WUJUD ZAT DAN KESETIMBANGAN FASE

Reference :Martin, et all., Physical Pharmacy

Wujud Zat

GAS CAIR

PADAT

PADAT MESOFASE CAIR

MENGEMBUN

MENGUAP

GASHUKUM BOYLEP ∞ I PV=K VGAY-LUSSAC AND CHARLESV ∞ T V=kT

P1V1 P2V2 PnVn K PV = nRT

T1 T2 Tn

R = konstanta gas ideal

Volum 1 mol gas pada STP (0oC, 1 atm) 22,4LR = (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 MeyerContoh:0,30 g cairan mudah menguap ditempatkandalam ruangan 200 ml. Pada suhu 100 oCsemua cairan emnguap dan memberikantekanan 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

mVP

P

PV = nRT

PV = (m/BM)RT

m/PV = BM/RT

mVP

TEORI KINETIKA MOLEKULERPV=nRT perlu beberapa asumsi1. 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 RT4. Tumbukan lenting sempurna

TEORI KINETIK MOLEKULER (Equation)

PV = 1/3nm c2 PV = 1/3nmµ

3PV n = jumlah partikelµ = ------ m = masa 1 partikel nm

3RT 3Pµ = ------ µ = ----- M d

PERSAMAAN VAN DER WALLS UNTUK GAS NYATA a P + ------- (V – b) = RT V2

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 CAIRGas liquid

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 force3. Hidrogen bonding

Molekul interaction

METODE PENCAIRAN GAS

Gas, t ↓ ----→ kecepatan dan energi kinetik molekul ↓ ----→ interaksi ↑ ---→ cair

Gas ditekan ----→ interaksi ↑ ----→ cairPenurunan suhu: Disimpan pada suhu dingin Ekspansi Adiabatis untuk gas ideal Efek Joule thomson untuk gas yang non

ideal

AerosolSedian dispersi dalam gas, suatu aplikasi

metode pencairanMenggunakan pembawa propelan yang

berujud gas dalam suhu dan tekanan normal, cair pada suhu rendah atau tekanan tinggi

Produksi pada suhu rendah tekanan normalProduksi pada suhu normal tekanan tinggiJika digunakan terjadi perubahan wujud

propelan menjadi gas

SIFAT KHAS CAIRAN1. Tekanan uap kesetimbangan/tekanan uap

jenuh/tekanan uap (P), dipengaruhi oleh suhu2. Suhu kritik dan tekanan kritik3. 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---- = ----------------- atau p1 2,303RT2T1

- ∆Hv 1Ln p = ------- ---- + konstanta R T

Contoh SoalData pengaruh suhu terhadap tekanan uapAceton:Suhu (oC) 20 30 40 50Tekanan uap (cm Hg) 19 29,5 41 62a. Panas Penguapan Molarb. Titik didihnya pada ruang bertekanan 1 atmc. Tekanan uap pada suhu 45oCJawab

WUJUD PADAT Padatan Amorf (Kristal Amorf),

1. tidak mempunyai bentuk kristal tertentu2. Titik leleh tidak tentu3. 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 kristalNama 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/lunak, 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 Vl – Vs --- = T -------------∆P ∆Hf

Contoh Soal:Berapakah titik beku air pada tekanan 2 atm jkttk 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 1Ln X2

i = -------- --- + konstanta atauR T

∆Hf (To –T)- Log X2

i = ------------------------- 2,303RToT

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 solvenmaka 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 CAIRAntara padatan dan cairanCair : gerakan molekul bebas dan dapat

berputar pada 3 sumbunyaPadat : molekul tidak bergerakMesofase : bergerak dan berputar tapi terbatas

1. SMEKTIK, gerakan molekul dua arah, berputar pada satu sumbu2. NEMATIK, garakan molekul tiga ara, berputar pada 1 sumbu.

A. Nematik B. Smektik

Bagaimana bisa terbentuk?

1. 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.

KESETIMBANGAN FASE

KESETIMBANGAN FASE

Aturan fase dari J. Willard GibsF = C – P + 2

F : jumlah derajat bebas (degree of FreedomC : 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

Suhu (OC)

Tekanan uap

(mmHg)

AB

O

C

PADATCAIR

UAP

0,0098

4,58

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)

OA : Kurva tekanan Uap OB : Kurva titik leleh 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

T (OC)

H = temperatur konsulat maksimum

A larutan fenol dalam air, C larutan air dalam fenol

(1 fase, F = 2 – 1+2 = 3, terkondensasi, F menjadi 2, suhu dan konsentrasi)

B : 2 fase: air jenuh fenol dibagian atas dan fenol jenuh air (bawah), F=1

50

66,8OC

11 630 100

A B C

Kadar fenol dalam air

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) fase2. 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)

Cairan + padatan salol

% berat timol dalam salol

13

34

To Salol

TO Timol

1 Fase Cair

Cairan + padatan timol

Padatan salol +padatan timol

E

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 terbentuk2. Bobot (tiap) fase berapa, konsentrasinya berapa3. 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-minyakDitunjukkan dengan diagram terner

100 % AIR 100 % VCO

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 %,

bagaiana komposisi fase konjugatnya Berapakah berat tiap fase, berapakah emulgator harus ditambahkan supaya sistem menjadi satu fase