Slide 1

1ZAT PADATEnergi Ikatan antar atomIkatan valensiOrbital molekularIkatan valensi : Elektrovalensi (ikatan ionik)Kovalensi

Kovalen koordinasi (ikatan datif)Ion amoniumIon hidronium2

3Orbital MolekularOrbital molekular berikatanOrbital molekular antiikatanPenggabungan orbital atom 1s Atom merupakan satu pusat positif (satu inti) yang dikelilingi oleh satu set orbital atomMolekul merupakan kumpulan pusat positif yang dikelilingi oleh satu set orbital molekul

4Pembentukan orbital molekul dari orbital atom p

5

Elektronegativitas6Elektronegativitas

7

Jari-jari Kovalen, Jari-jari v.d. Waals, Jari-jari Kristal

8

9Gaya tarik intramolekular di antara atom:Molekulkekuatannya besarlebih 220 kkal untuk memecahkan seluruh ikatan O-H dari 1 mol air.Gaya tarik intermolekular :Wujud zat.Kekuatan kecil12 kkal memecahkan gaya intermolekular dalam 1 mol es.Bila molekul molekul berinteraksi :gaya tolak (menolak) gaya tarik (menarik).Pada jarak kesetimbangan tertentu, kurang lebih 3 atau 4 kali 10-8 cm(3 atau 4 , angstrom), gaya tarik dan gaya tolak berada dalam keadaan yang sama besar.Energi potensial kedua molekul adalah minimum dan sistem dalam keadaan yang stabil.GAYA IKAT ANTARMOLEKULWUJUD ZAT10

Energi atraksi dan repulsi.11Molekul dipolar :cenderung bergabung dengan tetangganya:Kutub negatif molekul yang satu menunjuk ke kutub positif molekul lainnya.Adanya osilasi elektronik : dipol sementara, menginduksiGaya van der Waals

12gaya dipoldipol atau gaya Keesom : Air, HCl, alkohol,aseton, fenol.

13interaksi dipoldipol induksi atau interaksi Debye : Etil asetat, metilenklorida, eter.

14gaya tarik dipol induksidipol induksi atau gaya tarik London (gaya dispersi) atau gaya van der Waals : Senyawa hidrokarbon, karbon disulfida, karbon tetraklorida, heksana.

15Karena gaya van der Waals lemah, zat padat yang diikat oleh interaksi dipol induksidipol induksi mempunyai titik leleh yang rendah dan relatif atsiri (volatile).

Dokosan dan Kodein : bobot molekul kira-kira sama, Dokosan (senyawa hidrokarbon) titik leleh 440 C, mencerminkan interaksi lemah van der Waals dibandingkan dengan kodein (interaksi dipol-dipol) titik leleh 1550 C.16

17Gaya ion-dipolGaya iondipol induksi

I2 + K+I K I3Gaya tersebut berperan dalam kelarutan zat kristal ionik dalam air, misalnya kation menarik atom oksigen yang relatif negatif dari molekul air dan anion menarik atom hidrogen dari molekul air yang dipolar.Molekul polar tertarik oleh muatan positif maupun muatan negatifR4N+:NR3iondipole18Ikatan Hidrogen

19Energi Ikatan dan Energi Kisi

183 Kkal/molNatrium bromida = 170Natrium iodida = 160Energi reaksi: 218,8 kkal/molEnergi ikatan rata-rata = 109,4

20

21Gugus FungsiContoh KristalJenis IkatanAsamasam sitrat, nikotinat, aspirin, stearatikatan hidrogenAlkoholinositol, sorbitolikatan hidrogenFenoltimol, resorsinikatan hidrogenAmidafenasetin, ureaikatan hidrogen atau dipol-dipolAminakodein, glisinikatan hidrogen atau dipol-dipolAldehidkloralhidratdipol-dipolKetonkamforadipol-dipolEsternipagin, salolvan der WaalsEterbenzofenonvan der WaalsHalogeniodoformvan der WaalsHidrokarbonparafin, vaselinvan der WaalsGugus Fungsi Organik Umum dan Interaksi Ikatan Utamanya.

22Molekul, atom, ion di dalam wujud padat terikat erat oleh gaya intermolekular, interatomik, dan ionik. Jika suhu dinaikkan: zat padat cairan wujud gas.Zat padat yang mempunyai tekanan uap yang tinggi seperti iodium dan kamfora, dapat langsung berubah menjadi uap tanpa meleleh. Proses ini disebut sublimasi, sedangkan proses sebaliknya adalah deposisi.WUJUD ZAT23

24WUJUD GASMolekul gas bergerak dengan kuat dan cepat kesegala arah, sering saling bertumbukan dengan sesamanya dan dengan dinding wadah.

Gas mempunyai tekanan, gaya per satuan luas, dinyatakan dalam dyne per cm2. Mempunyai volume, yang dinyatakan dalam liter atau cm3. Tidak mempunyai bentuk tertentu, dapat mengisi ruang yang ada.25Hukum Gas Ideal :Boyle Gay-Lussac

Hukum gas ideal umum :PV = nRTR: 0,08205 liter atm/mol derajat 8,314 joule/mol derajat 1,987 kal/mol derajatBerapa tekanan gas CO2, jika 1 mol gas menempati 0,5 L pada suhu 250 C?

For 1 mole of gas, van der Waals equation:

For n mole of gas in a container of volume V,:

a/V2 accounts for the internal pressure per mole resulting from the intermolecular forces of attraction between the molecules; b accounts for the incompressibility of the molecules, that is exluded volume, which is about four times the molecular volume.The van der Waals Equation for Real Gas27The van der Waals constants for some gases

28WUJUD CAIR

Pencairan Gas.Jika gas didinginkan, maka gas tersebut kehilangan energi kinetiknya dalam bentuk panas, dan kecepatan molekul menurun. Jika tekanan diberikan pada gas tersebut maka akan berubah menjadi wujud cair. Perubahan dari gas ke cairan dan dari cairan ke padatan : tergantung dari suhu dan tekanan.Suhu kritis : di atas harga tersebut tidaklah mungkin untuk mencairkan gas. Tekanan kritis :Tekanan yang dibutuhkan untuk mencairkan gas pada suhu kritisnya Suhu kritis air adalah 3740 C atau 6470 K, dan tekanan kritisnya adalah 218 atm, sedangkan untuk helium harga-harganya adalah 5,20 K dan 2,26 atm.29Metode Pencairan

menyimpannya dalam keadaan dingin dengan mengguna-kan campuran pendingin. pemuaian adiabatik : dibiarkan memuai dengan cepat sehingga tidak ada panas yang masuk ke dalam sistem.

Aerosol

Gas dapat dicairkan dengan meninggikan tekanan, asal bekerja di bawah suhu kritis. Jika tekanan diturunkan maka molekul memuai dan cairan berubah menjadi gas. Perubahan wujud yang bolak-balik ini adalah dasar dalam pembuatan sediaan aerosol. Dalam sediaan ini, obat dilarutkan atau disuspensikan dalam suatu propelan, yaitu zat yang berbentuk cair pada kondisi di dalam wadah tetapi akan berbentuk gas pada keadaan atmosfir normal.30Energi kinetik tidak terdistribusi merata diantara molekul-molekul; pada saat tertentu beberapa molekul mempunyai energi berlebih karenanya berkecepatan lebih tinggi dari lainnya. Cairan pada suhu tetap, molekul yang energinya lebih besar akan meloloskan diri dari permukaan cairan dan berubah menjadi wujud gas, dan beberapa molekul gas berubah kembali menjadi wujud cair, atau berkondensasi. Jika pada suhu tertentu kecepatan kondensasi setara dengan kecepatan penguapan, maka uap menjadi jenuh dan tercapailah kesetimbangan dinamik. Tekanan uap jenuh di atas cairan disebut tekanan uap kesetimbangan.Jika suhu cairan dinaikkan, beberapa molekul mendekati kecepatan yang diperlukan untuk melepaskan diri dan berubah menjadi wujud gas. Tekanan uap naik dengan naiknya suhu.Tekanan Uap Cairan31

p1 dan p2 adalah tekanan uap pada suhu mutlak T1 dan T2 , dan Hv kalor uap molar.Persamaan ClausiusClapeyron:

Kalor Uap32Suhu pada saat tekanan uap cairan sama dengan tekanan luar atau atmosfer disebut titik didih. Kalor yang diserap pada saat air menguap pada titik didih normal (yaitu kalor uap pada 1000 C) : 539 kal/g atau 9720 kal/mol. Benzena : 91,4 kal/g pada titik didih normal 80,20 C.

Kuantitas kalor ini : kalor uap laten, diserap ketika cairan menguap dan dilepaskan saat uap berkondensasi.Titik Didih33Titik Didih Normal dan Kalor Uap

34Zat padat : amorf atau bentuk kristal.Kristal, seperti es, natrium klorida, dan mentol tersusun dalam satu pola geometrik atau kisi yang tetap. Kristal padat, tidak seperti cairan dan gas, mempunyai bentuk dan susunan satuan tertentu. Bangun atau kebiasaan kristal dari suatu zat tertentu dapat bervariasi, akan tetapi sudut antara permukaan selalu tetap. Sudut antarmuka inilah yang memberikan nilai karakteristik dari suatu kristal.Satu kristal dapat terbentuk dari atom, ion, ataupun molekul di dalam suatu susunan geometrik atau kisi yang berulang secara tetap dalam tiga dimensi. Pola berulang secara tetap dari kisi ini dikenal sebagai sel satuan (unit cell).Sistem kristal utama tersebut adalah: kubik, trigonal, tetragonal, heksagonal, orthorombik, monoklinik, dan triklinik.WUJUD PADAT DAN KRISTAL35

Sistem Kristal Physical Pharmacy ,David Attwood , Alexander T. Florence36

Physical Pharmacy ,David Attwood , Alexander T. Florence37

38Habit KristalTabularPrismatikAcicularKristal heksagonalPrismatikisometriktabularKristal orthorombik

Physicochemical Principles of Pharmacy David Attwood , Alexander T. Florence (A) Sel unit berupa ion: kristal amonium klorida;

(B) Sel unit berupa atom: kristal atom tungsten; (C) Sel unit berupa molekul: kristal es kering40Pola pertumbuhan inti kristal: kubus, pelat, dan jarum

41Polimorfisme : kapasitas suatu zat untuk mengkristal lebih dari satu bentuk kristal. Bentuk polimorfik walaupun tidak selalu, mempunyai perbedaan sistem kristal. Perubahan berlangsung bolak-balik: enansiotropik; transisi hanya satu arah : monotropik, Air dan raksa iodida : bentuk enansiotropikHampir semua senyawa organik berantai panjang menunjukkan polimorfisme dan lebih banyak yang bersifat monotropik.Polimorfisme42Bentuk polimorfik dapat berbeda : warna, kekerasan, titik leleh, kelarutan dan sifat fisik lainnya. Polimorf metastabil : tekanan uap lebih tinggi, energi bebas lebih tinggi, kelarutan yang lebih besar, dan titik leleh lebih rendah dibandingkan dengan polimorf yang stabil.Lemak Coklat (Oleum Cacao) terdiri dari gliserida tunggal, meleleh pada rentang suhu yang sempit (34 - 360 ). Lemak Coklat mampu berada dalam empat bentuk polimorfik, bentuk tak stabil gamma () meleleh pada suhu 180 , bentuk alfa () meleleh pada 220 , bentuk beta aksen (') meleleh pada 280 dan bentuk beta () yang stabil mempunyai titik leleh 34,50 . 43

A-phase: stabilB-phase : metastabil44

Bentuk I parasetamol, monoklinik, termodinamik stabil, umum digunakanBentuk II parasetamol, orthorombik., baik untuk pembuatan tablet45

View of the unit cell contents for two polymorphs of acetaminophen(a) orthorhombic form(b) monoclinic form

Polymorphism in Pharmaceutical Solids , Edited by Harry G. Brittain46

47

Comparison of serum levels ( g cm-3) obtained with suspensions of chloramphenicol palmitate after oral administration of a dose equivalent to 1.5 g of chloramphenicol48

49Transformasi padat padat polimorf metastabil pada suhu kamar dapat berlangsung dari mulai hitungan detik, misalnya asetanilida dan asam pikrat, sampai dengan yang berlangsung sepanjang masa seperti intan.Kebanyakan obat seperti barbital, sinkhofen, estron, progresteron, dan sulfatiazol digunakan dalam bentuk metastabil. Obat-obat tersebut mempunyai kecepatan transformasi yang lambat dan dipakai sebelum terjadinya transformasi yang cukup besar.50Secara klinis hanya satu bentuk polimorf yang lebih efektif dari bentuk lainnya. Disebabkan oleh perbedaan kelarutan, koefisien partisi, dan kecepatan disolusi; yang berpengaruh terhadap penyerapan (absorpsi) dan respon terapetik yang tinggi dari obat padatan. Riboflavin mempunyai tiga bentuk yang kelarutannya masing-masing adalah 60, 80 dan 1200 mg/ml. Pada obat jadi padatan penyerapannya lebih baik bila digunakan bentuk polimorf yang paling larut.51Percobaan pada tikus : kecepatan penyerapan metilprednisolon implantasi subkutan 1,7 kali lebih besar pada bentuk polimorf II yang lebih larut dibandingkan dengan bentuk stabil polimorf I.

Penggunaan bentuk polimorf metastabil akan ada artinya jika transformasi ke bentuk stabil berjalan lambat. Walaupun bentuk metastabil secara klinis lebih diperlukan akan tetapi dipandang dari segi kestabilan fisik dan kimia bentuk stabillah yang lebih disukai. 52Pada sediaan suspensi kecepatan transisi polimorf tergantung dari kelarutan masing-masing bentuk dan kecepatan difusi molekul dalam larutan. Kelarutan dan perbedaan kelarutan yang membesar di antara polimorf akan meningkatkan kecepatan transformasi. Kekentalan cairan yang tinggi menghambat difusi dan transformasi.

53Transisi polimorfik dapat pula terjadi selama penghalusan, granulasi, pengeringan, dan proses pengempaan (misalnya, transisi selama penghalusan bagi digoksin, spironolakton; transisi selama pengempaan bagi fenilbutazon dan beberapa sulfonamida)54

55

56Bahan seperti gelas, ter, dan kebanyakan plastik sintetik merupakan zat padat amorf. Perbedaan dengan zat padat kristal : padat amorf cenderung mengalir jika diberikan sesuatu tekanan yang cukup pada suatu periode waktu, di samping itu zat padat amorf tidak mempunyai titik leleh tertentu.Zat padat amorf, seperti kristal kubus: isotropik yaitu memperlihatkan sifat yang sama (daya hantar listrik, indeks bias, laju kelarutan) pada segala arah.Tidaklah selalu mungkin dengan pengamatan biasa untuk menentukan zat padat berbentuk amorf atau kristal. Zat Padat Amorf57Malam putih dan parafin padat walaupun tampaknya amorf, jika dipanaskan dan dibiarkan dingin secara perlahan diduga mempunyai susunan kristal. Vaselin : bentuk amorf dan kristal. Beberapa bahan amorf seperti gelas dapat mengkristal setelah dibiarkan lama.Bentuk amorf atau kristal suatu zat ternyata mempengaruhi aktivitas terapi. Bentuk kristal antibiotika asam novobiosin kurang sekali diserap dan tidak aktif sedangkan bentuk amorf sebaliknya mudah diserap dan aktif.58PERUBAHAN WUJUDCAIR MENJADI GASMolekul cair agar berubah menjadi gas, haruslah gaya tarik yang ada di dalam cairan dilewati, yaitu dengan cara diberi energi berupa kalor (kalor uap Hv) BM gaya antarmolekul Hv Ttk Didih Tek. Uap

PADAT MENJADI CAIRJika zat padat dipanaskan sampai titik leburnya, suhu tak akan naik sampai seluruh padatan berubahmenjadi cair. Kalor tersebut : kalor lebur (Hf) BM gaya antarmolekul Hf Ttk Lebur 59Sistem Dua Komponen Fase Cair.Diagram Komposisi-Suhu Sistem Air dan Fenol.Jika dibuat sistem yang terdiri dari 24% bobot fenol dan 76% bobot air (titik d), akan diperoleh dua fase cair di dalam tabung. Bagian atas, A, mempunyai kompo-sisi 11% fenol dalam air (titik b pada diagram) sedangkan lapisan lebih bawah, B, mengandung 63% fenol (titik c pada diagram). Perbandingan berat kedua fase adalah :

60titik b = 11%, titik c = 63%, dan titik d = 24%, maka perbandingan dc/bd = (63-24)/(24-11) = 39/13 = 3/1. Jadi setiap 10 g sistem cair yang berkesetimbangan pada titik d, akan diperoleh 7,5 g fase A dan 2,5 g fase B. Pada titik f, fase A dan fase B?Jika dibuat sistem 50% bobot fenol (titik f), perbandingan fase A dengan fase B = fc/bf = (63-50)/ (50-11) = 13/39 = 1/3. Karena itu untuk setiap 10 g sistem f yang dibuat, akan diperoleh campuran kesetimbangan 2,5 g fase A dan 7,5 g fase B.

61Sistem Dua Komponen berisi Fase Padat dan Fase Cair.

62Diagram fase griseofulvin-as.suksinatKelarutan larutan padat griseofulvin, etektik, dan kristalDispersi padat ( Larutan padat)

A griseofulvinsuccinic acid (soluble carrier) system has a eutectic point at 0.29 mole fraction of drug (55% w/w griseofulvin. The eutectic mixture consists here of two physically separate phases: pure griseofulvin + a saturated solid solution of griseofulvin in succinic acid. The solid solution contains about 25% griseofulvin; the eutectic mixture, which has a fixed ratio of drug to carrier, thus comprises 60% solid solution and 40% pure griseofulvin. The solid solution dissolves 67 times faster than pure griseofulvin.63

Kesetimbangan Fase dalam Sistem Tiga Komponen

65

Contoh : A : air; B: alkohol; C: benzenaKurva afdeic : kurva binodal, kurva yang memisahkan fase cairan ganda dengan fase cairan tunggal