FARMASI FISIKA SHOLICHAH ROHMANI, M.SC.,APT

FARMASI FISIKA

SHOLICHAH ROHMANI, M.SC.,APT

Materi

KELARUTAN meliputi :

 Interaksi solvent – solute

 Pelarut polar, nonpolar dan semipolar

 Larutan ideal dan nonideal

 Kelarutan garam dalam air

 Hal-Hal yang mempengaruhi kelarutan

DEFINISI

Kelarutan

Kelarutan

solute dalam solvent

umumnya dipengaruhi oleh:

 Sifat dari solute dan solvent

 Cosolvensi

 Temperatur

 Pembentukan senyawa komplex

INTERAKSI

SOLUTE DAN SOLVENT

Zat-zat dengan struktur kimia yang mirip

umumnya dapat saling bercampur dengan baik, sedangkan zat-zat yang struktur kimianya

berbeda umumnya kurang dapat saling

bercampur (like dissolves like). Senyawa yang bersifat polar akan mudah larut dalam pelarut polar, sedangkan senyawa nonpolar akan mudah larut dalam pelarut nonpolar. Contohnya alkohol dan air bercampur sempurna (completely

miscible), air dan eter bercampur sebagian

(partially miscible), sedangkan minyak dan air tidak bercampur (completely immiscible).

Kepolaran

suatu pelarut ditentukan oleh:

1. Kelarutan dalam air 2. Indeks polaritas atau

momen dipol

3. Konstanta dielektrik

4. Elektronegatif

Pelarut Polar,

Kelarutan obat sebagian besar disebabkan oleh polaritas dari pelarut yaitu oleh dipol momennya.

Pelarut Nonpolar

Aksi pelarut dari cairan nonpolar, seperti

hidrokarbon, berbeda dengan zat polar. Pelarut nonpolar tidak dapat mengurangi gaya tarik menarik antara ion ion sejenis karena tetapan dielektriknya rendah.

Pelarut Semipolar

Senyawa semipolar dapat bertindak sebagai suatu perantara yang dapat bertindak sebagai pelarut perantara yang dapat menyebabkan

bercampurnya cairan polar dan nonpolar.

Kelarutan

Cairan Dalam Cairan

Berdasarkan hukum Raoult, suatu cairan bila dilarutkan dalam cairan yang lain akan

membentuk 2 tipe larutan:

1. Larutan Ideal

2. Larutan non ideal

 Larutan Ideal

Menurut hukum Raoult : pi = pt˚. Xi

pi , tekanan parsial komponen campuran pada temperatur tertentu

pt˚, tekanan uap pada keadaan murni Xi , fraksi mol komponen dalam larutan.

Larutan ideal adalah suatu larutan dimana tidak ada perubahan sifat komponen, selain dari

pengenceran, ketika zat-zat bercampur

membentuk larutan. Tidak ada panas yang dilepaskan atau diabsorbsi selama proses pencampuran dan volume akhir larutan

memperlihatkan penjumlahan sifat dari masing- masing konstituen.

Tetapi banyak contoh pasangan larutan yang diketahui mempunyai atraksi gaya kohesi melebihi atraksi adhesi, dan sebaliknya, walau pun larutan bercampur dalam

segala perbandingan. Larutan seperti ini disebut larutan non ideal.

Disebut larutan nonideal karena pada salah satu komponen menunjukkan adanya penyimpangan

terhadap hukum Raoult. Penyimpangan negatif , terjadi apabila atraksi adhesi diantara molekul yang berbeda melebihi atraksi kohesi, sehingga tekanan uap larutan akan lebih kecil dari tekanan uap yang diharapkan

hukum Raoult.

Penyimpangan positif, menyebabkan penurunan kelarutan, sebagai akibat asosiasi molekul salah satu konstituen untuk membentuk molekul ganda.

Menurut Hildebrand penyimpangan positif yang dipengaruhi tekanan dalam ( internal pressure) lebih baik diperhitungkan, menggunakan persamaan:

Pi = ΔHv – RT V

Pi , Tekanan Dalam ( Kal/cm³ ) ΔHv, Panas Penguapan ( Kal ) V , Volume molar cairan (cm³)

R , Konstanta gas 1,987 kal/mol derajat T , Temperatur mutlak ( K )

Titik es 0˚C = 273 K

Contoh soal

Panas penguapan molar air pada 25˚C adalah 10.500 kal dan V kira-kira 18,01 cm³. Konstanta gas R adalah 1,987

kal/mol derajat. Hitung tekanan dalam air (atm) ?

1 atm = 1,01 x 10

⁵

N/m

²

1 kal = 4,186 J

 PERKIRAAN KELARUTAN

 Hubungan Molekuler

Menurut Kier dan Hall untuk menyelidiki

kelarutan hidrokarbon cair, alkohol, eter,

dan ester dalam air, memakai perkiraan

atas dasar suatu indeks topologi (indeks

struktural) Х atau chi,yang mempunyai

nilai tergantung pada gambaran struktur

dan gugus fungsi dari molekul tertentu.

 Istilah chi orde-nol ˚Х, chi orde-satu ¹Х, dan chi dengan orde yang lebih tinggi, digunakan untuk

menggambarkan molekul. Istilah ¹Х, diperoleh dengan menjumlahkan ikatan yang ditimbang oleh kebalikan akar kuadrat jumlah dari setiap ikatan. Dalam hal

propana CH3

H3C CH3

Dengan mengabaikan hidrogen yang terikat, karbon 1 dihubungkan melalui satu ikatan ke karbon pusat, yang terikat dengan karbon-

karbon lainnya oleh dua ikatan. Kebalikan akar kuadrat oleh karena itu adalah (1.2)ˉ¹/²= 0,707 untuk ikatan kiri. Ikatan sebelah kanan

mempunyai valensi kebalikan akar kuadrat

yang sama yaitu 0,707. Semua itu dijumlahkan menghasilkan :

¹Х = 0,707 + 0,707 = 1,414

 ¹Х dapat digunakan untuk menghitung kelarutan molal dari hidrokarbon alifatik, alkohol dan ester dalam air. Dengan

menggunakan analisis regresi. Persamaan yang diperoleh untuk melengkapi data alkana pada 25˚C adalah :

ln S = -1,505-(2,533 ¹Х)

 Co: Hitung indeks struktural untuk senyawa isobutana dan kelarutan isobutana dalam air pada suhu 25˚

(Molaritas) C

C

C C Isobutana

 Hubungan luas permukaan dan kelarutan

Amidon, dkk mengamati kelarutan non elektrolit cair dalam pelarut polar, meliputi hidrokarbon, eter, alkohol, ester, keton dan asam karboksilat dalam air. Metode ini terdiri dari analisis regresi dimana ln kelarutan dari zat terlarut sebanding dengan luas permukaan total (TSA). Luas

permukaan total terbagi dalam luas permukaan hidrokarbon (HYSA) dan luas permukaan gugus fungsi (FGSA)

ln (Kelarutan)= -0,0430(HYSA)

-0,0586(FGSA) + 8,003 (I) + 4,420

Dimana :

FGSA adalah luas permukaan untuk gugus hiroksil.

I, Variabel indikator untuk alkohol. Harga I diberikan = 1, apabila senyawa adalah suatu

alkohol dan 0 jika senyawa adalah hidrokarbon ( tidak ada gugus OH ).

Tabel luas permukaan Molekuler Alkohol dan Hidrokarbon

Senyawa HYSA, Luas Permukaan Hidrokarbon

A˚

FGSA, Luas permukaan ggs fungsi OH dlm alkohol

A˚

Kelarutan yang

diamati

molal n-butanol

Sikloheksanol Sikloheksana n-Oktana

212,9 240,9 279,1 383

59,2 49,6 -

-

1,006

3,8x10ˉ¹ 6,61x10ˉ 5,80x10ˉ

Latihan soal

1. Hitunglah kelarutan n-butanol dalam air suhu 25˚C , berdasarkan luas permukaan molekul nya. Dan tentukan prosen

perbedaan dari harga yang diamati?

2. Hitunglah kelarutan molal dari

sikloheksana dan sikloheksanol dalam air pada suhu 25˚C dan tentukan persen

perbedaan dari harga yang diamati?

KELARUTAN

ZAT PADAT DALAM CAIRAN

Proses pelarutan suatu zat

padat dalam solven

Dapat

digambarkan terjadi dalam 3 tahap

Proses pelepasan ini melibatkan energy sebesar 2W22 untuk memecah ikatan antara molekul yang berdekatan dalam kristal.

Tetapi apabila molekul melepaskan diri dari fase zat terlarut, lubang yang ditinggalkan tertutup, dan setengah dari energy diterima kembali, maka total energi dari proses pertama adalah W22

Pembentukan celah atau rongga dalam pelarut Energi yang dibutuhkan pada tahap ini adalah W11. Bilangan 11 menunjukkan bahwa

interaksi terjadi antar molekul solven.

3.Tahap ketiga molekul zat terlarut akhirnya

ditempatkan dalam lubang pelarut. Lubang dalam pelarut 2 yang terbentuk, sekarang tertutup. Pada keadaan ini, terjadi penurunan energi sebesar – W12, selanjutnya akan terjadi penutupan rongga kembali dan kembali terjadi penurunan energi potensial sebesar – W12, sehingga tahap ketiga ini melibatkan energi

sebesar – 2W12. Interaksi solut – solven ditandai dengan 12.

Secara keseluruhan, energi ( W ) yang

dibutuhkan untuk semua tahapan proses tersebut adalah :

W = W22 + W11 – 2W12………...( 1 )

LARUTAN IDEAL

Kelarutan ideal tidak dipengaruhi oleh sifat pelarut.

Persamaan yang diturunkan untuk larutan ideal zat

padat dalam cairan oleh Hildebrand dan scott sebagai berikut:

-log Xⁱ2 = ΔHf ( To-T ) 2,303R T . To

 Xⁱ2 = Kelarutan ideal zat dalam fraksimol

 ΔHf = beda entalpi/panas peleburan

 To = Suhu peleburan zat terlarut padat (K)

 T = Suhu Percobaan mutlak larutan (K)

 R = Tetapan Gas

Contoh soal

Berapakah kelarutan naftalen (m)

dalam larutan benzen ideal 20˚C ?,

titik leleh naftalen 80˚C, dan panas

peleburan molar 4500 kal/mol ???

Larutan Non Ideal

 Larutan Nonideal

Kelarutan zat padat didalam larutan nonideal harus diperhitungkan faktor aktivitas solute yang koefisiennya sebanding dengan volume (molar) solute dan volume fraksi solven (Φ)/Phi.

 Parameter kelarutan (δ)/delta, besarnya sama dengan harga akar tekanan dalam (√pi) solute dan interaksi antara solute dan solven.

 Parameter kelarutan (δ), yang menyatakan

kohesi antar molekul sejenis dapat dihitung dari panas penguapan, tekanan dalam dan tegangan permukaan. Cara terbaik untuk menghitung

parameter kelarutan adalah akar kuadrat dari tekanan dalam,

δ = ΔHv – RT ½ V

 Dengan demikian persamaan yang paling sederhana untuk larutan non ideal, dinyatakan sebagai kelarutan reguler dirumuskan oleh Scatchard-Hildebrand

sebagai berikut:

- log X2 = ΔHf (To-T) + log ₂ (koef. Keaktifan solute) 2,303RT To

- log X2 = ΔHf (To-T) + V2Φ1² (δ1-δ2)² 2,303RT To 2,303RT

Dimana :

 X2 adalah fraksi mol zat terlarut,

 ΔHf merupakan panas peleburan zat terlarut (kal/mol),

 R tetapan gas ( 1,987 kal/mol derajat) ,

 T dengan 298˚K pada 25˚C yaitu temperatur yang sering digunakan.

 V2 adalah volume molar solute (cm³),

 δ1 parameter kelarutan solven,

 δ2 merupakan parameter kelarutan solute

Dalam larutan encer, volume fraksi mendekati 1, dan Φ1 dapat diabaikan sebagai pendekatan pertama. Bila perhitungan kasar

memperlihatkan makna yang lebih kecil dari 1, harus dibuat perhitungan kembali dengan

memperhitungkan harga Φ1. . Φ1. = V1 ( 1 - X2)

V1(1 –X2 )+V2.X2

dimana : V1 adalah volume pelarut

V2 adalah volume zat terlarut pada temperatur diatas titik lelehnya

Hitung parameter kelarutan iodium , tentukan fraksi mol dan kelarutan molal dari iodium dalam karbon disulfida pada 25ºC?

Jika diketahui panas penguapan (∆Hv) cairan Iodium 11.493 kal/mol. Panas

peleburan rata-rata (∆Hf) sekitar 3600 kal pada suhu 25ºC, titik leleh iodium 113ºC dan volume molar zat terlarut (V2) adalah

59 cm³dan volume pelarut (V1) adalah 60 cm³.

Parameter kelarutan karbondisulfida adalah 10

Jawab :

 Diketahui :

ΔHv = 11.493 kal/mol

∆Hf = 3600 kal

R = 1,987 kal/mol.derajat K T = 298 K

To = 386 K V2 = 59 cm³ V1 = 60 cm³

δ1 = 10

(a) Parameter kelarutan iodium δ2 = ΔHv – RT ½

V

= 11.493- (1,987 x 298) ½ 59

= 13,6

(b) X2 dihitung dengan menganggap Φ1² adalah 1

- log X2 = ΔHf (To-T) + V2Φ1² (δ1-δ2)² 2,303RT To 2,303RT

- log X2 = 3600 x (386 - 298) + 59 (1)² x(10,0 – 13,6)² 1364 386 1364

X2 = 0,0689

Karena nilai X2 kurang dari 1 (lart. pekat), maka harus dilakukan koreksi perhitungan dengan

memperhitungkan nilai volume fraksi pelarut.

Volume fraksi

Φ1. = V1 ( 1 - X2) V1(1 –X2 )+V2.X2

Φ1. = 60 ( 1 – 0,0689) 60(1 –0,0689 ) + 59.0,0689

Φ1. = 60 ( 0,9311) = 55,866 60(0,9311)+ 4,0651 59,9311 Φ1. = 0,9322

Hitung X2

- Log X2 = 3600 x 386-298 + 59.(0,9322)²(10,0 – 13,6)² 1364 386 1364

- Log X2 = (2,639 x 0,228) + 0,4871 Log X2 = - (0,6017+0,4871)

Log X2 = - 1,0888

X2 = anti log – 1,0888 X2 = 0,0815

Kelarutan dalam fraksi mol yang dihitung dari uap iodium dalam karbon disulfida dapat diubah

menjadi konsentrasi molal menggunakan persamaan sbb,

m = 1000. X2 M1 (1-X2) Sehingga,

m = 1000. 0,0815__

76,13 . (1-0,0815) m = 1,17 mol/kg

Kelarutan iodium dalam karbondisulfida adalah 1,17 mol/kg pelarut

Tabel.

Volume molar dan parameter kelarutan

senyawa

kristal

Tabel.

Volume molar dan parameter kelarutan

untuk

beberapa

senyawa cair

KUIS

(kumpulkan)

Hitung parameter kelarutan naftalen , tentukan fraksi mol dan kelarutan molal dari naftalen dalam toluen pada 25ºC?

Jika diketahui panas penguapan (∆Hv) cairan naftalen 11927 kal/mol. Panas

peleburan rata-rata (∆Hf) sekitar 4500 kal

pada suhu 25ºC, titik leleh naftalen 80ºC dan Vol. molar zat terlarut (V2) adalah

123 cm³dan vol. molar pelarut (V1) adalah 106,8 cm³.

Parameter kelarutan toluen adalah 8,9