WUJUD ZAT DAN KESETIMBANGAN FASE

Reference :

Martin, et all., Physical Pharmacy

Wujud Zat

GAS CAIR

PADAT

PADAT MESOFASE CAIR

MENGEMBUN

MENGUAP

GAS

HUKUM BOYLE

P ∞ I PV=K

V

GAY-LUSSAC AND CHARLES

V ∞ 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) 22,4L

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

mVP

P

PV = nRT

PV = (m/BM)RT

m/PV = BM/RT

mVP

TEORI KINETIKA MOLEKULER

PV=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 CAIR

Gas 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 ↑ ----→ cair

Penurunan suhu: Disimpan pada suhu dingin Ekspansi Adiabatis untuk gas ideal 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 normalProduksi pada suhu normal tekanan tinggiJika 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---- = ----------------- atau p1 2,303RT2T1

- ∆Hv 1Ln 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/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 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 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 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

Suhu (OC)

Tekanan uap

(mmHg)

AB

O

C

PADAT

CAIR

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 630100

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