Transcript Document

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
V l – 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