Surfaktan

surfaktan adalah salah satu produk kimia yang banyak sekali digunakan dalam industri-industri besar maupun rumah tangga. Dewasa ini surfaktan banyak disintesa karena pemakaiannya yang luas . Oleh karena itu diperlukan penelitian mengenai kemampuan surfaktan dalam membentuk misel untuk pemanfaatan yang lebih efektif

Molekul surfaktan memiliki bagian polar  (hidrofilik) yang larut dalam air dan bagian nonpolar (hidrofobik) yang larut dalam  minyak/pelarut non-polar digambarkan secara  skematis pada Gambar 1. Bagian polar molekulnya dapat bermuatan positif, negatif ataupun netral, bagian polar mempunyai gugus hidroksil semetara bagian non polar biasanya merupakan rantai alkil yang panjang. Surfaktan pada umumnya disintesis dari turunan minyak bumi dan limbahnya dapat mencemarkan lingkungan, karena sifatnya yang sukar terdegradasi, selain itu minyak bumi merupakan sumber bahan baku yang tidak dapat diperbarui Pada Gambar 1, bagian hidrofilik dari molekul  digambarkan secara skematis sebagai bagian  kepala berbentuk bulat, sedangkan bagian  hidrofobik sebagai bagian badan berbentuk  rantai zig-zag.

Sifat rangkap ini yang menyebabkan surfaktan dapat diadsorbsi pada antar muka udara-air, minyak-air dan zat padat-air, membentuk lapisan tunggal dimana gugus hidrofilik berada pada fase air dan rantai hidrokarbon ke udara, dalam kontak dengan zat padat ataupun terendam dalam fase minyak. Umumnya bagian non polar (lipofilik) adalah merupakan rantai alkil yang panjang, sementara bagian yang polar (hidrofilik) mengandung gugus hidroksil.

Molekul surfaktan dapat divisualisasikan seperti berudu ataupun bola raket mini yang terdiri atas bagian kepala dan ekor. Bagian kepala bersifat hidrofilik (suka air), merupakan bagian yang sangat polar, sedangkan bagian ekor bersifat hidrofobik (benci air/suka minyak), merupakan bagian non polar. Bagian kepala dapat berupa anion, kation atau nonion, sedangkan bagian ekor dapat berupa rantai linier atau cabang hidrokarbon. Konfigurasi kepala-ekor tersebut membuat surfaktan memiliki fungsi yang beragam di industri. Gambar dari molekul surfaktan terdapat pada Gambar 1.

Larutan dari bahan yang permukaan aktifnya tinggi, menunjukkan sifat-sifat fisik yang tidak umum. Di dalam larutan encer, zat pemantap (surfaktan) bersifat sebagai zat terlarut normal. Untuk larutan dengan larutan tinggi / pekat, maka akan terjadi perubahan mendadak pada beberapa sifat fisik seperti: tekanan osmose, turbiditas, daya hantar listrik, dan tegangan muka.

Surfaktan dapat digolongkan menjadi dua golongan besar yaitu:

•      Larutan dalam minyak, misalnya senyawa Polar beranta pajan, fluorkarbon dan silikon
•     Larut dalam air, misalnya amnion, kation, nonion dan amfoter. Biasa digunakan zat pembasah, pembusa, pengemulsi zat anti busa, detergen, flotasi, pencegah korosi

Berdasarkan gugus hidrofiliknya, m olekul surfaktan dibedakan kedalam 4 kelompok, yaitu

•     Surfaktan anionik adalah molekul yang bermuatan negatif pada gugus hidrofilik atau aktif permukaan (surface-active), seperti gugus sulfat atau sulfonat.
•       Surfaktan kationik adalah senyawa yang bermuatan positif pada gugus hidrofiliknya atau bagian aktif permukaan (surfaceactive), seperti quarternery ammonium salt (QUAT).
•        Surfaktan nonionik adalah surfaktan yang tidak bermuatan atau tidak terjadi ionisasi molekul. Sifat hidrofilik disebabkan karena keberadaan gugus oksigen eter atau hidroksil.
•        Surfaktan amfoterik adalah surfaktan yang bermuatan positif dan negatif pada molekulnya, dimana muatannya bergantung kepada pH. Pada pH rendah akan bermuatan negatif dan pada pH tinggi akan bermuatan positif

Indikator dan Perubahan Warnanya

Beberapa contoh indicator dan perubahan warnanya adalah sebagai berikut: (sumber: wikipedia.org).

Trayek pH Indikator Asam Basa dan Transisi Perubahan Warnanya

 

 

Titrasi Pengendapan

Titrasi pengendapan merupakan titrasi yang melibatkan pembentukan endapan dari garam yang tidak mudah larut antara titrant dan analit. Hal dasar yang diperlukan dari titrasi jenis ini adalah pencapaian keseimbangan pembentukan yang cepat setiap kali titran ditambahkan pada analit, tidak adanya interferensi yang menggangu titrasi, dan titik akhir titrasi yang mudah diamati.

Salah satu jenis titrasi pengendapan yang sudah lama dikenal adalah melibatkan reaksi pengendapan antara ion halida (Cl-, I-, Br-) dengan ion perak Ag+. Titrasi ini biasanya disebut sebagai Argentometri yaitu titrasi penentuan analit yang berupa ion halida (pada umumnya) dengan menggunakan larutan standart perak nitrat AgNO3. Titrasi argentometri tidak hanya dapat digunakan untuk menentukan ion halide akan tetapi juga dapat dipakai untuk menentukan merkaptan (thioalkohol), asam lemak, dan beberapa anion divalent seperti ion fosfat PO43- dan ion arsenat AsO43-.

Dasar titrasi argentometri adalah pembentukan endapan yang tidak mudah larut antara titran dengan analit. Sebagai contoh yang banyak dipakai adalah titrasi penentuan NaCl dimana ion Ag+ dari titran akan bereaksi dengan ion Cl- dari analit membentuk garam yang tidak mudah larut AgCl.

Ag(NO3)(aq)  +  NaCl(aq) -> AgCl(s)  + NaNO3(aq)

Setelah semua ion klorida dalam analit habis maka kelebihan ion perak akan bereaksi dengan indicator. Indikator yang dipakai biasanya adalah ion kromat CrO42- dimana dengan indicator ini ion perak akan membentuk endapan berwarna coklat kemerahan sehingga titik akhir titrasi dapat diamati. Inikator lain yang bisa dipakai adalah tiosianida dan indicator adsorbsi. Berdasarkan jenis indicator dan teknik titrasi yang dipakai maka titrasi argentometri dapat dibedakan atas Argentometri dengan metode Mohr, Volhard, atau Fajans. Selain menggunakan jenis indicator diatas maka kita juga dapat menggunakan metode potensiometri untuk menentukan titik ekuivalen.

Ketajaman titik ekuivalen tergantung dari kelarutan endapan yang terbentuk dari reaksi antara analit dan titrant. Endapan dengan kelarutan yang kecil akan menghasilkan kurva titrasi argentometri yang memiliki kecuraman yang tinggi sehingga titik ekuivalen mudah ditentukan, akan tetapi endapan dengan kelarutan rendah akan menghasilkan kurva titrasi yang landai sehingga titik ekuivalen agak sulit ditentukan. Hal ini analog dengan kurva titrasi antara asam kuat dengan basa kuat dan anatara asam lemah dengan basa kuat.

 

Reaksi Redoks dan Elektrokimia

Redoks merupakan singkatan dari reaksi oksidasi dan reduksi.  

1.       Reaksi oksidasi à reaksi yang berlangsung dengan melepas elektron

2.      Reaksi reduksi à reaksi yang menangkap elektron

Aplikasi GC

GC tampil menonjol dalam pekerjaan laboratorium pada topik-topik yang sedang banyak diamati. Analisanya, Badan Perlindungan Lingkungan (EPA) melakukan suatu program pemantauan kadar pestisida dan tanah, air tanah dan sampel-sampel semacamnya. Pendekatan umumnya melibatkan pengekstrasian sampel untuk mengkonsentrasikan analit dalam suatu pelarut organik yang sesuai dengan pengkromatografian ekstrak tersebut.

Sisa-sisa hormon yang digunakan untuk mendorong pertumbuhan binatang diukur dalam sampel daging dengan cara yang sama, dan ekstrak spesimen urin juga sama diuji dengan GLC dalam program penyaringan obat-obatan.

Aluminium besi dan tembaga dalam aliase telah ditetapkan dengan melarutkan sampel diikuti dengan ekstraksi logam-logam itu ke dalam larutan trifluoroaseton dalam kloroform yang kemudian dikromatografi.

GLC sangat berperan penting dalam upaya memonitor dan mengendalikan distribusi pencemaran dalam lingkungan, misalnya Badan Perlindungan Lingkungan (EPA) AS menjalankan suatu program yang ekstensif untuk memonitor kadar pestisida dalam tanah di berbagai tempat di negeri itu, tujuannya ialah menegakkan suatu garis pijakan yang menunjukkan dengan eksak situasi pada masa kini sehingga kecenderungan dalam masa depan dapat ditafsirkan dengan bermakna program yang serupa sedang dilakukan untuk hasil bumi, air, ikan, kehidupan bebas.

GLC dapat juga digunakan untuk identifikasi dan pengelompokan pemonitoran gas-gas pernapasan selama anestesia, penelusuran senyawa organik dan organisme hidup pada planet lain. Dan masih banyak lagi aplikasi dari GLC yang tidak dapat kami sebutkan satu persatu dalam kehidupan makhluk hidup di bumi.

 

Kromatografi Gas

Kromatografi gas adalah proses pemisahan campuran menjadi komponen-komponennya dengan menggunakan gas sebagai fase bergerak yang melewati suatu lapisan serapan (sorben) yang diam. Fase diam dapat berupa zat padat yang dikenal dengan kromatografi gas padat (GSC) dan zat cair sebagai kromatografi gas-cair (GLC). Keduanya hampir sama kecuali dibedakan dalam hal cara kerjanya. Pada GSC pemisahan berdasarkan adsorpsi sedangkan GLC berdasarkan partisi.

KG merupakan metode yang tepat dan cepat untuk memisahkan campuran yang sangat murni. Waktu yang digunakan beragam, mulai dari beberapa detik untuk campuran sederhana sampai berjam-jam untuk campuran yang mengandung 500-1000 komponen. Komponen campuran dapat diidentifikasi dengan menggunakan waktu retensi yang khas pada kondisi yang tepat.

Kromatografi Gas (KG), merupakan jenis kromatografi yang digunakan dalam kimia organik untuk pemisahan. Analisis KG dapat digunakan untuk menguji kemurnian dari bahan tertentu, atau memisahkan berbagai komponen dari campuran. Dalam beberapa situasi KG dapat membantu dalam mengidentifikasi sebuah kompleks. Dalam kromatografi gas, fase yang bergerak (mobile phase) adalah sebuah operatir gas, yang biasanya gas murni seperti helium atau yang tidak reactive seperti gas nitrogen. Stationary atau fasa diam merupakan tahap mikroskopis lapisan cair atau polimer yang mendukung gas murni, di dalam bagian dari sistem pipa-pipa kaca atau logam yang disebut kolom. Instrumen yang digunakan untuk melakukan kromatografi gas disebut gas chromatograph (”aerograph”, ”gas pemisah”).

Compounds gas yang sedang dianalisis berinteraksi dengan dinding kolom yang dilapisi dengan berbagai tahapan stationary. Ini menyebabkan setiap kompleks ke eluen diwaktu yang berbeda, yang dikenal sebagai ingatan waktu yang kompleks. Perbandingan dari ingatan kali yang memberikan kegunaan analisis KG-nya. Kromatografi gas yang pada prinsipnya sama dengan kromatografi kolom (serta yang lainnya bentuk kromatografi,seperti HPLC, TLC), tapi memiliki beberapa perbedaan penting. Pertama, proses memisahkan compunds dalam campuran dilakukan antara stationary fase cair dan gas fase bergerak, sedangkan pada kromatografi kolom yang seimbang adalah tahap yang solid dan bergerak adalah fase cair. (Jadi, nama lengkap prosedur adalah ”kromatografi gas-cair”, merujuk ke ponsel dan stationary tahapan masing-masing). Kedua, melalui kolom yang lolos tahap gas terletak di sebuah oven dimana temperatur gas yang dapat dikontrol, sedangkan kromatografi kolom (biasanya) tidak memiliki kontrol seperti suhu. Ketiga, konsentrasi yang majemuk dalam fase gas adalah hanya salah satu fungsi dari tekanan uap dari gas.

Kromatografi gas juga mirip dengan pecahan penyulingan, karena kedua proses memisahkan komponen dari campuran, terutama berdasarkan perbedaaan titik didih (atau tekanan uap). Namun, pecahan penyulingan biasanya digunakan untuk memisahkan komponen campuran pada skala besar.

Kromatografi gas terkadang juga dikenal sebagai uap-tahap kromatografi (VPC), atau gas-cair kromatografi partisi (GLPC). Dalam kasus kromatografi gas-cair, seperti ester seperti ftail dodesilsulfat yang diabsorbsi di permukaan alumina teraktivitasi, silika gel atau penyaring molekular, digunakan sebagai fasa diam dan diisikan ke dalam kolom. Campuran senyawa yang mudah menguap dicampur dengan gas pembawa disuntikkan ke dalam kolom, dan setiap senyawa akan dipartisi antara fasa gas (mobil) dan fasa cair (diam) mengikuti hukum partisi. Senyawa yang kurang larut dalam fasa diam akan keluar lebih dahulu.

Metode ini khususnya sangat baik untuk analisis senyawa organik yang mudah menguap seperti hidrokarbon dan ester. Analisis minyak mentah dan minyak atsiri dalam buah telah dengan sukses dilakukan dengan teknik ini.

Efisiensi pemisahan ditentukan dengan besarnya interaksi antara sampel dan cairannya. Disarankan untuk mencoba fasa cair standar yang diketahui efektif untuk berbagai senyawa. Berdasarkan hasil ini, cairan yang lebih khusus kemudian dapat dipilih. Metoda deteksinya, akan mempengaruhi kesensitifan teknik ini. Metoda yang dipilih akan bergantung apakah tujuannya analisis atau preparatif.

 

Struktur padatan kristalin

a. Susunan terjejal

Banyak senyawa, khususnya kristal logam dan molekular mempunyai sifat umum yang memaksimalkan kerapatannya dengan menyusun partikel-partiklenya serapat mungkin. Sruktur kristal semacam ini disebut dengan struktur terjejal.

Sebagai contoh, perhatikan susunan terjejal kristal logam yang terdiri atas atom sferik (bola). Bola-bola ini disusun dalam lapisan. Lapisan pertama harus disusun seperti gambar 8.4(a) untuk mendapatkan susunan terjejal. Setiap bola di lapisan kedua menempati lubang yang dibentuk oleh tiga bola di lapisan pertama. Ini adalah cara yang paling efisien untuk menggunakan ruang yang tersedia (Gambar 8.4(b)). Ada dua cara untuk meletakkan lapisan ketiganya. Salah satunya adalah dengan meletakkan langsung di atas bola lapisan pertama (Gambar 8.4(c)), dan cara yang kedua adalah dengan meletakkannya di atas lubang lapisan kedua (Gambar 8.4(d)). Untuk mudahnya, cara pertama disebut dengan susunan abab, dan sruktur yang dihasilkan disebut dengan heksagonal terjejal. Cara yang kedua disebut dengan susunan abc dan sruktur yang dihasilkan disebut dengan kubus terjejal.

Susunan terjejal apapun akan memiliki sifat umum: (1) bola-bola itu akan menempati. 74% ruang yang tersedia; (2) setiap bola dikelilingi oleh 12 bola tetangganya; (3) enam bola dari 12 ada di lapis yang sama dan tiga di lapis atasnya dan tiga sisanya dari lapis di bawahnya. Jumlah bola yang beresentuhan dengan bola yang menjadi acuan disebut dengan bilangan koordinasi. Untuk struktur terjejal, bilangan koordinasi adalah 12, yang merupakan bilangan koordinasi maksimum. Dalam kasus ini, empat partikel dimasukkan dalam satu sel satuan.

Gambar 8.4 Struktur terjejal
(a) Satu lapisan khas. Setiap bola dikelilingi oleh 12 bola lain. (b) Lapisan kedua yang mirip dengan lapisan pertama. Setiap bola akan menempati lubang yang terbentuk oleh tiga bola di lapis pertama. (c) setiap bola di lapisan ketiga akan terletak persis di atas lapisan pertama (susunan aba). (d) setiap bola di lapisan ketiga terletak di atas lubang lapisan pertama yang tidak digunaka oleh lapisan kedua (susunan abc).

Perak mengkristal dalam susunan kubus terjejal. Bila kristalnya dipotong seperti ditunjukkan di Gambar 8.5, satu bola akan terletak di pusat setiap muka kubus. Karena satu bola (satu atom) terletak di setiap pusat muka kubus, maka kisi ini disebut dengan kisi berpusat muka.

Gambar 8.5 Kisi kubus berpusat muka
Dalam kasus ini, hubungan antara r, jari-jari bola dan d,
panjang sel satuan, dapat ditentukan dengan teorema Pythagoras.

b. Kubus berpusat badan

Beberapa logam , seperti logam alkali, mengkristal dalam kisi kubus berpusat badan, yang mengandung bola yang terletak di pusat kubus dan di sudut-sudut kubus sel satuan sebagaimana diperlihatkan di Gambar 8.6. Cara penyusunan ini disebut dengan kisi kubus berusat badan.

c. Analisis kristalografi sinar-X

Teknik analisis kristalografi sinar-X pertama dikenalkan di awal abad 20, dan sejak itu telah digunakan dengan meluas untuk penentuan struktur berbagai senyawa. Teknik ini dengan sempurna telah menyelesaikan berbagai masalah yang sebelumnya tidak dapat diselesaikan. Tahap awal dicapai oleh William Henry Bragg (1862-1942), sang ayah, dan William Laurence Bragg (1890-1971), anaknya, yang menentukan struktur garam dan intan.

Hingga beberapa tahun terakhir, analisis kristalografi sinar-X hanya dilakukan para spesialis, yakni kristalografer, apapun molekul targetnya. Sungguh, pengukuran dan pemrosesan data yang diperlukan memerlukan pengetahuan dan pengalaman yang banyak. Namiun kini, berkat perkembangan yang cepat dan banyak dalam bidang hardware maupun software kristalografi sinar-X, pengukuran kristalografi sinar-X telah menjadi mungkin dilakukan dengan training yang lebih singkat. Kini, bahkan kimiawan sintesis yang minat utamanya sintesis dan melakukan analisis kristalografi sinar-X sendiri. Akibatnya molekul target yang dipelajari oleh para spesialis menjadi semakin rumit, dan bahkan struktur protein kini dapat dielusidasi bila massa molekulnya tidak terlalu besar. Kini pengetahuan tentang analisis kristalografi diperlukan semua kimiawan selain NMR (Bab 13.3).

Difraksi cahaya terjadi dalam zat bila jarak antar partikel-partikelnya yang tersusun teratur dan panjang gelombang cahaya yang digunakan sebanding. Gelombang terdifraksi akan saling menguatkan bila gelombangnya sefasa, tetapi akan saling meniadakan bila tidak sefasa. Bila kristal dikenai sinar-X monokromatis, akan diperoleh pola difraksi. Pola difraksi ini bergantung pada jarak antar titik kisi yang menentukan apakah gelombang akan saling menguatkan atau meniadakan.

Gambar 8.7 Kondisi difraksi Bragg.
Difraksi sinar- X oleh atom yang terletak di dua lapis kristal. Bila selisih lintasan optis, xy + yz = 2dsinθ, sama dengan kelipatan bulat panjang gelombang, gelombang tersebut akan saling menguatkan.

Andaikan panjang gelombang sinar-X adalah λ (Gambar 8.7). Bila selisih antara lintasan optik sinar-X yang direfleksikan oleh atom di lapisan pertama dan oleh atom yang ada di lapisan kedua adalah 2dsinθ, gelombang-gelombang itu akan saling menguatkan dan menghasilkan pola difraksi. Intensitas pola difraksi akan memberikan maksimum bila:

nλ = 2dsinθ … (8.1)

Persamaan ini disebut dengan kondisi Bragg.

Kondisi Bragg dapat diterapkan untuk dua tujuan. Bila jarak antar atom diketahui, panjang gelombang sinar-X dapat ditentukan dengan mengukur sudut difraksi. Moseley menggunakan metoda ini ketika ia menentukan panjang gelombang sinar X berbagai unsur. Di pihak lain, bila panjang gelombang sinar-X diketahui, jarak antar atom dapat ditentikan dengan mengukur sudut difraksi. Prinsip inilah dasar analisis kristalografi sinar-X.