ENOMENA ANTAR MUKA

Dalam Bab ini akan dibahas, antara lain  :

1.       Antar muka cairan

2.       Adsorpsi pada antar muka cairan

3.       Adsorpasi pada antar muka padatan

4.       Sifat listrik antar muka

 

PENGANTAR

Bila fase-fase berada bersama-sama, batas antara keduanya disebut suatu antar muka. Sifat dari molekul-molekul yang membentuk antar muka tersebut sering cukup berbeda dari sifat ‘fase antar muka”.

Beberapa jenis antar muka dapat terjadi bergantung pada apakah kedua fase yang berdekatan adalah dalam keadaan padat, cair atau gas (tabel 6-1)

Untuk mudahnya kita bagi ke dalam dua kelompok yakni antar muka cairan dan antar muka padatan. Dalam kelompok pertama membicarakan tentang penggabungan dari suatu fase cair dengan suatu fase gas atau dengan fase cair lain. Bagian antar muka padat membicarakan sistem antar muka padat/gas dan antarmuka padat/cair. Walaupun antar fase padat/padat mempunyai makna praktis dalam farmasi (sebagai contoh adhesi antar granul, pembutan tablet berlapis)  hanya sedikit informasi yang tersedia untuk mengukur besarnya interaksi ini. Sehinga sistem padat-padat tidak dibicarakan.

Tabel 6-1 Penggolongan Antarmuka

Fase	Tipe dan Contoh Antarmuka
Gas/gas Gas/cairan Gas/padatan Cairan/cairan Cairan/padatan Padatan/padatan	Tidak ada kemungkinan ada antarmuka Permukaan cairan, air yang berada di atmosfir Permukaan padat, bagian atas meja Antarmuka cairan-cairan, emulsi Antarmuka cairan-padatan, suspensi Antarmuka padatan-padatan, partikel serbuk yang saling melekat

Istilah pemukaan biasanya dipakai bila membicarakan suatu antar muka gas/padat atau gas/cair dan setiap permukaan adalah suatu antarmuka. Fenomena antarmuka  dalam farmasi dan kedokteran adalah faktor-faktor yang berarti yang mempengaruhi :

·         adsorpsi obat pada bahan pembantu padat dalam bentuk sediaan,

·         penetrasi molekul melalui membran biologis,

·         pembentukan dan kestabilan emulsi dan

·         dispersi (penyebar-rataan) dari partikel yang tidak larut dalam media cair untuk membentuk suspensi.

ANTAR MUKA CAIRAN

Tegangan Permukaan dan Tegangan Antarmuka

Dalam keadaan cair, gaya kohesif antara molekul-molekul yang berdekatan dikembangkan dengan baik. Dalam satu tetes cairan yang tersuspensi dalam udara (lihat ganbar), molekul-molekul dalam bulk cairan dikelilingi oleh molekul lain dari segala arah yang mempunyai gaya tarik menarik yang sama. Sebaliknya molekul pada permukaan (yakni pada antar muka cairan/udara) hanya dapat mengembangkan gaya tarik menarik kohesif dengan molekul cair lain yang terletak dibawah atau disamping mereka. Molekul itu dapat mengembangkan gaya tarik menarik adhesive dengan molekul yang menyusun fasa lain yang terlibat dalam antarmuka tersebut, walaupun, dalam hal antarmuka  cair/gas  gaya adhesive tarik-menarik adhesive ini kecil. Efek bersih adalah molekul pada  permukaan cairan tersebut mengalami suatu gaya kearah dalam kearah bulk seperti ditunjukkan oleh panjangnya panah dlm gambar. Gaya seperti itu menarik molekul antarmuka bersama-sama, sehingga mengecilkan (menyusutkan) permukaan. Tetes cairan karenanya cenderung berbentuk bola, karena sebuah bola mempunyai luas permukaan yang paling kecil per satuan volume.   

"Tegangan" dalam permukaan ini adalah gaya per satuan pan­jang yang harus diberikan sejajar pada permukaan untuk mengim­bangi tarikan ke dalam. Gaya ini, tegangan permukaan, mempu­nyai satuan dyne/cm dalam sistem cgs. Hal ini analog dengan ke­adaan yang terjadi bila suatu objek yang menggantung di pinggir jurang pada seutas tali ditarik ke atas oleh seseorang yang meme­gang tali tersebut dan berjalan menjauhi tepi jurang.

Tegangan antar muka, adalah gaya per satuan panjang yang terdapat pada antar muka dua fase cair yang tidak bercampur dan, seperti tegangan permukaan, mempunyai satuan dyne/cm. Tegang­an antarmuka selalu lebih kecil daripada tegangan permukaan karena gaya adhesive..

Zat	Tegangan Permukaan (dyne/cm)	Zat	Tegangan Antar­muka Melawan Air (dyne/cm)
Air	72,8.	Air raksa	375
Gliserin	63,4	n-Heksana	51,1
Asam oleat	32,5	Benzena	35,0
Benzena	28,9	Kloroform	32,8
Kloroforrn	27,1	Asam oleat	15,6
Karbon tetraklorida	26,7	n-Oksi alcohol	8,52
Minyak jarak	39,0	Asam kaprilat	8,22
Minyak zaitun	35,8	Minyak zaitun	22,9
Minyak biji kapas	35,4	Etil eter	10,7
Petrolatum cair	33,1

TABEL 6-2. Tegangan Permukaan dan Tegangan Antarmuka (Terhadap Air) pada 20^oC

antara dua fase cair yang membentuk suatu antarmuka adalah lebih besar daripada bila suatu fase cair dan suatu fase gas berada bersama-sama. Jadi, bila dua cairan ber­campur dengan sempurna, tidak ada tegangan antarmuka yang terjadi. Sejumlah harga tegangan permukaan dan tegangan antar­muka disusun dalam Tabel 6-2.

Tegangan permukaan itu adalah gaya per satuan_panjang bisa­ juga digambarkan dengan suatu kerangka kawat tiga sisi di mana suatu batang yang dapat bergerak diletakkan (Gambar 6-2). Suatu film (lapisan tipis) sabun dibentuk di daerah ABCD dan dapat direntangkan dengan menggunakan suatu gaya f (seperti suatu massa yang menggantung) pada batang yang dapat bergerak tersebut dengan panjang L, yang bekerja melawan tegangan per­mukaan dari film sabun tersebut. Bila massa diangkat, film tersebut akan mengkerut karena tegangan permukaannya. Tegangan permukaan, g, dari larutan yang membentuk film tersebut kemudian adalah suatu fungsi dari gaya yang harus dipakai untuk me­mecah film dan fungsi dari panjang batang yang dapat bergerak yang berhubungan dengan film tersebut. Karena film sabun ter­sebut mempunyai dua antarmuka cair/gas (satu di atas dan satu di bawah bidang kertas), panjang total bidang yang berhubungan nyatanya sama dengan dua kali panjang batang tersebut. Jadi

                                     g = f_b/2L                                             (1)

di mana f_b  adalah gaya yang dibutuhkan untuk memecah film dan L adalah panjang,dari ba-tang yang dapat bergerak.

Contoh 1. Bila panjang dari batang L, adalah 5 cm dan massa yang di­butuhkan^,untuk memecah ftlm adalah 0,50 gram, berapakah tegangan per­mukaan larutan sabun tersebut ?

Ingat bahwa gaya ke bawah sama dengan massa dikalikan dengan percepatan karena gravitasi. Jadi

Energi Bebas Permukaan.

Untuk menilai kerja yang dilakukan (energi) dalam memperbesar luas permukaan, persamaan (1) bisa di tuliskan sebagai y x 2L = f. Bila batang tersebut pada suatu posisi AD dalam Gambar 6-2 dan suatu massa ditambahkan untuk memperbesar luas permukaan dengan jarak ds, kerja dW (gaya dikalikan dengan jarak) adalah :

     dW = f x ds = g x2L x ds  dan karena 2L x ds sama dengan kenaikan luas permukaan dA yang dihasilkan dengan memperluas film sabun, maka :

dW =  g dA                       untuk suatu perubahan yang terbatas, W = g DA                    (2)

dimana W adalah kerja yang dilakukan atau kenaikan energi bebas permukaan yang dinyatakan dalam erg, y adalah tegangan permu­kaan dalam dyne/cm dan DA adalah kenaikan luas dalam cm². Setiap bentuk energi dapat dibagi dalam faktor intensitas dan faktor kapasitas (hlm. 185 Jilid I). Tegangan permukaan adalah factor intensitas, daft perubahan luas permukaan adalah faktor kapasitas dan energi bebas permukaan. Jadi, tegangan permukaan dapat di­definisikan sebagai perubahan energi bebas permukaan per satuan kenaikan luas sesuai dengan persamaan (2)

Contoh 2 . Berapakah kerja yang dibutuhkan dalam Contoh 1 untuk menarik kawat ke bawah 1 cm seperti ditunjukkan dalam gbr 6-2 ?

            Karena luas permukaan ditambah 10 cm², kerja yang dilakukan diberikan oleh persamaan :

                                    W = 49 dyne/cm x 10 cm² = 490 erg 

Pengukaran Tegangan Permukaan dan Tegangan Antarmuka

Dari beberapa metode (cara) yang ada untuk mendapatkan tegang­an permukaan dan tegangan antarmuka, hanya metode kenaikan kapiler dan Du Nouy ring yang akan diuraikan di sini.

Tegangan permukaan dari kebanyakan cairan turun hampir se­cara linear dengan  naiknya temperatur, yaitu dengan naiknya energi kinetik dari molekul tersebut. Pada daerah temperature kritisnya, tegangan permukaan suatu cairan menjadi nol. Tegangan permukaan dari air pada 0^°C adalah 75,6 dan pada 75°C adalah 63,5 dyne/cm. Oleh karena itu perlu untuk mengontrol temperature dari sistem bila melakukan penentuan tegangan permukaan dan tegangan antar muka.

Metode Kenaikan Kapiler, Bila suatu tabung-kapiler diletakkan dalam cairan di sebuah baker (gelas piala), biasanya cairan itu naik ke pipa sampai ketinggian tertentu. Hal ini disebabkan bilamana kekuatan adhesi antara molekul-molekul cairan dan dinding kapiler lebih besar daripada kohesi antara melekul-molekul cairan, sehingga cairan itu membasahi dinding kapiler, menyebar dan meninggi dalam pipa. Dengan mengukur kenaikan ini dalam kapiler, memungkinkan kita dapat menentukan tekanan permukaan caran itu. Namun dengan menggunakan metode kenaikan kapiler tidak dapat diketahui tekanan-tekanan antarmuka.

Bayangkan suatu tabung kapiler yang mempunyai jari-jari dalam r dicelupkan dalam suatu cairan yang membasahi permukaannya, seperti dilihat dalam Gambar 6-4a. Cairan tersebut, terus naik dalam tabung karena adanya tegangan permukaan, sampai pergerakan ke atas persis diimbangi oleh gaya gravitasi ke bawah karena bobot dari cairan tersebut.

Komposisi gaya vertikal ke atas yang dihasilkan dari tegangan permukaan cairan tersebut pada setiap titik pada keliling lingkaran permukaan batas, adalah :

a = g cos q

seperti terlihat dalam sketsa yang dibesarkan (Gambar 6-4b).  Total gaya ke atas sekeliling lingkaran dalam tabung tersebut ada­lah :

2prg cos q

di mana q adalah sudut kontak antara permukaan cairan dan din­ding kapiler, dan 2pr adalah keliling lingkaran dalam dari kapiler tersebut. Untuk air dan cairan-cairan yang umum dipakai lainnya, sudut q tidak berarti, yakni, cairan tersebut membasahi dinding kapiler sehingga cos q dianggap sama dengan satu untuk tujuan­-tujuan praktis (lihat sebelah kiri dari^-Gbr. 6-4b).

Gaya gravitasi yang bekerja melawan (massa < percepatan) adalah luas penampang-melintang kolom pr², kali tinggi kolom cairan sampai titik terendah dari meniskus h, dikalikan dengan perbedaan bobot jenis cairan p dan uapnya p_o kali percepatan gra­vitasi, yaitu: pr²h (p - p_o) g + w. Bagian peisamaan terakhir yaitu w, ditambahkan untuk memperhitungkan bobot cairan di atas h dalam meniskus. Bila cairan telah naik sampai tinggi mak­simumnya, yang bisa dibaca dari kalibrasi dari tabung kapiler, gaya-gaya yang melawan berada dalam kesetimbangan, dan dengan demikian tegangan permukaan dapat dihitung. Bobot jenis dari uap, sudut kontak, dan w biasanya dapat diabaikan; jadi.

2prg = pr²hrg  dan akhirnya g = ½ rh rg    (8)

Contoh 3         Suatu sampel klotoform naik sampai ketinggian 3,67 cm pada 20°C dalam suatu tabung kapiler yang mempunyai jari-jari dalam 0,01 cm. Berapakah tegangan permukaan kloroform pada temperatur ini? Kerapatan kloroform adalah 1,476 g/cm³.

Jawab :

                        g  = ½  x 0,01 cm x 3,67 cm x 1,476 g/cm' x 981 cm/detik²

g  = 26,6 g.cm/detik² cm = 26,6 dyne/cm

Kenaikan kapiler bisa juga diterangkan sebagai akibat adanya perbedaan tekanan antara kedua lengkungan meniskus cairan dalam kapiler. Lihat dalam persamaan (7)    Dp = 2g/r bahwa tekan­an dari sisi yang cekung dari permukaan yang lengkung adalah lebih besar daripada tekanan pada sisi cembung. Ini berarti bahwa tekanan dalam cairan yang langsung di bawah meniskus lebih kecil daripada tekanan di luar tabung pada ketinggian yang sama. Akibatnya, cairan akan menaiki kapiler sampai tekanan hidrosta­tika yang dihasilkan menyamai perbedaan antara kedua lengkung­an meniskus. Dengan menggunakan simbol yang sama seperti se­belumnya dan mengabaikan sudut kontak,

                                                                      DP = 2ylr = rgh           (9)

di mana rgh adalah tekanan hidrostatik: Dengan menyusun kem­bali persamaan (9) memberikan :

y = rpgh/2

yang identik dengan persamaan (8) yang diturunkdn berdasarkan gaya-gaya adhesife melawan gaya-gaya kohesif.

ADSORPSI PADA ANTARMUKA CAIRAN

            Energi bebas permukaan didefinisikan sebagai kerja yang harus dilakukan untuk memperbesar permukaan dengan satu satuan luas. Sebagai akibat pengembangan seperti itu, lebih banyak molekul-molekul harus dibawa dari bulk ke antarmuka. Semakin besar kerja yang harus diberikan untuk mencapai ini, semakin besar energi bebas permukaan.

            Molekul-molekul dan ion-ion tertentu apabila terdispersi dalam cairan akan bergerak sesuai dengan keinginannya sendiri ke antar muka. Konsentrasinya pada antarmuka jadinya melebihi konsentrasi dalam bulk cairan tersebut. Jelaslah, energi bebas permukaan dan tegangan permukaan dari sistem tersebut secara otomatis dikurangi. Gejala seperti itu di mana molekul-molekul membagi diri ke arah antarmuka disebut adsorpsi, atau secara lebih tepat, adsorpsi positif. Bahan-bahan lain (misalnya, elektrolit-elektrolit anorganik) yang lebih suka membagi diri ke arah bulk menghasilkan adsorpsi negatif dan kenaikan energi bebas permukaan dan tegangan permukaan. Adsorpsi, seperti akan terlihat nanti, dapat juga terjadi pada antarmuka padatan. Adsorpsi jangan dikacaukan dengan absorpsi. Adsorpsi semata-mata hanyalah suatu efek permukaan, sedangkan dalam absorpsi, zat cair dan gas yang diabsorpsi menmbus ke dalam ruang-ruang kapiler dari zat pengabsorpsi. Peresapan air oleh busa (sponge) adalah absorpsi ; memekatkan molekul-molekul alkoloid pada permukaan tanah liat (clay) adalah adsorpsi.

Zat Aktif Permukaan              

Molekul dan ion yang diadsorpsi pada antarmuka dinamakan zat-aktif permukaan, atau surfaktan. Pernyataan lain adalah amfifil, yang mengingatkan bahwa molekul atau ion mempunyai afinitas tertentu baik terhadap pelarut polar maupun nonpolar, amfifil secara dominan (kuat) bisa hidrofilik (suka air), lipofilik (suka minyak), atau berada tepat di antara dua ekstrem. Sebagai contoh, alkohol-alkohol rantai lurus, amina-amina dan asam-asam adalah amfifil yang berubah dari hidrofilik dominan menjadi lipofilik apabila jumlah atom karbon dalam rantai alkil naik.. Jadi, etil alkohol bercampur dengan air dalam segala perbandingan. Sebagai bandingan, kelarutan dalam air dari amil alkohol adalah sangat kcil, sedang setil alkohol bisa dikatakan sangat lipofilik dan tidak larut dalam air. Amfifilik merupakan sifat dari zat aktif permukaan yang menyebabkan zat ini diadsorpsi pada antarmuka, apakah ini cair/gas atau cair/cair. Jadi dalam suatu dispersi dalam air dari amil alkohol, gugus alkoholik polar dapat bergabung dengan molekul-molekul air. Tetapi, bagian nonpolar ditolak karena gaya adhesif yang dapat terjadi dengan air adalah kecil dibandingakan dengan gaya kohesif antara molekul-molekul air yang berdekatan. Akibatnya, amfifil tersebut diadsorpsi pada antarmuka. Keadaan untuk suatu asam lemak pada antarmuka udara/air dan minyak/air diperlihatkan pada Gbr 6-9(a,b). Pada antarmuka udara/air, rantai lipofilik mengarah ke atas ke udara; pada antarmuka minyak/air, mereka bergabung dengan fase minyak. Agar amfifil terpusat pada antarmuka, ia harus diimbangi dengan jumlah yang tepat dari gugus-gugus yang larut dalam air dan minyak. Bila molekul tersebut terlalu hidrofilik, ia tetap berada dalam bagian dalam fase air dan tidak memberikan efek pada antarmuka. Demikian pula, bila ia teralu lipofilik, ia larut secara sempurna dalam fase minyak dan sedikit yang muncul pada antarmuka.

Penggolongan Sistem Hidrofil-Lipofil        

Griffin merancang suatu skala sebarang dari berbagai angka untuk dipakai sebagai suatu ukuran keseimbangan hidrofilik-lipofilik (HLB) dari zat-zat aktif permukaan. Dengan bantuan sistem angka ini, adalah mungkin untuk membentuk suatu jarak HLB untuk efisiensi optimum (terbaik) dari masing-masing golongan surfaktan seperti terlihat dalam Gambar 6-10.

Makin tinggi HLB suatu zat, makin hidrofilik zat tersebut.

Span, ester sorbitan yang dibuat oleh ICI Unted States Inc., adalah lipofilik dan mempunyai nilai HLB yang rendah (1,8 sampai 8,6); Tween, turunan polioksietilena dari Span adalah hidrofilik dan mempunyai HLB yang tingi (9,6 sampai 16,7).

            HLB dari sejumlah ester alkohol polihidrat dari asam lemak seperti gliseril monostearat, bisa diperkrakan dengan menggunakan rumus

                        HLB = 20       …………. (16)

di mana S adalah bilangan penyabunan dari ester dan A bilangan asam dari asam lemak. HLB dari polioksi etilena sorbitan mono-laurat (Tween 20), dimana S = 45,5 dan A = 276, adalah 

HLB = 20

Nilai-nilai HLB dari sejumlah zat amfifilik yang biasa dipakai dapat dilihat pada tabel 6-4 dibawah ini.

Tabel 6-4   Nilai HLB beberapa zat Amfifilik

Zat	HLB		Zat	HLB
Asam oleat Gliseril monostearat Sorbitan mono-oleat (Span 80) Sorbitan monolaurat (Span 20) Trietanolamin oleat	1 3,8 4,3 8,6 12,0		Polioksietilen sorbitan mono-oleat (Tween 80) Polioksietilen sorbitan monolaurat (Tween 20) Natrium oleat Natrium lauril sulfat	15 16,7 18,0 40

Tabel 6-5 Angka gugus HLB

Gugus hidrofilik	Angka gugus		Gugus lipofilik	Angka gugus
SO4- Na+ COO- Na+ Ester(cincin sorbitan) Ester (bebas) Hidroksil (bebas) Hidroksil (cincin sorbitan)	38,7 19,1 6,8 2,4 1,9 0,5		Grup lipofilik   —CH—  —CH2—  —CH3  —CH—	0,475

Davies telah menghitung nilai HLB untuk zat aktif permukaan dengan memecah berbagai molekul surfaktan ke dalam gugus-gugus penyusunnya, yang masing-masing diberi suatu angka gugus. Penjumlahan dari angka-angka gugus untuk suatu surfaktan tertentu memungkinkan perhitungan nilai HLB-nya menurut persamaan berikut :

     HLB = S(angka-angka gugus hidrofilik) - S(angka-angka gugus lipofilik) + 7 =

Beberapa contoh angka gugus diberikan dalam Tabel 6-5. Dengan  menggunakan data dalam tabel kita dapat menghitung HLB natrium lauril sulfat, dengan persamaan diatas, menjadi :

            HLB = 38,7 – (0,475 x 12) +7 = 38,7 – 5,7 + 7 = 40,0  Nilai ini cocok dengan yang diberikan dalam Tabel 6 - 4. 

                  

ADSORPSI PADA ANTAR MUKA PADATAN

Adsorpsi bahan pada antarmuka padatan bisa terjadi dari fase cair atau fase gas yang berdekatan. Penelitian adsorpsi gas melibatkan penerapan yang begitu beraneka-ragam seperti penghilangan bau yang tidak diinginkan dari ruangan dan makanan, kerja dari topeng gas dan pengukuran dimensi partikel dalam suatu serbuk. Prinsip adsorpsi padat/cair dipakai dalam larutan penghilang warna, kromatografi adsorpsi, deterjen, dan pembasah.

Dalam banyak cara, adsorpsi bahan-bahan dari suatu gas atau cairan ke atas suatu permukaan padat adalah sama dengan yang dibicarakan pada perrnukaan cair.  Jadi, adsorpsi jenis ini bisa dipandang sebagai suatu usaha untuk mengurangi energi bebas permukaan dari zat padat tersebut. Tetapi, tegangan permukaan dari zat padat selalu lebih sukar didapat daripada tegangan-permukaan zat cair. Di samping itu  antarmuka padatan tidak bergerak dibandingkan dengan antarmuka cairan yang turbulen. Waktu hidup rata-rata dari suatu molekul pada antarmuka air/gas adalah kira-kira 1 mikrodetik, sedangkan suatu atom pada permukaan zat-padat metalik tidak menguap mungkin mempunyai umur rata-rata 10³⁷ detik. Seringkali, permukaan dari suatu zat padat tidak homogen, yang berbeda sekali dengan antarmuka cair.

Antarmuka Padat/Gas

Derajat adsorpsi dari suatu gas oleh suatu zat padat bergantung pada sifat kimia dari adsorben (bahan yang dipakai untuk mengadsorbsi gas) dan adsorbat (zat yang di­adsorbsi), luas permukaan adsorben, temperatur dan tekanan par­sial dari gas yatng diadsorbsi. Jenis-jenis adsorpsi umumnya dikenal sebagai adsorpsi fisika atau adsorpsi van der Waals dan adsorpsi kimia atau kemisorpsi. Adsorpsi fisika yang berhubungan dengan gaya van der Waals, adalah reversible dan penghilangan adsorbat dari adsorben dikenal sebagai desorpst Suatu gas yang diadsorpsi secara fisika bisa didesorpsi dari zat padat dengan menaikkan temperatur dan mengurangi tekanan. Kemisorpsi adalah adsorpsi di mana adsorbat menempel pada adsorben dengan ikatan kimia yang bersifat ireversible. Adsorpsi ini, tidak begitu penting bagi kita, di sini dan tidak akan dibicarakan lebih lanjut.

Hubungan antara banyaknya gas yang diadsorpsi secara fisika pada suatu zat padat dan tekanan atau konsentrasi kesetimbangan pada temperatur konstan menghasilkan suatu isoterm adsorpsi bila diplot seperti ditunjukkan dalam Gambar 6-17. Istilah isoterrn menyatakan plot pada temperatur konstan. Banyaknya molekul gram, atau militer x dari gas yang diadsorbsi pada m gram adsorben, pada STP (temperatur dan tekanan standar) diplot pada sumbu tegak terhadap tekanan keseimbangan gas dalam mm Hg pada sumbu horizontal sepert terlihat dalam Gambar 6-17a.

Suatu metode untuk memperoleh data adsorpsi adalah dengan menggunakan suatu alat yang_ serupa dengan yang ditunjukan dalam Gbr . 6-18 yang pada pokoknya terdiri dari suatu neraca yang diletakkan dalam suatu sistem vakum. Zat padatnya, yang sebelumnya telah dihilangkan gasnya, ditaruh pada piring, dan jumlah tertentu gas dibiarkan masuk. Kenaikan berat pada saat tekanan gas setimbang dicatat. Ini bisa dicapai dengan mengamati bertambah panjangnya suatu pegas kuartz yang dikalibrasi yang dipakai untuk menahan piring yang berisi sampel. Data tersebut kemudian dipakai untuk membuat suatu isoterm berdasarkan pada satu atau lebih persamaan berikut.

Freundlich menyarankan suatu hubungan yaitu isotherm Freundlich,

               dimana y adalah massa dari gas yang diadsorbsi x per satuan massa adsorben m, serta k dan n adalah konstanta yang dapat di evaluasi dari hasil eksperimen. Persamaari di atas dapat- digunakan dengan lebih mudah bila ditulis dalam bentuk logaritmik, yang menghasilkan suatu garis lurus bila diplot seperti terlihat pada Gbr. 6-17b.

 

konstanta, log k, adalah intersep pada ordinat, dan 1/n adalah kemiringan dari garis tersebut.  

SIFAT LISTRIK ANTAR MUKA

Bagian ini akan membicarakan beberapa prinsip yang melibatkan permukaan yang bermuatan dalam hubungannya dengan lingkungan cairan sekelilingnya. Pembicaraan tentang penerapan yang muncul dari fenomena ini akan dibicarakan dalam bab yang berkenaan dengan sistem koloid (Bab 7) dan suspeiisi (Bab …)

Partikel-partikel yang terdispersi dalam media cair bisa menjadi bermuatan terutama dengan salah satu dari dua cara. Yang per­tama melibatkan adsorpsi selektif dari spesies ionik tertentu yang ada dalam larutan. Dalam hal ini bisa suatu ion yang ditambahkan pada larutan tersebut atau, dalam hal air murni, dapat berupa ion hidronium atau ion hiaroksil. Kebanyakan partikel yang terdis­persi dalam air menjadi bermuatan negatif k.arena adsorpsi yang lebih menyukai ion hidroksil. Yang kedua, muatan-muatan pada partikel timbul dari ionisasi gugus-gugus (seperti COOH) yang mungkin terletak pada permukaan partikel. Dalam hal ini, muat­an total adalah suatu fungsi pH. Yang ketiga, yang kurang umum (jarang), asal muatan dari suatu perrnukaan partikel dianggap timbul bila ada suatu perbedaan konstanta dielektrik antara par­tikel dan medium pendispersinya.

Lapisan Listrik Ganda.

Bayangkan suatu permukaan padat yang berhubungan dengan suatu larutan polar yang mengandung ion-ion, misalnya, suatu larutan air dari suatu elektrolit. Lebih lanjut, misalkan bahwa sejumlah kation diadsorbsi pada permukaan tersebut, memberikan suatu muatan positif. Yang tertinggal dalam larutan adalah sisa kation ditambah jumlah keseluruhan anion yang ditambahkan.  Anion-anion ini ditarik ke permukaan yang bermuatan positif oleh gaya listrik yang juga bekerja me­nolak pendekatan kation-kation lebih lanjut, begitu adsorpsi per­mulaan sempurna. Di samping gaya listrik ini, pergerakan yang ­disebabkan oleh panas cenderung untuk menghasilkan suatu distri­busi yang sama dari semua ion dalam lanttan. Akibatnya, suatu keadaan kesetimbangan terjadi di mana sejumlah anion yang ber­lebih mendekati permukaan, sedang sisanya didistribusikan dalam jumlah yang mengecil begitu kita menjauh dari permukaan yang bermuatan tersebut. Pada suatu jarak tertentu dari permukaan ter­sebut, konsentrasi anion dan kation sama, yaitu, keadaan di mana penetralan listrik dicapai. Adalah penting untuk diingat bahwa sistem tersebut secara keseluruhan bersifat listrik netral, walaupun ada bagian-bagian di mana distribusi dari anion dan kation tidak sama.      

Keadaan seperti itu ditunjukkan dalam Gambar 6-22, di mana aa` adalah permukaan zat padat. Ion yang diadsorpsi yang mem­buat permukaan tersebut bermuatan positif disebut sebagai ion pe­nentu potensial. Tepat sesudah lapisan perrnukaan ini adalah suatu daerah di mana molekul-molekul zat terlarut terikat dengan erat bersama-sama dengan sojumlah ion negatif, yang juga terikat dengan erat pada permukaan tersebut. Batas dari daerah ini diberikan oleh garis bb' dalam Gambar 6-22. Ion-ion ini, yang mempunyai muat­an berlawanan dengan ion-ion penentu potensial, dikenal sebapi counterion atau gegenion. Derajat penarikan dari molelcul-molekul pelarut dan counterion ini adalah sedemikian rupa sehingga bila permukaan dipindahkan relatif terhadap eairan tersebut, bidang iris (shear plane) adalah bb' dan bukan aa', permukaan sejati. Dalam daerah yang dibatasi oleh garis bb' dan cc', terdapat suatu kelebihan ion negatif. Potensial pada bb' adalah tetap positif karena seperti sudah disebutkan sebelumnya hanya terdapat anion_, yang lebih sedikit dalam lapisan yang terikat erat dibandingkaa dengan kation yang diadsorpsi pada permukaan zat padat. Diluar cc' distribusi ion-ion adalah seragam dan kenetralan listrik diperoleh.

Terdapat dua kemungkinan keadaan selain daripada yang  disajikan dalam Gambar 6-22, yaitu. (1) Bila counter ion dalam lapisan tersolvasi yang terikat dengan erat sama dengan muatan positif pada permukaan padat, kemudian kenetralan listrik terjadi pada bidang bb' dan bukan cc'.

(2) Bila muatan total, counterion dalam daerah aa` - bb' melebihi muatan yang disebabkan oleh ion penentu potensial, maka muatan bersih pada bb akan jadi negative, dan bukan kurang positif seperti yang ditunjukkan dalam Gbr. 6-22 Ini berarti, bahwa dalam hal ini untuk memperoleh kenetralan listrik pada cc’ , suatu kelebihan ion positif harus ada dalam daerah bb’-cc’.