PADATAN DAN KRISTAL. By: Rahmah Elfiyani

PADATAN DAN KRISTAL

By: Rahmah Elfiyani

Capaian Pembelajaran

 CPL

 Menunjukkan sikap bertanggung jawab atas pekerjaan di bidang keahliannya secara mandiri

 Menguasai teori, metode, aplikasi ilmu, dan teknologi farmasi (farmasetika, kimia farmasi, farmakognosi, farmakologi) konsep dan aplikasi ilmu

biomedik (biologi, anatomi manusia, mikrobiologi, fisiologi, patofisiologi, etik biomedik, biostatistik), konsep farmakoterapi, pharmaceutical care, pharmacy practice serta prinsip pharmaceutical calculation, epidemiologi, pengobatan berbasis bukti dan farmakoekonomi.

 CPMK

 Mampu menyebutkan dan menjelaskan sifat fisikokimia dari suatu senyawa/zat

 Sub-CPMK

 Mahasiswa mampu menerangkan sifat fisikokimia senyawa berwujud padat

(C2, A3) (CPMK1)

Tujuan

 Mahasiswa dapat menjelaskan sifat fisikokimia padatan

 Mahasiswa dapat menjelaskan perbedaan padatan kristal dan padatan amorf

 Mahasiswa dapat menjelaskan fenomena

polimorfisme

Integrasi AIK: mentafakuri Surat Al- Baqarah: 74

 Artinya: Kemudian setelah itu hatimu menjadi keras seperti batu, bahkan lebih keras lagi. Padahal diantara batu-batu itu sungguh ada yang mengalir sungai-sungai dari padanya dan diantaranya sungguh ada yang terbelah lalu keluarlah mata air dari padanya dan

diantaranya sungguh ada yang meluncur jatuh, karena takut kepada Allah. Dan Allah sekali-sekali tidak lengah dari apa yang kamu

kerjakan.

 Ayat di atas menggambarkan sifat dari padatan

 Karakteristik zat padat:

 mempunyai vol & bentuk yg tetap karena molekul2 ny menduduki tempat yg tetap dlm kristal,

 molekul2 tsb jg mengalami gerakan tetapi sangat terbatas,

 praktis tdk dpt dikompresi

 Zat padat dibedakan atas zat padat kristal, padat

amorf dan padat higroskopik

Zat padat kristal

 Tersusun dalam pola geomertris / kisi2 yg memiliki bentuk tertentu dengan susunan yg rapi

 Mempunyai titik lebur tertentu, perubahan tajam dr padatan k cairan

 Memiliki sistem kristal

 u/ zat2 organik, molekul terikat o/ gaya Van der Walls &

ik hidrogen  lemahnya ikatan & rendahnya titik leleh

 Bangun kristal diamati dgn difraksi sinar-X

 Crystal habit adalah penampakan luar dari kristal yg dipengaruhi oleh:

1. Struktur internal

2. Kondisi pertumbuhan kristal (laju pertumbuhan, solven

yang digunakan, keberadaan impuritas)

Ket: AS : obat malaria artesunat

Kristalografi

 Mempelajari geometri, sifat-sifat dan struktur kristal serta zat-zat yang mengkristal

 Mempunyai bidang simetri jk kristal tsb dpt dibagi o/ bid semu menjadi 2 bag, hingga bag yg 1 merupakan bayangan cermin yg lain

 Memiliki sumbu simetri (garis / sumbu putaran kristal), setelah putaran beberapa kali kristal hrs menunjukkan bentuk yg sama seperti semula

 Mempunyai pusat simetri (titik yg dpt dilalui garis yg

memotong permukaan kristal pd jarak yg sama dr kedua arah)

 Kristal dpt mempunyai lebih dr 1 bidang & sumbu simetri tetapi

hanya 1 pusat simetri, banyak kristal yg tdk mempunyai pusat

simetri

 Sistem kristal

 Regular (kubik, oktahedral): a= b=c, α=β=γ=90°:

NaCl, KCl, tawas

 Tetragonal (piramidal): a=b≠c, α=β=γ=90°: urea, TiO2

 Heksagonal: a=b≠c, α=β =90°,γ=120°: iodoform, ZnO

 Orthorombik (rhombik, prismatik): a≠b≠c,

α=β=γ=90°: iodium, KNO3, BaSO4, PbCO3, AgNO3

 Monoklinik: a≠b≠c, α=γ=90°, β≠90°: sukrosa,K- klorat

 Triklinik: a≠b≠c, α≠β≠γ≠90°: asam borat, Kalium

kromat

 Space lattice (kisi ruang) adalah susunan beraturan dr

titik2 pd bangun 3 dimensi, masing2 titik menggambarkan satu unit struktural, seperti ion, atom, atau molekul.

 Satu point lattice ditandai dengan tiga spatial dimension a, b, dan c, serta tiga sudut , , dan .

 Panjang (a, b, c) dan sudut (, , ) disebut lattice parameter.

 Satu sel yang dikonstruksi dengan tersusun atas parameter-parameter ini disebut unit cell.

Satu unit cell

Kisi Orthorhombic

Prisma Tetragonal

Kisi triclinic crystal

digambarkan sebagai vektor- vektor dengan panjang tidak

sama; semua vektor tidak saling tegak lurus.

Kisi monoclinic lattice

digambarkan sebagai vektor- vektor dengan panjang tidak

sama yang membentuk

prisma segi empat dengan

Polimorfisme

 Adalah kemampuan suatu senyawa u/ mengkristal lbh dr 1 jenis kristal yg berbeda-beda dgn kisi-kisi dlm

berbeda, tergantung pd kondisi pertumbuhan kristal (temperatur, tekanan, pengotor, kecepatan tumbuh, perbedaan pelarut, kelarutan dll)

 Karbon : intan(reguler) dan grafit(heksagonal);

 belerang: rhombik dan monoklin

 Kalsium karbonat : heksagonal & rhombik

 Struktur kimia sama tp berbeda sifat fisik : kelarutan,

 Tiap bentuk polimorfisme stabil pd suatu interfal suhu

& tekanan, perubahan bentuk 1 ke bentuk yg lain terjadi pd suhu (temperatur transisi) & tekanan tertentu

 Bentuk kristal dgn energi bebas terendah merupakan polimorf paling stabil

 Polimorf yg lain adalah metastabil, & dpt berubah

menjadi bentuk yg lebih stabil setelah beberapa waktu

 Stabilitas kimia & perubahan kelarutan karena

polimorfisme dpt berakibat pd bioavailabilitas obat &

program pengembangannya

 Semua zat organik rantai panjang memperlihatkan polimorfi, exp : teobroma cacao

 Kloramfenikol ada dlm 4 bentuk polimorf:

 3 bentuk kristal yaitu A (bentuk stabil pd suhu kecil 50’C), B (bentuk lebih mudah larut) dan C, dan

 1 bentuk amorf

 Teobroma cacao memiliki 4 bentuk polimorfi

 Bentuk tdk stabil : (TL 18 ⁰ C), (TL 22 ⁰ C), prime(TL 28 ⁰ C)

 Bentuk stabil (TL 34,5 ⁰ C)

 Pengerjaan dlm suppos:teobrama dilelehkan pd suhu

33 ⁰ C ad melelh sempurnamassa bs dituang, inti kristal

 stabil tdk hilang sehingga saat didinginkan suppos

 Jk suatu senyawa polimorf mengalami perubahan dari 1 bentuk ke bentuk yang lain secara reversibel maka sistem tsb adalah ENANTIOTROPIK.

 Jk suatu senyawa polimorf mengalami perubahan hany 1 arah saja atau berlangsung secara ireversibel, maka sistem tsb dinamakan MONOTROPIK.

 Dlm sistem enantiotropik, polimorf yg kelarutannya paling kecil adalah yg paling stabil.

 Pada penyimpanan, zat padat amorf cendrung untuk berubah menjadi bentuk-bentuk yang lebih stabil

 kerugian besar dalam pengembangan bentuk

amorf

 Suatu senyawa kristal dpt mengandung pelarut kristalisasi dlm jml stoikiometris

 Pelarut kristalisasi nonstoikiometris misalnya

inklusi & clathrates, melibatkan molekul2 pelarut yg terjerat dlm kisi kristal

 Pelarut kristalisasi yg terkandung dlm jumlah stoikiometris dlm kristal disebut: solvat,

 suatu kompleks molekuler yg telah bergabung

dgn molekul2 pelarut yg mengkristalisasi ke dlm

tempat2 spesifik didalam kisi kristal tsb.

 Jika pelarutnya adalah air, kompleksnya disebut hidrat.

 Senyawa yg tdk mengandung air sama sekali dlm struktur kristalnya disebut: anhidrat

 Bentuk hidrat, kelarutannya lebih kecil dr bentuk anhidrat.

 Contoh: Ampisilin bentuk anhidrat lebih mudah larut, sehingga dpt menghasilkan kadar puncak dlm darah yg lebih cepat drpd bentuk

trihidratnya yg kurang larut.

Polimorf dlm farmasi - suspensi

 Jika menggunakan polimorf yang salah sebagai obat, dapat terjadi konversi dari bentuk metastabil menjadi bentuk stabil. Hal ini mengakibatkan:

 Pertumbuhan kristal

 Terjadi distribusi ukuran partikel yang tidak diinginkan: masalah pada suspensi parenteral

 Ketersediaan hayati obat dapat berubah karena fase transisi menyebabkan partikel obat memiliki

kelarutan yang berbeda

 Caking

Padatan Amorf

 mempunyai atom2 / molekul yg tersusun dlm keadaan tdk teratur seperti dlm wujud cairan.

 Dpt dianggap sbg cairan yg membeku terlambat dgn viskositas yg besar

 Berbeda dgn kristal, sebab bentuk amorf cendrung mengalir jk diberikan tekanan cukup selama beberapa waktu & tdk mempunyai titik lebur tertentu, titik lebur berupa suatu interval temperatur

 Bentuk amorf biasanya mempunyai energi

termodinamis yg lebih tinggi drpd kristal, sehingga kelarutan & laju disolusinya lebih besar

 Memiliki sifat isotropik dan anisotropik

 Tidak selalu mungkin menentuan apakah suatu bahan berbentuk kristal / amorf

 Lilin & parafin, walaupun tampaknya amorf, tapi membentuk kristal jk dipanaskan kemudian

didinginkan scr lambat.

 Vaselin, mengandung bentuk kristal & amorf.

 Pengaruhnya terhadap aktivitas terapi:

 antibiotik asam novobiocin dlm bentuk kristal sangat kurang diabsorpsi & tdk punya aktivitas,

 bentuk amorfnya, mudah diabsorpsi & aktif.

Titik leleh / titik lebur

 Temperatur dimana cairan berubah menjadi padatan:

titik beku. Temperatur ini sama dengan titik leleh kristal zat murni

 Titik beku atau titik leleh padatan kristal murni:

temperatur dimana cairan murni dan padatan berada dalam kesetimbangan

 Panas yg diabsorbsi ketika 1 g padatan meleleh / panas yg dilepaskan ketika cairan membeku = panas

peleburan

 Panas peleburan ⇒ panas yg dibutuhkan u  jarak

antar atom /molekul dlm kristal  terjadi pelelehan

 Faktor2 yg mempengaruhi titik leleh

 BM: titik leleh hidrokarbon jenuh  dgn  BM karena gaya van der Waals (daya tarik inter-molekular) di antara molekul menjadi lebih besar dgn bertambahnya jml atom karbon

 Rumus bangun: titik leleh alkana dgn atom C yg genap lbh tinggi drpd hidrokarbon dgn atom C ganjil karena kekuatan ikatanny lbh besar dlm kristal

 Modifikasi struktur: metilasi teofilin membentuk

kofein  perpanjangan rantai samping dr metil menjadi

propiltitik lelehkelarutan, karena melemahnya gaya

antarmolekularny

 U mengetahui titik leleh dpt menggunakan alat DSC, DTA

 Titik leleh digunakan u menggolongkan senyawa organik & kemurnian senyawa

 Titik leleh senyawa murni lbh besar dibandingkan dgn senyawa yg tdk murni (mgd pengotor)

 Semakin banyak pengotor yg tdpt dlm senyawa 

 titik leleh ⇒ min titik leleh

 Rasio pencampuran yg menghasilkan titik leleh

terendah yg mungkin d dpt disebut titik eutetik

Metode analisis untuk karakteristik bentuk padat

 Analisa panas : Differential scaning colorimetry (DSC), Differential thermal analysis (DTA), thermogravimetric analysis (TGA), & thermomechanical analysis (TMA).

Metode ini digunakan untuk mengukur titik leleh, kapasitas panas, panas reaksi, kinetika penguraian, & perubahan sifat alir

 Spektroskopi IR

 Difraksi sinar-X

 Scanning electron microscopy (SEM)