CAIRAN. Tim Dosen Kimia Fisika

(1)

CAIRAN

Tim Dosen Kimia Fisika

3/30/2022 Visi Prodi: Pada tahun 2028 menjadi prophetic teaching program studi yang menghasilkan sarjana

farmasi dengan memiliki kecerdasan spiritual, intelektual, emosional, dan sosial berkemajuan. 1

(2)

Surah Al-Waqiah: 68-70

“Maka terangkanlah kepadaku tentang air yang kamu minum.

Kamukah yang menurunkannya atau Kamikah yang menurunkannya?

Kalau Kami kehendaki, niscaya Kami jadikan dia asin, Maka Mengapakah kamu tidak bersyukur?” (QS: Al-

Waqi’ah ayat 68-70)

3/30/2022

Visi Prodi: Pada tahun 2028 menjadi prophetic teaching program studi yang menghasilkan sarjana farmasi dengan memiliki kecerdasan spiritual, intelektual, emosional, dan sosial berkemajuan.

2

(3)

CPL

• S12: Menunjukkan sikap bertanggungjawab atas pekerjaan di bidang keahliannya secara mandiri

• P4: 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 (CPL2, CPL5)

Sub-CPMK

• Mahasiswa mampu menerangkan sifat fisikokimia senyawa berwujud cair

3/30/2022

3

(4)

■ Cairan mempunyai volume tetap & sedikit dipengaruhi oleh tekanan

■ Kerapatan & viskositas > drpd gas

■ Jika 2 zat cair dicampur akan terjadi : tercampur sempurna, tercampur sebagian atau tidak

tercampur

■ Molekul-molekul cairan mempunyai gaya tarik yg kuat (dpt menahan vol yg tetap) tetapi msh dpt bergerak bebas, hanya gerakannya terbatas

■ Gaya yg bekerja antar molekul-molekul cairan

berupa gaya Van der Waals atau gaya listrik akibat adanya dipol

Karakteristik Wujud Cair

3/30/2022

4

(5)

3/30/2022

Visi Prodi: Pada tahun 2028 menjadi prophetic teaching program studi yang menghasilkan sarjana farmasi dengan memiliki kecerdasan spiritual, intelektual, emosional, dan sosial

berkemajuan. 5

Gas Cairan Padatan

Daya Tarik antar molekul

lemah Kuat ?

Kerapatan dan viskositas

Jarak antar molekul > > daripada gas ?

Pergerakkan molekul

Bergerak bebas Msh dpt bergerak bebas, ttp terbatas

Pengaruh P Dipengaruhi tekanan (mdh ditekan)

Sedikit dipengaruhi P

?

Volume Berubah Tetap ?

(6)

Tekanan uap cairan

■ Penguapan cairan terjadi karena molekul-molekul cairan di permukaan meninggalkan cairan, molekul-molekul tsbt

memiliki tenaga (energi translasi/energi kinetik) lbh besar drpd tenaga rata-rata dlm cairan.

■ Penguapan tdk terjadi terus menerus, karena sebagian dr uap kembali ke dlm cairan

■ Jika kecepatan penguapan = kecepatan pengembunan, akan terjadi kesetimbangan & tek uap yang timbul disebut tekanan uap jenuh pada temperatur tsb

■ Adanya gas (udara) di atas cairan akan laju penguapan, tetapi tdk mempengaruhi tekanan kesetimbangan

3/30/2022

berkemajuan. 6

(7)

Tekanan uap cairan

■ Banyaknya panas yg diperlukan untuk meguapkan

cairan tergantung dari : jenis cairan, banyaknya cairan

& temperatur

■ Tekanan uap cairan tergantung pada T, T maka  tek uapny & mencapai harga maksimal pada T kritis, hal ini terjadi karena molekul-molekul lebih banyak yang

meninggalkan cairan

■ Pd T kritis kehendak untuk menjadi gas sangat besar &

pada saat tsbt tdk ada fase cair lagi

3/30/2022

berkemajuan. 7

(8)

Tekanan uap-temperatur absolut

■ Dinyatakan dlm pers Clausius-Clapeyron Log (p

₂

/p

₁

) = [H

_v

(T

₂

-T

₁

)]/[2,303RT

₁

T

₂

] Ket : p

₁

dan p

₂

= tek uap pd suhu absolut

H

_v

= panas penguapan molar (panas yg diabsorbsi 1 mol cairan ketika berubah menjadi uap

T

₁

dan T

₂

= suhu (Kelvin) R = 1,987 kal/mol.K

■ Panas penguapan bervariasi berdasarkan temperatur, dgn membuat plot log tek uap terhadap 1/T absolut akan menghasilkan garis

lurus→memungkinkan menghit panas penguapan cairan dari kemiringan garis

3/30/2022

berkemajuan. 8

(9)

■ Contoh soal : tek uap air pd suhu 25

^o

C adalah 23,8 mmHg. Panas penguapan rata-rata sekitar 10400 kal/mol. Hitunglah tekanan uap air pada suhu 40

^o

C!

■ Dik: T1 = 25oC = 25 + 273 = 298 K

■ T2 = 40oC = 40 + 273 = 313 K

■ P1 = 23,8 mmHg = 23,8/760 = 0,0313 atm

■ P2 ???

■ ∆Hv = 10400 kal/mol

■ Log (p

₂

/p

₁

) = [H

_v

(T

₂

-T

₁

)]/[2,303RT

₁

T

₂

]

■ Log (P2/0,0313) = {(10400(313-298))/(2,3031,987298313)}

■ Log (p2/0,0313) = 156000/426827,51

■ Log (p2/0,031) = 0,3654

■ P2/0,031 = antilog 0,3654 -→ shift+log 0,3654

■ P2/0,031 = 2,3195

■ P2 = 0,0719 atm

3/30/2022

berkemajuan. 9

(10)

Titik didih cairan

▪ Cairan dipanaskan dlm wadah terbuka sampai P uap = P atmosfer,uap terlihat membentuk gelembung yg naik dgn cepat melalui cairan & mencapai wujud gas

▪ Titik didih cairan:

 temperatur pada saat tekanan uap cairan sama dengan tekanan luar atau tekanan atmosfer.

▪ Semua panas yg diabsorbsi digunakan untuk mengubah cairan menjadi uap & T tdk akan naik sampai cairan

menguap dgn sempurna, panas akan dilepaskan ketika uap berkondensasi menjadi cairan

3/30/2022

10

(11)

Titik didih

■ Tekanan di atas permukaan laut sekitar 760 mmHg.

 pada kenaikan permukaan laut yang lebih tinggi, tekanan atmosfer turun sehingga TD lebih

rendah

■ Perubahan titik didih akibat tekanan dpt dihitung dgn Persamaan Clausius-Clapeyron

■ Titik didih merupakan T dimana adanya panas dpt mengatasi gaya atraksi antara molekul cairan

3/30/2022

11

(12)

Titik didih

▪ Titik didih hidrokarbon, alkohol sederhana & as karboksilat naik dgn meningkatnya BM ( gaya atraksi > dgn naiknya nomor atom)

▪ Cabang dr rantai menghasilkan molekul yg kurang kompak →

atraksi antar molekular → penurunan titik didih

▪ C –C – C –C c-c-c

▪ C

▪ Zat non polar (molekul2 banyak terikat dgn gaya london) mempunyai titik didih rendah & panas penguapan rendah

▪ Zat polar (exp : etanol & air) terikat dgn ikatan hidrogen, memperlihatkan titik didih tinggi & panas penguapan tinggi

3/30/2022

12

(13)

Tegangan Permukaan & tegangan muka cairan

▪ Gaya tarik antar molekul2 dlm cairan sama ke segala arah, tetapi molekul-molekul pd

permukaan lebih tertarik “ke dalam” cairan, karena jml molekul dlm fase uap lbh kecil drpd fase cair, sehingga zat cair selalu berusaha mendapatkan luas permukaan terkecil

(berbentuk bulat)

▪ Adanya gaya-gaya ke arah dalam yg

menyebabkan adanya kecenderungan utk

mengerut jg menyebabkan permukaan cairan seakan-akan berada dlm keadaan tegang

▪ utk memperluas permukaan diperlukan kerja untuk membawa molekul-molekul dari bagian dalam & melawan gaya tariknya

3/30/2022 13

(14)

Tegangan Permukaan (γ)

■ Kawat ABCD berbentuk U (tiga sisi) dengan batang AD yang dapat

bergerak, dicelupkan ke dalam sabun membentuk film (lapis tipis)

■ Batang AD dengan panjang L, dapat bergerak menggunakan gaya f (massa yang menggantung), bekerja melawan tegangan permukaan dari film

■ Jika massa diangkat, film akan mengkerut karena TP

■ TP (γ) dari larutan yang membentuk film, adalah fungsi dari gaya yang

harus dipakai untuk memecah film dan fungsi dari panjang batang yang dapat bergerak

■ Karena film mempunyai 2 AM cair/gas, panjang total bidang adalah 2 kali

panjang batang (kawat AD)

■ γ = f / 2L

A

B C

D L

ds

f

3/30/2022

14

(15)

Energi Bebas Permukaan (EBP)

■ Kerja yg dilakukan ( EBP) dalam memperbesar luas permukaan (LP):

➢ Batang pada posisi AD dan massa ditambahkan untuk memperluas permukaan dengan jarak ds, maka kerja (erg) :

dW = f x ds = γ x 2L x ds dW = γ dA ↔ W = γ ΔA

W = kerja yg dilakukan atau kenaikan energi bebas permukaan (erg) ds = jarak untuk memperbesar luas permukaan

 = tegangan permukaan (dyne/cm) ΔA = kenaikan luas permukaan (cm2) L = panjang batang yg dpt bergerak (cm)

➢ TP : perubahan EBP per satuan kenaikan luas

3/30/2022

15

(16)

■ Tegangan Permukaan (TP)

Gaya per satuan panjang yang harus diberikan sejajar pada permukaan untuk mengimbangi tarikan ke dalam

■ Tegangan Antarmuka (TAM)

Gaya per satuan panjang yang terdapat pada AM 2 fase cair yang tidak bercampur

■ Satuan : dyne/cm

■ TAM < TP, karena gaya adhesif antara 2 fase cair yang

membentuk AM adalah lebih besar daripada jika fase cair dan gas berada bersama-sama

 Jadi, jika 2 cairan bercampur dengan sempurna, tidak TAM

 TP & TAM semua zat cair akan turun bila temperatur naik &

menjadi 0 pd temperatur kritis

3/30/2022

16

(17)

Metode Pengukuran TP dan TAM (Tensiometer)

■ Kenaikan kapiler

■ Cincin Du Nouy

■ Berat tetesan

■ Tekanan gelembung

■ Tetesan sessile

■ Lempeng Wilhelmy

3/30/2022

17

(18)

Metode kapiler

▪ Prinsip : cairan dlm pipa kapiler mempunyai permukaan lebih tinggi drpd permukaan d luar pipa & membentuk

permukaan yg cekung,sehingga cairan dpt dikatakan mampu membasahi wadah, hal ini terjadi karena gaya adhesi > dari gaya kohesi

▪ Kenapa suhu dapat mempengaruhi tegangan permukaan?

Karena bertambahnya suhu kerapatanya (masa/volume) turun, sehingga gaya tarik kebawah kecil maka gaya

penyeimbang ke atas juga kecil sehingga tinggi air naik kapiler juga kecil.

▪ Tegangan permukaan kebanyakan cairan turun hampir secara linear dgn naiknya suhu karena energi kinetik molekul

3/30/2022

18

(19)

h 2r

GK = 2 . r .  cos θ ( GAYA KEATAS ) GK HARUS DIKALI DENGAN COS θ ,

TETAPI NILAI INI TERLALU KECIL , DAPAT DIABAIKAN .

GAYA KEBAWAH GB

GB = BERAT CAIRAN x GRAVITASI

=  . r

²

. h .  . g

DALAM KEADAAN SETIMBANG GK = GB 2 . r .  =  . r

²

. h .  . g

 = ½ . r . h .  . g

 = k . h

COS θ

3/30/2022

19

(20)

3/30/2022

20

■ GK = 2 . r .  cos θ ( GAYA KEATAS )

GK HARUS DIKALI DENGAN COS θ , TETAPI NILAI INI TERLALU KECIL , DAPAT DIABAIKAN .

■ GAYA KEBAWAH GB

GB = BERAT CAIRAN x GRAVITASI

=  . r

²

. h .  . g

■ DALAM KEADAAN SETIMBANG GK = GB

2 . r .  =  . r

²

. h .  . g

 = ½ . r . h .  . g

 = k . h

(21)

▪ Tegangan permukaan (dyne/cm)

= ½ rpgh (cm, g/cm ³ , cm/dt ² , cm) g cm/dt ² cm = dyne/cm

Contoh soal

■ Suatu sampel kloroform naik sampai ketinggian 3,67cm pd 20

^o

C dlm suatu tabung kapiler yg mempunyai jari-jari dalam 0,01 cm. Berapkah tegangan permukaan

kloroform? Kerapatan kloroform = 1,476 g/cm

³

, percepatan gravitasi 981 cm/detik

²

?

■ Dik: r = 0,01 cm

■ H = 3,67 cm

■ g = 981 cm/detik2

■ Ρ = 1,476 g/cm3 → g/ml

■ TP (γ) = (0,01 * 1,476 * 981 * 3,67)/2 = 26,569 dyne/cm

3/30/2022

21

(22)

■ Hitung teg permukaan dr suatu lar zat pembasah yg mempunyai kerapatan 1,008 g/cm

³

& yg naik setinggi 6,60 cm pd tabung kapiler yg mempunyai keliling dlm 0,1257 cm?

■ Keliling tabung = 0,1257 → r?

■ 0,1257 = 2µr → r = 0,1257/2µ → r = 0,1257/(2*3,14) = 0,02 cm

■ TP = (0,02 * 1,008 * 981 * 6,6)/2 = 65,2639 dyne/cm

3/30/2022

22

(23)

DU NOUY TENSIOMETER

METODA YG BANYAK DIPAKAI U/ MENGUKUR TEGANGAN MUKA & TEGANGAN ANTAR MUKA ADALAH METODA DU NOUY

PRINSIP ALAT : TENAGA/GAYA YG DIBUTUHKAN U/ MELEPASKAN SUATU CINCIN PLATINUM – IRRIDIUM YG DICELUPKAN PD PERMUKAAN / ANTAR MUKA ADALAH SEBANDING DGN TEGANGAN MUKA / TEGANGAN ANTAR MUKA CAIRAN TSB.

TENAGA YG DIPERLUKAN U/ MENGANGKAT CINCIN DIPINDAHKAN MELALUI KAWAT YG DIHUB DGN LEMPENGAN BULAT & DPT LANGSUNG DIBACA DLM DYNE/CM .

3/30/2022

23

(24)

Contoh soal

■ Pada pengujian tegangan permukaan menggunakan metode cincin du-Nouy dan diperoleh nilai massa yang tertera pada skala adalah 1,08 g. Berapakah nilai tegangan permukaan dari sampel jika diketahui keliling cincin adalah 37,714 cm dengan faktor koreksi alat 1308,16 dan nilai gaya

gravitasi 0,98 dyne?

■ Dik: M = 1,08 g

■ G = 0,98 dyne

■ Faktor koreksi (FK) alat = 1308,16

■ Keliling cincin = 37,714 cm

■ TP = (FFK)/keliling cincin → M → F = M G

■ TP = (MGFK)/Keliling cincin = (1,08 * 0,98 * 1308,16)/37,714 = 36,712 dyne/cm

3/30/2022

24

(25)

Viskositas cairan

■ Viskositas cairan turun dengan naiknya temperatur, sebaliknya viskositas gas bertambah dengan naiknya temperatur

■ Viskositas cairan dibedakan atas:

– Cairan newton

■ Viskositas cairan konstan pada setiap kecepatan geser (pengadukan). Contoh : air, gliserin

– Cairan non newton

■ Viskositas cairan berubah pada setiap kecepatan geser (pengadukan). Contoh : emulsi, suspensi

3/30/2022

25

(26)

Penentuan viskositas cairan Newton

■ Metode pipa kapiler

– Viskometer Ostwald – η1/η2 = ρ1t1/ρ2t2 – Sampel A → t = 3 detik – Air (Pembanding → 1 detik

– BJ sampel = 1,356 g/mlL → g/cm3 – η1/η2 = ρ1t1/ρ2t2

– N1/1 Cps = (1,356 g/cm

³

*3)/(1 g/cm

³

1 detik) – N1/1 = 4,068 Cps*

– η = viskositas cairan, ρ = massa jenis cairan, – t = waktu alir

■ Metode bola jatuh

– Viskometer Hoeppler

3/30/2022

26

(27)

Indeks bias & bias molar

■ Pembiasan adalah pembelokan berkas cahaya dr satu medium ke medium lain yg memiliki densitas yg berbeda.

■ Pembiasan terjadi karena cahaya merambat lebih lambat pd substansi yg memiliki densitas yg lebih besar.

= sin i / sin r

3/30/2022

27

(28)

■ Merupakan sifat khusus gas & cairan

■ Bila sinar berpindah dr medium satu k medium lainnya

⇒ peristiwa refraksi / perubahan arah / pembiasan

■ Indeks bias bergantung pada panjang gelombang dan temperatur. Panjang gelombang cahaya yang berbeda akan dibiaskan dalam jumlah yang berbeda.

■ Pengujian dilakukan dgn menggunakan garis emisi D dari natrium pd 589 nm pd suhu 20 ⁰ C, tekanan dijaga konstan, alat yg digunakan disebut refraktometer

■ Sinar yg digunakan : sinar D dr Na, atau sinar , ,  dari hidrogen

3/30/2022

28

(29)

■ Indeks bias digunakan untuk identifikasi suatu zat, untuk mengukur kemurnian, & menentukan konsentrasi dr zat yg dilarutkan dlm zat lainnya

■ Indeks refraksi (n) = sinus sudut datang / sinus sudut refraksi

■ Indeks refraksi tdk memiliki satuan, R _M mempunyai satuan volume

■ Bias molar (Rm) berhub dgn indeks bias & sifat2 molekul senyawa

■ R _M = [(n ² – 1) / (n ² + 2)] . (BM / ρ)

3/30/2022

29

(30)

■ Bias molar senyawa dpt diperkirakan dari ciri2 struktur molekul

■ Bias molar dpt ditentukan dgn penjmlahan dr bias atom

& gugusny yg menyusun seny, sehingga jika tdpt 2

senyawa dgn jml atom yg sama → bias molar tdk akan sama karena susunan kerangka atomnya berbeda

■ Bias molar dpt digunakan untuk membedakan senyawa yg strukturnya berbeda (exp: keto & enol tautomer)

■ Makin besar indeks bias pd suatu panjang gel → makin besar induksi dipolar

3/30/2022

30

(31)

Refraktif equivalen

Refraksi atom Refraksi atom C : 2,42 cc

H : 1,10 cc O dlm CO : 2,21 cc O dlm eter : 1,64 cc O dlm OH : 1,53 cc

Cl : 5,97 cc Br : 8,87 cc I : 13,90 cc

= : 1,73 cc Ξ : 2,40 cc

Fenil (C6H5) : 25,463 cc

Contoh soal

■ Berapa bias molar dr dietil eter, nilai indeks bias = 1,3993, ρ = 0,852 g/cm3 pd 20C, BM = 74,12 g/mol. Bandingkan dgn hasil yg diperoleh menurut tabel

3/30/2022

31

(32)

■ Berapa bias molar dr dietil eter, nilai indeks bias

= 1,3993, ρ = 0,852 g/cm3 pd 20C, BM =

74,12 g/mol. Bandingkan dgn hasil yg diperoleh menurut tabel

■ Dik: n = 1,3993

■ p =0,852 g/cm3

■ BM = 74,12 g/mol

■ RM??

■ Persamaan:

■ RM = [(n

²

– 1/n

²

+ 2)] * (BM/p)

■ RM = [(1,3993

²

– 1)/1,3993

²

+ 2)] * (74,12/0,852)

■ RM = (0,958/3,958)*86,99

■ RM = 0,242*86,99 =21,05 cc

3/30/2022

32

Tabel Refraktif equivalen C = 4 x 2,42 cc = 9,68 cc H = 10 x 1,10 cc = 11 cc

0 dalam eter = 1 x 1,64 cc = 1,64

RM = 9,68 + 11 + 1,64 = 22,32 cc

(33)

■ Jk diketahui nilai n aseton = 1,3591, ρ = 0,7910 g/cm3 pd 20

⁰

C. Hitunglah R

_M

dgn menggunakan persamaan dan berdasarkan tabel refraktif equivalen

■ R

_M

= [(n

²

– 1) / (n

²

+ 2)] . (BM / ρ)

■ RM = { {(1,3591

²

−1) )

{(1,3591

²

+ 2)

^{} X}

( ^58,08

0,7910 } = ^0,8471

3,8471 x 73,426 = 15,76 cc → 16 cc

■ Tabel refraktif → struktur kimia dari aseton → C (3), C=O (1), H (6)

– C-= 3 X 2,42 cc = 7,26

– O dalam CO = 1 X 2,21 cc = 2,21 – H = 6 X 1,1 cc = 6,6

– RM = 7,26 + 2,21 + 6,6 = 16,07 cc

■

3/30/2022

33

(34)

Tugas

■ tekanan uap air pd suhu 100 ⁰ C adalah 1 atm. Panas

penguapan rata2 sekitar 2315 joule/mol. Hit tek uap air pd suhu 130 ⁰ C!

■ Tegangan permukaan benzen pd 20 ⁰ C adalah 28,85 dyne/cm, memiliki kerapatan 0,8765 g/cm ³ & yg naik setinggi 1,832 cm. hitunglah diameter tabung kapiler yg digunakan, jika percepatan grafitasi 981 cm/s ²

■ TP = (r * p * g * h)/2 → r = (2TP)/(p g * h)

■ Diameter = 2 * r

■ Tentukan nilai bias molar ibuprofen dalam alkohol berdasarkan tabel refraktif ekivalen

■ Jelaskan prinsip pengukuran tegangan permukaan dengan metoe rambat kapiler dan metode cincin Du-Nouy

3/30/2022

34

(35)

SEKIAN DAN TERIMAKASIH ADA PERTANYAAN…??

3/30/2022

35