Makalah Kimia Permukaan [PDF]

Citation preview

KIMIA PERMUKAAN KOLOID



DISUSUN OLEH KELOMPOK 2 :



M. SURYA AMBRIADI



(1301206)



M. ILHAM TAUFIK



(1301218)



AWALUDDIN



(1301127)



HERYANTO



(1301103)



BAYU KURNIAWAN



(1301245)



JURUSAN S1 TEKNIK PERMINYAKAN SEKOLAH TINGGI TEKNOLOGI MINYAK DAN GAS BUMI BALIKPAPAN 2014



KATA PENGANTAR



Dengan memanjatkan puji syukur kehadirat Allah SWT, karena rahmat dan hidayah-Nya sehingga pada kesempatan ini saya dapat menyusun makalah konsep dasar kimia ini sebagaimana mestinya. Tidak lupa salam serta shalawat kepada junjungan kita nabi besar Muhammad SAW beserta sahabatnya, karena tanpa adanya rahmat dan syafaat dari Allah SWT dan Rasul-Nya, kita tidak akan pernah berada di muka bumi ini. Dalam penyusunan makalah kimia permukaan koloid ini saya selaku penulis, telah menempuh banyak cara untuk memperoleh informasi-informasi yang mendukung yang menyangkut masalah kimia permukaan koloid, khususnya mengenai yang bersumber dari media cetak dan catatan kimia dasar I. Saya telah berusaha dengan keras dalam penyusunan makalah kimia permukaan koloid ini, saya juga yakin bahwa makalah ini sangatlah jauh dari kesempurnaan. Oleh karena itu, saya sangat mengharapkan saran dan kritik dari semua pihak guna dalam penyempurnaan laporan ini serta menjadikan laporan ini menjadi semakin bermanfaat baik bagi saya selaku penulis maupun bagi para pembaca. Akhir kata saya mengucapkan terima kasih kepada pihak yang telah membantu sehingga terselesaikannya laporan ini, semoga kita semua berada didalam lindungan-Nya dan selalu mendapatkan ridha Allah SWT.



Balikpapan, 27 November 2014 Penulis,



BAB I PENDAHULUAN



1.1. LATAR BELAKANG Latar belakang pembuatan makalah ini adalah sebagai persyaratan tugas mata kuliah Kimia Fisika yang membahas mengenai studi Kimia Permukaan dan Sifat Koloid



1.2. TUJUAN Tujuan pembuatan makalah ini meliputi : 1. Mampu mendefinisikan dan menjelaskan arti penting Kimia Koloid, baik dalam ilmu kimia maupun aplikasinya dalam dunia industri yang memanfaatkan fungsinya. 2. Mengetahu berbagai fungsi Kimia Permukaan dan Sifat Koloid. 3. Sebagai syarat tugas mata kuliah Kimia Fisika mengenai studi Kimia Permukaan dan Sifat Koloid. 1.3. RUANG LINGKUP MATERI Ruang lingkup materi yang disajikan pada makalah ini meliputi : 1. Defenisi Kimia Permukaan dan Sifat Koloid 2. Bagian-bagian dalam Kimia Permukaan dan Sifat Koloid 3. Fungsi bagian-bagian dalam Kimia Permukaan dan Sifat Koloid 4. Aplikasi penerapan Kimia Permukaan dan Sifat Koloid



BAB II DASAR TEORI



2.1. Kimia Permukaan



Ilmu permukaan (surface science), termasuk di dalamnya kimia permukaan (surface chemistry) dan fisika permukaan (surface physics), adalah ilmu yang mempelajari fenomena fisika dan kimia yang terjadi pada antarmuka dua fase zat, termasuk antarmuka padatan-cairan, padatan-gas, padatan-ruang hampa, dan cairangas. Irving Langmuir adalah salah satu perintis di bidang ini. Namanya diabadikan sebagai nama jurnal ilmiah Langmuir yang berfokus pada ilmu permukaan. Sifat adalah



karakteristik yang terdapat pada suatu benda. Sedangkan



permukaan adalah batas yang memisahkan suatu benda dengan sekelilingnya. Jadi, sifat permukaan adalah karakteristik yang terdapat pada suatu batas yang memisahkan



suatu



benda



dengan



sekelilingnya.



Banyak



hal



yang



perlu



dinyatakandengan jelas tentang karakteristik permukaan, misalnya dalam kaitannya dengan gesekan, keausan, pelumasan, tahanan kelelahan, perekatan dua atau lebih komponen-komponen mesin dan sebagainya. Salah satu karakteristik permukaan yang penting adalah kekasaran permukaan. Kekasaran permukaan sangat penting pula bila dihubungkan dengan fungsi komponen. Pembuatan komponen tidak semata-mata harus semuanya dengan nilai kekasaran yang kecil atau halus, tetapi harus benar sesuai fungsi. Sifat permukaan benda juga mempengaruhi penyerapan dan pemantulan panas. Permukaan yang rata dan mengkilap putih memantulkan hampir seluruh pancaran panas, sedangkan permukaan yang kasar dan hitam akan menyerap sebagian besar panas yang dipancarkan. Selain itu benda yang sedikit menyerap panas, juga sedikit memancarkan panas, dan benda yang banyak memancarkan panas juga akan banyak menyerap panas. Sifat permukaan berkaitan erat dengan kondisi permukaan.



Kondisi permukaan meliputi sifat-sifat dari batas zona permukaan



berupa sifat kimia, sifat mekanik, dan sifat geometrik. Bidang kimia permukaan dimulai dengan katalisis heterogen yang dipelopori oleh Paul Sabatier dengan hidrogenasi dan Fritz Haber dengan proses Haber. Irving



Langmuir merupakan pendiri bidang ini, dan jurnal ilmiah dalam bidang ini, yaitu Langmuir, menggunakan namanya. Persamaan adsorpsi Langmuir digunakan untuk memodelkan



adsorpsi lapis-tunggal dimana seluruh titik adsorpsi permukaan



memiliki afinitas yang sama terhadap spesi yang diadsorpsi. Kimia permukaan dapat didefinisikan secara umum sebagai kajian reaksi kimia di permukaan. Hal ini berkaitan erat dengan fungsionalisasi permukaan yang bertujuan mengubah susunan kimia permukaan dengan menambahkan unsur tertentu atau gugus fungsi yang menghasilkan berbagai dampak yang diinginkan atau peningkatan sifat-sifat permukaan atau antarmuka. Kimia permukaan juga bertumpang tindih dengan elektrokimia. Ilmu permukaan secara khusus penting untuk bidang katalisis heterogen. Adesi molekul gas atau cairan ke permukaan dikenal sebagai adsorpsi, yang dapat disebabkan oleh adsorpsi kimia atau adsorpsi fisik. Kedua hal ini juga tercakup dalam kimia permukaan. Fisika permukaan secara umum dapat didefinisikan sebagai kajian perubahan fisika yang terjadi di permukaan. Bidang ini bertumpang-tindih dengan kimia permukaan. Beberapa hal yang diselidiki oleh fisika permukaan mencakup difusi permukaan, rekonstruksi permukaan, fonon dan plasmon permukaan, epitaksi dan hamburan Raman yang diperkuat permukaan, pancaran dan terobosan elektron, spintronika, dan pengaturan-diri struktur-nano di permukaan.



2.2. Koloid Sistem koloid (koloid) merupakan suatu bentuk campuran (sistem dispersi) dua atau lebih zat yang bersifat homogen namun memiliki ukuran partikel terdispersi yang cukup besar (1 - 100 nm), sehingga terkena efek Tyndall. Bersifat homogen berarti partikel terdispersi tidak terpengaruh oleh gaya gravitasi atau gaya lain yang



dikenakan kepadanya; sehingga tidak terjadi pengendapan, misalnya. Sifat homogen ini juga dimiliki oleh larutan, namun tidak dimiliki oleh campuran biasa (suspensi). Koloid



mudah



dijumpai



di



mana-mana: susu, agar-agar, tinta, sampo,



serta awan merupakan contoh-contoh koloid yang dapat dijumpai sehari-hari. Kimia koloid menjadi kajian tersendiri dalam kimia industri karena kepentingannya. Di dalam larutan koloid secara umum, ada 2 zat sebagai berikut : 1. Zat terdispersi, yakni zat yang terlarut di dalam larutan koloid 2. Zat pendispersi, yakni zat pelarut di dalam larutan koloid Tabel 2.1. Pembagian Koloid Berdasarkan Fasenya Fase Terdispersi



Pendispersi



Nama Koloid



Contoh



Gas



Gas



Bukan Koloid



-



Gas



Cair



Busa



Buih, Sabun, Ombak,



Gas



Padat



Busa Padat



Krim Kocok Batu Apung,



Cair



Gas



Aerosol Cair



Busa Obat Semprot, Kabut,



Cair



Cair



Emulsi



Hair Spray di Udara Air Santan, Air Susu,



Kasur



Cair



Padat



Gel



Mayones Mentega, Agar-agar



Padat



Gas



Aerosol Padat



Debu,



Padat



Cair



Sol



Asap Cat, Tinta



Padat



Padat



Sol Padat



Tanah, Kaca, Lumpur



2.2.1. Sifat-sifat Koloid Berikut merupakan macam-macam sifat koloid, yaitu : a. Efek Tyndall



Gas



Knalpot,



Efek Tyndall adalah penghamburan cahaya oleh larutan koloid, peristiwa di mana jalannya sinar dalam koloid dapat terlihat karena partikel koloid dapat menghamburkan sinar ke segala jurusan. Contoh: sinar matahari yang dihamburkan partikel koloid di angkasa, hingga langit berwarna biru pada siang hari dan jingga pada sore hari, debu dalam ruangan akan terlihat jika ada sinar masuk melalui celah. b. Gerak Brown Gerak Brown adalah gerak partikel koloid dalam medium pendispersi secara terus menerus, karena adanya tumbukan antara partikel zat terdispersi dan zat pendispersi. Karena gerak aktif yang terus menerus ini, partikel koloid tidak memisah jika didiamkan. c. Adsorbsi Koloid Adsorbsi Koloid adalah penyerapan zat atau ion pada permukaan koloid. Sifat adsorbsi digunakan dalam proses: 1) Pemutihan gula tebu. 2.) Norit. 3) Penjernihan air. Contoh: koloid antara obat diare dan cairan dalam usus yang akan menyerap kuman penyebab diare. Koloid Fe(OH)3 akan mengadsorbsi ion H+ sehingga menjadi bermuatan +. Adanya muatan senama maka koloid Fe(OH), akan tolakmenolak sesamanya sehingga partikel-partikel koloid tidak akan saling menggerombol. Koloid As2S3 akan mengadsorbsi ion OH- dalam larutan sehingga akan bermuatan - dan tolak-menolak dengan sesamanya, maka koloid As 2S3 tidak akan menggerombol. d. Muatan Koloid dan Elektroforesis



Muatan Koloid ditentukan oleh muatan ion yang terserap permukaan koloid. Elektroforesis adalah gerakan partikel koloid karena pengaruh medan listrik. Karena partikel koloid mempunyai muatan maka dapat bergerak dalam medan listrik. Jika ke dalam koloid dimasukkan arus searah melalui elektroda, maka koloid bermuatan positif akan bergerak menuju elektroda negatif dan sesampai di elektroda negatif akan terjadi penetralan muatan dan koloid akan menggumpal (koagulasi). Contoh: cerobong pabrik yang dipasangi lempeng logam yang bermuatan listrik dengan tujuan untuk menggumpalkan debunya. e. Koagulasi Koloid Koagulasi koloid adalah penggumpalan koloid karena elektrolit yang muatannya berlawanan. Contoh: kotoran pada air yang digumpalkan oleh tawas sehingga air menjadi jernih. Faktor-faktor yang menyebabkan koagulasi: 1) Perubahan suhu. 2) Pengadukan. 3) Penambahan ion dengan muatan besar (contoh: tawas). 4) Pencampuran koloid positif dan koloid negatif. Koloid akan mengalami koagulasi dengan cara: 1) Mekanik, cara mekanik dilakukan dengan pemanasan, pendinginan atau pengadukan cepat. 2) Kimia, dengan penambahan elektrolit (asam, basa, atau garam). Contoh: susu + sirup masam —> menggumpal lumpur + tawas —> menggumpal



3) Dengan mencampurkan 2 macam koloid dengan muatan yang berlawanan. Contoh: Fe(OH)3 yang bermuatan positif akan menggumpal jika dicampur As2S3 yang bermuatan negatif. f. Koloid Liofil dan Koloid Liofob Koloid Liofil adalah koloid yang mengadsorbsi cairan, sehingga terbentuk selubung di sekeliling koloid. Contoh: agar-agar. Koloid Liofob adalah kolid yang tidak mengadsorbsi cairan. Agar muatan koloid stabil, cairan pendispersi harus bebas dari elektrolit dengan cara dialisis, yakni pemurnian medium pendispersi dari elektrolit. g. Emulasi Emulasi adalah kolid cairan dalam medium cair. Agar larutan kolid stabil, ke dalam koloid biasanya ditambahkan emulsifier, yaitu zat penyetabil agar koloid stabil. Contoh: susu merupakan emulsi lemak di dalam air dengan kasein sebagai emulsifier.



h. Kestabilan Koloid Banyak koloid yang harus dipertahankan dalam bentuk koloid untuk penggunaannya. Contoh: es krim, tinta, cat. Untuk itu digunakan koloid lain yang dapat membentuk lapisan di sekeliling koloid tersebut. Koloid lain ini disebut koloid pelindung. Contoh: gelatin pada sol Fe(OH)3. Untuk koloid yang berupa emulsi dapat digunakan emulgator yaitu zat yang dapat tertarik pada kedua cairan yang membentuk emulsi



Contoh: sabun deterjen sebagai emulgator dari emulsi minyak dan air. i. Pemurnian Koloid Untuk memurnikan koloid yaitu menghilangkan ion-ion yang mengganggu kestabilan koloid, dapat dilakukan cara dialisis. Koloid yang akan dimurnikan dimasukkan ke kantong yang terbuat dari selaput semipermeabel yaitu selaput yang hanya dapat dilewati partikel ion saja dan tidak dapat dilewati molekul koloid. Contoh: kertas perkamen, selopan atau kolodion. Kantong koloid dimasukkan ke dalam bejana yang berisi air mengalir, maka ion-ion dalam koloid akan keluar dari kantong dan keluar dari bejana dan koloid tertinggal dalam kantong. Proses dialisis akan di percepat jika di dalam bejana diberikan arus listrik yang disebut elektro dialisis. Proses pemisahan kotoran hasil metabolisme dari darah oleh ginjal termasuk proses dialisis. Maka apabila seseorang menderita gagal ginjal, orang tersebut harus menjalani “cuci darah” dengan mesin dialisator di rumah sakit. Koloid juga dapat dimurnikan dengan penyaring ultra.



2.2.2. Pembuatan Koloid Dalam proses terjadinya, koloid mampu dibuat baik secara manual maupun alami yang terdiri dari berbagai macam cara, seperti : a. Kondensasi Pembuatan sistem koloid dengan cara kondensasi dilakukan dengan cara penggumpalan partikel yang sangat kecil. Penggumpalan partikel ini dapat dilakukan dengan cara sebagai berikut: 1)



Reaksi Pengendapan



Pembuatan sistem koloid dengan cara ini dilakukan dengan mencampurkan larutan elektrolit sehingga menghasilkan endapan. Contoh: AgNO3 + NaCl —> AgCl(s) + NaNO3 2) Reaksi Hidrolisis Reaksi hidrolisis adalah reaksi suatu zat dengan air. Sistem koloid dapat dibuat dengan mereaksikan suatu zat dengan air. Contoh: AlCl3 +H2O —> Al(OH)3(s) + HCl 3) Reaksi Redoks Pembuatan koloid dapat terbentuk dari hasil reaksi redoks. Contoh: pada larutan emas Reaksi: AuCl3 + HCOH —> Au + HCl + HCOOH Emas formaldehid 4)



Reaksi Pergeseran Contoh: pembuatan sol As2S3 dengan cara mengalirkan gas H 2S ke dalam laruatn H3AsO3 encer pada suhu tertentu. Reaksi: 2 H3AsO3 + 3 H2S —> 6 H2O + As2S3



5)



Reaksi Pergantian Pelarut Contoh: pembuatan gel kalsium asetat dengan cara menambahkan alkohol 96% ke dalam larutan kalsium asetat jenuh.



b. Dispersi Pembuatan sistem koloid dengan cara dispersi dilakukan dengan memperkecil partikel suspensi yang terlalu besar menjadi partikel koloid, pemecahan partikel-partikel kasar menjadi koloid. 1) Cara Mekanik Ukuran partikel suspensi diperkecil dengan cara penggilingan zat padat, dengan menghaluskan butiran besar kemudian diaduk dalam medium pendispersi.



Contoh: Gumpalan tawas digiling, dicampurkan ke dalam air akan membentuk koloid dengan kotoran air. Membuat tinta dengan menghaluskan karbon pada penggiling koloid kemudian didispersikan dalam air. Membuat sol belerang dengan menghaluskan belerang bersama gula (1:1) pada penggiling koloid, kemudian dilarutkan dalam air, gula akan larut dan belerang menjadi sol. 2) Cara Peptisasi Pembuatan koloid dengan cara peptisasi adalah pembuatan koloid dengan menambahkan ion sejenis, sehingga partikel endapan akan dipecah. Contoh: sol Fe(OH)3 dengan menambahkan FeCl3. sol NiS dengan menambahkan H2S. karet dipeptisasi oleh bensin. agar-agar dipeptisasi oleh air. endapan Al(OH)3 dipeptisasi oleh AlCl3. 3) Cara Busur Bredia/Bredig Pembuatan koloid dengan cara busur Bredia/Bredig dilakukan dengan mencelupkan 2 kawat logam (elektroda) yang dialiri listrik ke dalam air, sehingga kawat logam akan membentuk partikel koloid berupa debu di dalam air. 4) Cara Ultrasonik



merupakan penghancuran butiran besar dengan



ultrasonik (frekuensi > 20.000 Hz) Campuran heterogen. Campuran homogen disebut larutan, contoh: larutan gula dalam air. Campuran heterogen dapat dibedakan menjadi 2 macam, yaitu: Sistem



koloid termasuk dalam bentuk campuran. Campuran terbagi menjadi 2, yaitu: 1. Suspensi, contoh: pasir dalam air. 2. Koloid, contoh: susu dengan air 2.2.3. Komponen Penyusun Koloid 1. Fase kontinyu



: medium pendispersi jumlahnya lebih banyak.



2. Fase diskontinyu : medium terdispersi jumlahnya labih banyak. 2.2.4. Bentuk Partikel Koloid 1. Bulatan : misalnya virus, silika. 2. Batang : misalnya virus. 3. Piringan : misalnya globulin dalam darah. 4. Serat : misalnya selulosa. 2.2.5. Penggunaan Sistem Koloid 1. Obat-obatan : salep, krim, minyak ikan. 2. Makanan : es krim, jelly dan agar-agar. 3. Kosmetik : hair cream, skin spray, body lotion. 4. Industri : tinta, cat.



2.2.6. Jenis Koloid Jenis koloid terdiri dari : a. Aerosol Merupakan



sistem koloid di mana partikel padat atau cair terdispersi



dalam gas. Contoh: aerosol padat : debu, asap. aerosol cair



: kabut, awan.



Bahan pendingin dan pendorong yang sering digunakan adalah Kloro Fluoro Karbon (CFC).



Asap kendaraan b.



Kabut



Emulsi Merupakan sistem koloid di mana zat terdispersi dan pendispersi adalah zat cair yang tidak dapat bercampur. Misalnya: Emulsi minyak dalam air: santan, susu, lateks, minyak ikan. Emulsi air dalam minyak: mentega, minyak rambut, minyak bumi. Untuk membentuk emulsi digunakan zat pengemulsi atau emulgator yaitu zat yang dapat tertarik oleh kedua zat cair tersebut. Contoh: sabun untuk mengemulsikan minyak dan air. kasein sebagai emulgator pada susu.



Air susu



c.



Sol Merupakan suatu sistem koloid di mana partikel padat terdispersi dalam zat cair.



Cat



No.



Hidrofob



Hidrofil



a.



Tidak menarik



Menarik molekul air hingga menyelubungi



molekul air tetapi



partikel terdispersi



mengadsorbsi ion Tidak reversible,



Reversibel, bila mengalami koagulasi akan



apabila mengalami



dapat membentuk sol lagi jika ditambah



koagulasi sukar



lagi medium pendispersinya



menjadi sol lagi Biasanya terdiri atas



Biasanya terdiri atas zat organik



b.



c.



zat anorganik d.



Kekentalannya rendah



Kekentalannya tinggi



e.



Gerak Brown terlihat



Gerak Brown tidak jelas



f.



jelas Mudah



Sukar dikoagulasikan oleh elektrolit



dikoagulasikan oleh g.



elektrolit Umumnya dibuat



Umumnya dibuat dengan cara dispersi



dengan cara h.



kondensasi Efek Tyndall jelas



Efek Tyndall kurang jelas



i.



Contoh: sol logam,



Contoh: sol kanji, sol protein, sol sabun,



sol belerang, sol



sol gelatin



Fe(OH)3, sol As2S3, sol sulfida d. Gel/Jel Merupakan koloid liofil setengah kaku. Contoh: agar-agar, lem kanji, selai, jelly untuk menata rambut.



Agar- agar



e. Buih Merupakan sistem koloid dari gas yang terdispersi dalam zat cair. Contoh: sabun, detergen, protein. Zat-zat yang dapat memecah/mencegah buih yaitu eter, isoamil alkohol.



Air laut di tepi pantai



BAB III PENUTUP



Kesimpulan 1. Kimia Permukaan merupakan ilmu yang mempelajari fenomena kimia yang terjadi pada antarmuka dua fase zat, termasuk antarmuka padatan-cairan, padatan-gas, padatan-ruang hampa, dan cairan-gas.



2. Adesi molekul gas atau cairan ke permukaan dikenal sebagai adsorpsi, yang dapat disebabkan oleh adsorpsi kimia atau adsorpsi fisik. 3. Sistem koloid (koloid) merupakan suatu bentuk campuran (sistem dispersi) dua atau lebih zat yang bersifat homogen namun memiliki ukuran partikel terdispersi yang cukup besar. 4. Sistem koloid terbagi atas dua jenis zat yang berupa zat terdispersi dan zat pendispersi. 5. Sifat-sifat Koloid terbagi atas beberapa macam yang berupa : a. Efek Tyndall b. Gerak Brown c. Adsorbsi Koloid d. Muatan Koloid dan Elektroforesis e. Koagulasi Koloid f.



Koloid Liofil dan Koloid Liofob



g. Emulasi h. Kestabilan Koloid i.



Pemurnian Koloid



6. Pembuatan koloid dapat terjadi karena 2 hal, yaitu : a. Kondensasi yang terdiri dari : 1) Reaksi Pengendapan 2) Reaksi Hidrolisis 3) Reaksi Redoks 4) Reaksi Pergeseran 5) Reaksi Pergantian Pelarut b. Dispersi yang terdiri dari : 1) Mekanik 2) Peptitasi



3) Busur Bredia/Bredig 4) Ultrasonik 7. Bentuk-bentuk koloid terbagi atas beberapa macam, yaitu : a. Aerosol b. Emulsi c. Sol d. Jel/Gel e. Buih/Busa