegradable. 7 Sebagian besar kotoran pada pakaian atau kulit melekat menjadi suatu lapisan tipis dari minyak. Jika lapisan minyak dapat diubah menjadi partikel-partikel kotoran maka akan mudah dibersihkan. Suatu molekul sabun terdiri dari panjangnya hidrokarbon dimana rantai atom karbon dengan sifat polar atau grup ionik pada ujungnya. Rantai karbon adalah lipofilik (mengikat atau larut dalam lemak dan minyak), dan ujung polarnya adalah hidrofilik (mengikat atau larut dalam air). Ketika sabun tercampur dengan air, akan terbentuk suatu dispersi koloid. Larutan sabun ini terdiri dari agregat molekul sabun yang disebut misel. Ujung nonpolar atau hidrofilik dari molekul secara langsung menuju pusat micelles ujung molekul yang polar atau hidrofilik membentuk permukaan dari misel yang hadir pada air. Ekor lipofilik pada molekul sabun tidak larut dalam minyak. Ujung hidrofilik memperpanjang minyak jatuh ke dalam air. 8 7 Bailey, S.P, Organic Chemistry. Third edition. California Polytechnic State University. San Luis Obispo. 8 Hart, H., Organic Chemistry A Short Course. Eight edition. Houghton Mifflin Company. Boston.

3 Pencucian adalah proses membersihkan suatu permukaan benda padat dengan bantuan larutan pencuci melalui suatu proses kimia-fisika yang disebut deterjenasi. Sifat utama dari kerja deterjenasi adalah membasahi permukaan yang kotor kemudian melepaskan kotoran. Pembasahan berarti penurunan tegangan muka padatan-cair. Pencucian pada permukaan atau pelepasan kotoran berlangsung dengan jalan mendispersikan dan mengemulsi kotoran, lalu dengan bantuan aksi mekanik kotoran menjadi terlepas dari permukaan benda padat. Kotoran padat dapat melekat karena adanya pengaruh: ikatan minyak, gaya listrik statik, dan ikatan hidrogen. Penambahan sedikit alkali membantu daya deterjensi dari sabun, tetapi dapat mendorong terjadinya hidrolisa. Alkali digunakan untuk menjaga ph larutan. Deterjen cair biasanya menggunakan bahan pelarut organik sebagai pelengkap dan penambah daya deterjenasi dan diperlukan untuk kotoran-kotoran yang sulit dihilangkan atau berlemak Komponen Penyusun Deterjen Pada umumnya, deterjen mengandung bahan-bahan berikut: Builder Builder adalah suatu bahan yang dapat menambah kerja dari bahan penurun tegangan permukaan dengan cara menonaktifkan mineral penyebab kesadahan air. Builders digunakan untuk melunakkan air sadah dengan cara mengikat mineralmineral yang terlarut, sehingga surfaktan dapat berkonsentrasi pada fungsi utamanya. Builder juga membantu menciptakan kondisi keasaman yang tepat agar proses pembersihan dapat berlangsung lebih baik serta membantu mendispersikan dan mensuspensikan kotoran yang telah lepas. 9 Schwartz, A.M Surface Aktive Agents and Detergents. Interscience Publisher, Inc, New York

4 Dalam pembuatan detergen, builder sering ditambahkan dengan maksud menambah kekuatan daya cuci dan mencegah mengendapnya kembali kotorankotoran yang terdapat pada pakaian yang akan dicuci. Contohnya: Sodium Tri Poli Phosphat (STPP), Nitril Tri Acetat (NTA), Ethylene Diamine Tetra Acetate (EDTA) Filler Filler (pengisi) adalah bahan tambahan deterjen yang tidak mempunyai kemampuan meningkatkan daya cuci, tetapi menambah kuantitas Bahan ini berfungsi sebagai pengisi dari seluruh campuran bahan baku. Pemberian bahan ini berguna untuk memperbanyak atau memperbesar volume. Keberadaan bahan ini dalam campuran bahan baku sabun semata-mata ditinjau dari aspek ekonomis. Namun selain digunakan sebagai pembantu proses, bahan pengisi ini juga berfungsi meningkatkan kekuatan ionik dalam larutan pencuci. Contoh Sodium sulfat, sodium klorida Aditif Aditif adalah bahan suplemen / tambahan untuk membuat produk lebih menarik, misalnya pewangi, pelarut, pemutih, pewarna dst, tidak berhubungan langsung dengan daya cuci deterjen. Additives ditambahkan lebih untuk maksud komersialisasi produk. Contoh : Enzim, Boraks, Sodium klorida, Carboxy Methyl Cellulose (CMC) Surfaktan Surfaktan (surface active agent) merupakan zat aktif permukaan yang sekaligus memiliki gugus hidrofilik dan gugus lipofilik sehingga dapat mempersatukan campuran yang terdiri dari air dan minyak. Aktifitas surfaktan diperoleh karena sifat ganda dari molekulnya. Molekul surfaktan memiliki bagian polar yang suka akan air (hidrofilik) dan bagian non polar yang suka akan minyak/lemak (lipofilik). Bahan aktif ini berfungsi menurunkan tegangan permukaan air sehingga dapat melepaskan kotoran yang menempel pada permukaan bahan wordpress.com/2010/08/28/surfaktant-deterjen-sabun-revisi/

5 ekor hidrofobik ekor hidrofilik Gambar.2.1. Lambang umum untuk suatu surfaktan Pembagian Surfaktan a. Surfaktan anionik Surfaktan anionik merupakan surfaktan dengan bagian aktif pada permukaannya mengandung muatan negatif. Contoh dari jenis surfaktan anionik adalah Linier Alkil Benzene Sulfonat (LAS), Alkohol Sulfat (AS), Alkohol Eter Sulfat (AES), Alpha Olefin Sulfonat (AOS). SO 3 - Na + Gambar 2.2. Struktur Linier Alkilbenzen Sulfonat b. Surfaktan kationik Surfaktan ini merupakan surfaktan dengan bagian aktif pada permukaannya mengandung muatan positif. Surfaktan ini terionisasi dalam air serta bagian aktif pada permukaannya adalah bagian kationnya. Contoh jenis surfaktan ini adalah ammonium kuarterner. c. Surfaktan nonionik Surfaktan yang tidak terionisasi di dalam air adalah surfaktan nonionik yaitu surfaktan dengan bagian aktif permukaanya tidak mengandung muatan apapun, contohnya: alkohol etoksilat, polioksietilen (R-OCH 2 CH).

6 d. Surfaktan ampoterik Surfaktan ini dapat bersifat sebagai non ionik, kationik, dan anionik di dalam larutan, jadi surfaktan ini mengandung muatan negatip maupun muatan positip pada bagian aktif pada permukaannya. Contohnya: Sulfobetain (RN + (CH 3 ) 2 CH 2 CH 2 SO - 3. Surfaktan-surfaktan menurunkan tegangan permukaan air dengan mematahkan ikatan-ikatan hidrogen pada permukaan. Mereka melakukan ini dengan menaruh kepala-kepala hidrofiliknya pada permukaan air dengan ekor-ekor hidrofobiknya terentang menjauhi permukaan air Koloid Koloid merupakan dispersi partikel kecil dari suatu material ke dalam material lain. kecil berarti diameternya kurang dari 500 nm (sekitar panjang gelombang sinar). Secara umum, partikel itu merupakan kumpulan dari sejumlah atom atau molekul, tetapi terlalu kecil untuk dilihat dengan mikroskop optik biasa. Partikel ini melewati kertas saring, tetapi dapat dideteksi dengan hamburan sinar, sedimentasi dan osmosis. Nama yang diberikan kepada koloid bergantung pada kedua fasa yang terlibat. Sol adalah disperse padatan dalam cairan (seperti kumpulan atom panas dalam air) atau padatan dalam padatan (seperti kaca rubi, yang merupakan sol emas dalam kaca, dan mendapatkan warnanya karena hamburan). Aerosol merupakam dispersi cairan dalam gas (seperti kabut) dan padatan dalam gas (seperti asap); partikelnya seringkali cukup besar untuk dilihat dengan mikroskop. Emulsi merupakan disperi cairan dalalm cairan (seperti susu) Myers, D Surfactant Science and Technology. New Jersey : Jhon Wiley and Son, Inc.

7 12 Atkins, P.W Kimia Fisik. Jilid 2. Erlangga. Jakarta Pembagian Koloid Berdasarkan cara pembentukannya koloid dibedakan menjadi koloid disperse, koloid asosiasi dan koloid makromolekul. 1. Koloid Dispersi, yaitu koloid yang terbentuk dari penyebaran (dispersi) partikel-partikel kecil yang tidak larut dalam medium (fasa pendispersi) dengan membentuk agregat molekul atau atom yang sangat banyak. Contohnya: disperse koloid emas (Au) dan Belerang (S) 2. Koloid asosiasi, yaitu kolid yang terbentuk dari gabungan (asosiasi) molekulmolekul kecil, atom atau ion yang larut dalam medium sehingga membentuk agregat-agregat molekul yang disebut misel. Contoh: larutan sabun dan deterjen. 3. Koloid Makromolekul, yaitu koloid yang terbentuk dari molekul tunggal yang sangat besar (makromolekul), contoh: protein dan polimer tinggi sepereti karet dan plastik. Partikel-partikel suatu zat senantiasa bergerak. Gerakan tersebut dapat bersifat acak seperti pada zat cair dan gas, atau hanya bervibrasi di tempat seperti pada zat padat. Untuk sistem koloid dengan medium pendispersi zat cair atau gas, pergerakan partikel-partikel akan menghasilkan tumbukan dengan partikel-partikel koloid itu sendiri. Tumbukan tersebut berlangsung dari segala arah. Oleh karena ukuran partikel cukup kecil, maka tumbukan yang terjadi cenderung tidak seimbang. Sehingga terdapat suatu resultan tumbukan yang menyebabkan perubahan arah gerak partikel sehingga terjadi gerak zigzag atau gerak Brown. Semakin kecil ukuran partikel koloid, semakin cepat gerak Brown terjadi. Demikian pula, semakin besar ukuran partikel kolopid, semakin lambat gerak Brown yang terjadi. Hal ini menjelaskan mengapa gerak Brown sulit diamati dalam larutan dan tidak ditemukan dalam zat padat (suspensi).

8 Gerak Brown juga dipengaruhi oleh suhu. Semakin tinggi suhu sistem koloid, maka semakin besar energi kinetik yang dimiliki partikel-partikel medium pendispersinya. Akibatnya, gerak Brown dari partikel-partikel fase terdispersinya semakin cepat. Demikian pula sebaliknya, semakin rendah suhu sistem koloid, maka gerak Brown semakin lambat 2.4.Kegunaan Koloid pada Bahan Pencuci Larutan pencuci atau deterjen dapat digunakan untuk membersihkan kotoran pada pakaian. Fungsi dari zat ini adalah sebagai pengemulsi minyak dalam air. Sabun akan terionisasi dalam air menjadi Na + dan anion asam lemak. Bagian ujung lemak yang bermuatan negatip bersifat polar sehingga larut dalam air dan ujung lainnya bersifat non polar dan cenderung larut dalam minyak. Hal ini menyebabkan kotoran yang berupa tetesan-tetesan minyak larut dalam air sehingga mudah lepas pada saat pembilasan. 2.5.Tegangan Permukaan Permukaan zat cair mempunyai sifat ingin meregang, sehingga permukaannya seolah-olah ditutupi oleh suatu lapisan yang elastis. Hal ini disebabkan adanya gaya tarik menarik antara partikel sejenis di dalam zat cair sampai ke permukaan. Di dalam cairan, tiap molekul ditarik oleh molekul lain yang sejenis di dekatnya dengan gaya yang sama ke segala arah. Akibatnya tidak terdapat sisa (resulton) gaya yang bekerja pada masing-masing molekul. Pada permukaan cairan, tiap molekul ditarik oleh molekul sejenis di dekatnya dengan arah hanya kesamping dan ke bawah, tetapi tidak ditarik oleh molekul di atasnya karena diatas permukaan cairan berupa fase uap(udara) dengan jarak antara molekul sangat renggang.

9 Akibatnya terdapat perbedaan gaya tarik, sehingga ada sisa gaya yang bekerja pada lapisan atas cairan. Gaya tersebut mengarah ke bawah karena molekul di bawah permukaan cairan jumlahnya lebih banyak dan jarak antara molekul lebih rapat. Adanya gaya atau tarikan ke bawah menyebabkan permukaan cairan berkontraksi dan berada dalam keadaan tegang. Tegangan ini disebut dengan tegangan permukaan. Adanya tegangan permukaan menyebabkan permukaan cairan sepereti ditutupi oleh hamaparan selaput yang elastis, sehingga mampu menahan suatu benda untuk terapung. Selain itu, akibat adanya tegangan permukaan zat cair selalu berusaha untuk menyusut atau mendapatkan luas permukaan terkecil karena bentuk ini dianggap mempunyai energi yang paling rendah (paling stabil). Bentuk yang paling memenuhi keadaan ini adalah bujur telur(sferik). Sifat cenderung untuk memperkecil luas permukaan inilah yang menyebabkan tetesan-tetesan cairan berbentuk bulat Fenomena lain yang berhubungan dengan tegangan permukaan adalah terbentuknya meniscus apabila cairan dimasukkan ke dalam tabung reaksi. Air yang membasahi dinding kapiler dan akan naik sehingga lebih tinggi daripada permukaan air sekitarnya, spons yang dapat menyerap air ataupun air yang dapat meresap ke dalam tanah merupakan beberapa contoh yang menunjukkan bahwa tegangan permukaan itu memang ada. 13 Tegangan permukkan (γ) suatu cairan dapat didefinisikan sebagai banyaknya kerja yang dibutuhkan untuk memperluas permukaan cairan sebanyak satu satuan luas. Pada satuan cgs, γ dinyatakan dalam erg cm -2 atau dyne cm -1. Dalam satuan SI, γ dinyatakan dalam N m -1. Kedua besaran tadi saling berhubungan berdasarkan hubungan 1 dyne cm -1 = 10-3 N m Yazid. E Kimia Fisika Untuk Paramedis. Penerbit Andi Offset. Yogyakarta. 14 Dogra, S. K Kimia Fisik dan Soal-Soal. Cetakan Pertama. UI-Press. Jakarta

10 2.5.1.Faktor-faktor yang Mempengaruhi Tegangan Permukaan Tegangan permukaan cairan γ, berbeda-beda bergantung pada jenis cairan dan suhu. Pada umumnya cairan yang memiliki gaya tarik antara molekulnya besar seperti air, maka tegangan permukaannya juga besar. Sebaliknya pada cairan seperti bensin karena gaya tarik antara molekulnya kecil, maka tegangan permukaannya juga kecil. Perubahan pada temperatur menyebabkan suatu perubahan dalam tegangan permukaan suatu cairan. Ketika temperature dinaikkan, ada peningkatan energi kinetic dari molekul cairan (KE T) dimana molekul-molekul cairan bergerak lebih cepat dan pengaruh interaksi antara molekul berkurang sehingga tegangan permukaannya menurun atau adanya penurunan gaya intermolecular. Ini menghasilkan penurunan pada fungsi tekanan kedalam pada permukaan dari cairan. Dengan kata lain tegangan permukaan menurun dengang meningkatnya temperatur. 15 Adanya zat terlarut pada cairan dapat menaikkan atau menurunkan tegangan permukaan tergantung sifat zat teralarutnya. Zat terlarut dengan susunan kimia sama hampir tidak berpengaruh. Untuk air adanya elektrolit anorganik dan non elektrolit tertentu seperti sukrosa dan gliserin menaikkan tegangan permukaan. Sedangkan adanya zat-zat sepereti sabun, detergen dan alcohol adalah efektif dalam menurunkan tegangan permukaan atau tegangan antara muka. Zat ini sering disebut dengan surface active agents atau surfaktan. Penurunan tegangan permukaan oleh sabun menyebabkan perlusan film air dengan pembentukan gelembung atau busa. Ada hubungan antara besar kecilnya tegangan permukaan cairan dengan kemampuannya untuk membasahi benda. Makin kecil nilai γ suatu cairan, makin besar kemampuan cairan tersebut membasahi benda.. 15 Bahl, B.S., Essentials of Physical Chemistry. S.Chand & Company LTD. New Delhi

11 Hubungan ini banyak dimanfaatkan dalam kehidupan sehari-hari; misalanya unutk menghasilkan cucian pakaian agar lebihi bersih dapat digunakan air panas atau air sabun. Keduanya dapat menurunkan γ air,sehingga meningkatkan kemampuapn air membasahi kotoran pakaaian. Akibatnya kotoran mudah larut dan terbawa oleh air pada saat pembilasan. Alcohol dan antiseptic yang dipakai mengobati luka selain memiliki daya bunuh kuman yang baik juga memiliki γ yang rendah, sehingga dapat membasahi seluruh permukaan luka Pengukuran Tegangan Permukaan Metode Kenaikan Pipa Kapiler Tegangan permukaan yang dapat diukur selain antara permukaan cairan dan gas, juga tegangan permukaan antara suatu cairan dengan cairan lain. Cara yang paling sederhana dan mudah adalah dengan menggunkan metode kapiler. Pada metoda ini, sebuah tabung kapiler yang bersih dengan jari-jari diamasukkan ke dalam cairan yang akan diukur tegangan permukaannya. Permukaan cairan akan naik sampai gaya gravitasi sama dengan gaya ke atas yang disebabkan tegangan permukaan. 17 Pada gambar 2.4 ditunjukkan suatu pipa kapiler kaca dimasukkan kedalam suatu wadah berisi air yang akan ditentukan. Semua cairan yang membasahai gelas akan naik ke dalam pipa, dan inilah kenaikan pipa kapiler yang dapat digunakan untuk menentukan tegangan permukaaan. 16 Yazid, E, Op Cit. 17 Bird, T Kimia Fisik Untuk Universitas. P.T. Gramedia. Jakarta.

12 Gambar2.3. Proses Kenaikan Cairan pada Pipa Kapiler Kenaikan cairan dapat dimengerti jika ini diasumsikan bahwa film tipis diadsorbsi dari cairan yang ada dalam dinding kapiler. Supanya mengurangi total area permukaan, cairan manaiki pipa. Kesetimbangan dicapai ketika energi bebas pada keadaan minimum, dengan kata lain kenaikan dapat mengeluarkan energy bebas yang berlebih ke dalam kerja yang tersusun pada kolom cairan yang disimpan dengan penurunan tegangan permukaan. Penurunan pada area permukaan yang dihasilkan dari kenaikan cairan dengan suatu jumlah dl adalah 2πr dl, dan hubungan penurunan dalam energy permukaan adalah: dg energy permukaan = γ d A = γ (2 π r ) dl Pengeluaran energy bebas dalam kenaikan suatu jumlah cairan dengan volume π r 2 dl dan densitas ρ terhadap tinggi l adalah: dg gravitasi = (π r 2 dl ρ) gl ketika kolom cairan telah dinaiki pada kapiler hingga mencapai tinggi yang setimbang, kedua energy bebas setimbang, sehingga: 18

13 γ (2πr) dl = πr 2 dl ρgl dan: γ = Metode Cincin du NuOy Prinsip dari Metode cincin du Nouy bergantung pada kenyataan bahwa gaya yang diperlukan untuk melepaskan suatu cincin platina-iridium yang dicelupkan pada permukaan adalah sebanding dengan tegangan permukaan atau tegangan antarmuka. Gaya yang diperlukan untuk melepaskan cincin dengan cara ini diberikan oleh suatu kawat spiral dan dicatat dalam suatu dyne pada suatu penunjuk yang dikalibrasi. 19 Gambar 2.4. Tensiometer Du Nuoy pembacaan dial dalam dyne x faktor koreksi 2 x keliling cincin 18 Borrow, G.M., Physical Chemistry. Mc Graw Hill Book Company,Inc. New York. 19 Martin,A., (1993), Farmasi Fisik, Penerbit Universitas Indonesia, Jakarta Metode Tekanan Gelembung Maksimum

14 Pertama tekanan dikenakan, jari-jari gelembung sangat besar, sementara gelembung itu mengembang, jari-jarinya akan semakin kecil sampai mencapai nilai minimum. Pada keadaan ini jari-jari gelembung sama dengan jari-jari tabung gelas. Bila tekanan terus dinaikkan, jari-jari gelembung akan membesar kembali sampai akhirnya gelembung itu lepas dari tabung gelas dan naik ke permukaan cairan. Tekanan maksimum diperoleh pada saat jari-jari minimum. Tekanan maksimum ini bukan hanya disebabkan perbedaan tekanan pada kedua sisi gelembung, tetapi juga disebabkan oleh karena adanya tekanan hidrostatik (yang bergantung pada ketinggian tabung gelas dalam cairan). Jadi tekanan maksimum yang terbaca pada manometer: ΔP maks = + g h (ρ ρ 0 ) Dimana: r : jari-jari tabung h: jarak ujung tabung gelas dari permukaan cawan ρ: densitas larutan ρ 0 : densitas uap cairan (biasanya diabaikan karena ρ 0 << ρ) 20 Danill, F., Experimental Physical Chemistry. Sixth Edition. McGraw Hill Book Company,Inc. New York.