Kelarutan

12:02

KELARUTAN

I. TUJUAN PERCOBAAN

1. Menentukan kelarutan suatu zat secara kuantitatif

2. Menetapkan faktor-faktor yang mempengaruhi kelarutan suatu zat

3. Menjelaskan pengaruh penambahan surfaktan terhadap kelarutan suatu zat

II. DASAR TEORI

Kelarutan

Kelarutan (S) adalah jumlah maksimum solut yang terlarut pada solven dan suhu tertentu. Pengamatan ilmiah menunjukkan bahwa ada kecenderungan like dissolves like dalam kelarutan solut dalam solven. Air mampu melarutkan garam karena gaya ion-dipole sama kuat dengan gaya ion-ion yang ada pada garam sehingga mampu menggantikannya. Minyak tidak dapat larut dalam air karena gaya dipole-dipole terinduksi yang lemah tidak dapat menggantikan gaya dipole-dipole (ikatan-H) pada air sehingga minyak tidak dapat menggantikan molekul air. Larutan yang memenuhi like dissolves like mensyaratkan adanya kesetaraan kekuatan gaya untuk dapat mengatasi gaya dalam solven dan solut. Contohnya alkohol dan air bercampur sempurna (completely miscible), air dan eter bercampur sebagian (partially miscible), sedangkan minyak dan air tidak bercampur (completely immiscible).

Sebutir kristal gula pasir merupakan gabungan dari beberapa molekul gula. Jika kristal gula itu dimasukkan ke dalam air, maka molekul-molekul gula akan memisah dari permukaan kristal gula menuju ke dalam air (disebut melarut). Molekul gula itu bergerak secara acak seperti gerakan molekul air, sehingga pada suatu saat dapat menumbuk permukaan kristal gula atau molekul gula yang lain. Sebagian molekul gula akan terikat kembali dengan kristalnya atau saling bergabung dengan molekul gula yang lain sehingga kembali membentuk kristal (mengkristal ulang). Jika laju pelarutan gula sama dengan laju pengkristalan ulang, maka proses itu berada dalam kesetimbangan dan larutannya disebut jenuh.

Kristal gula + air ⇔ larutan gula

Larutan jenuh adalah larutan yang mengandung zat terlarut dalam jumlah yang diperlukan untuk adanya kesetimbangan antara solute yang terlarut dan yang tak terlarut. Banyaknya solute yang melarut dalam pelarut yang banyaknya tertentu untuk menghasilkan suatu larutan jenuh disebut kelarutan (solubility) zat itu. Kelarutan umumnya dinyatakan dalam gram zat terlarut per 100 mL pelarut, atau per 100 gram pelarut pada temperatur yang tertentu. Jika kelarutan zat kurang dari 0,01 gram per 100 gram pelarut, maka zat itu dikatakan tak larut (insoluble).

Jika jumlah solute yang terlarut kurang dari kelarutannya, maka larutannya disebut tak jenuh (unsaturated). Larutan tak jenuh lebih encer (kurang pekat) dibandingkan dengan larutan jenuh. Jika jumlah solute yang terlarut lebih banyak dari kelarutannya, maka larutannya disebut lewat jenuh (supersaturated). Larutan lewat jenuh lebih pekat daripada larutan jenuh. Larutan lewat jenuh biasanya dibuat dengan cara membuat larutan jenuh pada temperatur yang lebih tinggi. Pada cara ini zat terlarut harus mempunyai kelarutan yang lebih besar dalam pelarut panas daripada dalam pelarut dingin. Jika dalam larutan yang panas itu masih tersisa zat terlarut yang sudah tak dapat melarut lagi, maka sisa itu harus disingkirkan dan tidak boleh ada zat lain yang masuk. Kemudian larutan itu didinginkan hati-hati dengan cara didiamkan untuk menghindari pengkristalan. Jika tidak ada solute yang memisahkan diri (mengkristal kembali) selama pendinginan, maka larutan dingin yang diperoleh bersifat lewat jenuh. Larutan lewat jenuh yang dapat dibuat dengan cara ini misalnya larutan dari sukrosa, natrium asetat dan natrium tiosulfat (hipo). Larutan lewat jenuh merupakan suatu sistem metastabil. Larutan ini dapat diubah menjadi larutan jenuh dengan menambahkan kristal yang kecil (kristal inti/bibit) umumnya kristal dari solute. Kelebihan molekul solute akan terikat pada kristal inti dan akan mengkristal kembali.

Faktor-faktor yang mempengaruhi kelarutan diantaranya adalah ;

1. Temperatur

Zat padat umumnya bertambah larut bila suhunya dinaikkan, zat padat tersebut dikatakan bersifat endoterm, karena pada proses kelarutannya membutuhkan panas.

Zat terlarut + pelarut + panas → larutan.

Beberapa zat yang lain justru kenaikan temperatur menyebabkan tidak larut, zat tersebut dikatakan bersifat eksoterm, karena pada proses kelarutannya menghasilkan panas, misalnya : KOH dan K₂SO₄

Zat terlarut + pelarut → larutan + panas

Berdasarkan pengaruh ini maka beberapa sediaan farmasi tidak boleh dipanaskan, misalnya :

a. Zat-zat yang atsiri, Contohnya : Etanol dan minyak atsiri.

b. Zat yang terurai, misalnya : natrium karbonas.

c. Saturatio

d. Senyawa-senyawa kalsium, misalnya : Aqua calsis.

Kelarutan gas umumnya berkurang pada temperatur yang lebih tinggi. Misalnya jika air dipanaskan, maka timbul gelembung-gelembung gas yang keluar dari dalam air, sehingga gas yang terlarut dalam air tersebut menjadi berkurang. Kebanyakan zat padat kelarutannya lebih besar pada temperatur yang lebih tinggi. Ada beberapa zat padat yang kelarutannya berkurang pada temperatur yang lebih tinggi, misalnya natrium sulfat dan serium sulfat. Pada larutan jenuh terdapat kesetimbangan antara proses pelarutan dan proses pengkristalan kembali. Jika salah satu proses bersifat endoterm, maka proses sebaliknya bersifat eksoterm. Jika temperatur dinaikkan, maka sesuai dengan azas Le Chatelier (Henri Louis Le Chatelier: 1850-1936) kesetimbangan itu bergeser ke arah proses endoterm. Jadi jika proses pelarutan bersifat endoterm, maka kelarutannya bertambah pada temperatur yang lebih tinggi. Sebaliknya jika proses pelarutan bersifat eksoterm, maka kelarutannya berkurang pada suhu yang lebih tinggi.

efek temperatur terhadap kelarutan

2. Struktur kimia

a. Momment dipol

Sebuah molekul diatom polar seperti HF adalah suatu dipol, yakni suatu benda yang memiliki dua muatan berlawanan pada titiknya. Adanya dua muatan yang berlawanan ini dapat dibuktikan dengan medan listrik. Dimana ketika medan listrik dinyalakan molekul HF akan engarahkan ujung negatifnya ke kutub positif dan ujung positifnya ke kutub negatif Untuk molekul semacam ini dapat ditentukan sebuah momen dipol, yaitu suatu ukuran terhadap derajat kepolaran. Secara kuantitatif, momen dipol (µ) merupakan hasil kali muatan Q dan jarak antar muatan r.

µ = Q x r (1)

Untuk mempertahankan kenetralan listrik, muatan pada kedua ujung molekul diatomik yang bermuatan listrik netral haruslah sama besar dan berlawanan arah. Namun, pada persamaan (1), Q hanya merujuk pada besar muatan dan tidak ada tandanya, sehingga nilai Q selalu positif. Momen dipol dinyatakan dalam satuan debye (D), dari nama seorang kimiawan Peter Debye. Faktor konversinya adalah

1 D = 3,336 x 10^-30 C m

Di mana C dalam Coulumb dan m dalam meter.

Molekul diatomik yang mengandung atom-atom dari unsur yang berbeda biasanya berupa molekul polar dan memiliki momen dipol, sedangkan molekul diatomik yang mengandung atom-atom dari unsur yang sama tidak memiliki momen dipol dan berupa molekul non-polar.

b. Sifat dielektrik

Konstanta dielektrik berhubungan dengan kepolaran suatu zat. Zat yang memilki konstanta dielektrik dengan nilai yang tinggi merupakan zat yang bersifat polar. Sebaliknya, zat yang konstanta dielektriknya rendah merupakan senyawa nonpolar. Kelarutan suatu zat sangat dipengaruhi oleh polaritas pelarut. Pelarut polar mempunyai konstanta dielektrik yang tinggi dapat melarutkan zat-zat non polar sukar larut di dalamnya, begitu pula sebaliknya. Konstanta dielektrik adalah suatu besaran tanpa dimensi dan merupakan rasio antara kapasitas elektrik medium (Cx) terhadap vakum (Cv). Dirumuskan sebagai berikut.

C ε= x Cv

Besarnya tetapan dielektrik ini menurut moore dapat diatur dengan penambahan pelarut lain. Tetapan dielektrik suatu campuran pelarut merupakan hasil penjumlahan dari tetapan dielektrik masing-masing yang sudah dikalikan dengan % volume masing-masing komponen pelarut.

Adakalanya suatu zat lebih mudah larut dalam pelarut campuran dibandingkan pelarut tunggalny. Fenomena ini dikenal dengan istilah co-solvency dan pelarut yang mana dalam bentuk campuran dapat menaikkan kelarutan suatu zat diseut co-solvent. Etanol, gliserin dan propilen glikol adalah co-solvent yang umum digunakan dalam bidang farmasi untuk pembuatan eliksir.

c. Ikatan hidrogen

Ikatan hidrogen merupakan gaya tarik menarik antara atom H dengan atom lain yang mempunyai keelektronegatifan besar pada satu molekul dari senyawa yang sama. Tarikan antar molekul yang luar biasa kuatnya, dapat terjadi antara molekul-molekul, jika satu molekul mempunyai sebuah atom hidrogen yang terikat pada sebuah atom berelektronegativitas besar, dan molekul sebelahnya mempunyai sebuah atom berelektronegativitas tinggi yang mempunyai sepasang elektron menyendiri.

Inti hidrogen, yakni proton ditarik oleh sepasang elektron yang bersebelahan bolak-balik antara kedua atom tersebut. Tarikan antara dua molekul yang menggunakan bersama-sama sebuah proton disebut Ikatan Hidrogen.

Kelarutan suatu zat dalam air ditentukan oleh dapat tidaknya zat tersebut menandingi kekuatan gaya tarik-menarik listrik (gaya intermolekul dipol-dipol) antara molekul-molekul air. Jika suatu zat tidak mampu menandingi gaya tarik-menarik antar molekul air, molekul-molekul zat tersebut tidak larut dan akan mengendap dalam air.

d. Kompleksasi

Kompleksasi adalah sebuah proses ketika ion positif logam berikatan dengan atau menjadi sebuah molekul atau ion bermuatan yang disebut ligan atau complexing agent. Besarnya kelarutan suatu obat dapat ditingkatkan dengan pembentukan suatu kompleks. Hal ini disebabkan karena adanya penambahan kelarutan dari masing-masing senyawa dengan kelarutan dari kompleks yg terbentuk. Hati-hati dalam penambahan kompleks yg berlebihan justru akan menurunkan tingkat kelarutan bahan seperti : Polisorbat 80, PEG, dan lain-lain.

Senyawa-senyawa organik dalam larutan umumnya cenderung bergabung satu sama lain sampai tingkat tertentu. Seringkali penggabungan ini terlalu lemah untuk dideteksi dengan teknik-teknik standar. Dalam hal ini, penggabungan antar molekul atau kompleks dapat dengan mudah diamati dan diukur kuantitasnya dengan satu atau beberapa teknik yang dipublikasikan.

3. pH

Zat aktif yang sering digunakan di dalam dunia pengobatan umumnya adalah Zat organik yang bersifat asam lemah, dimana kelarutannya sangat dipengaruhi oleh pH pelarutnya. Kelarutan asam-asam organik lemah seperti barbiturat dan sulfonamida dalam air akan bertambah dengan naiknya pH karena terbentuk garam yang mudah larut dalam air. Sedangkan basa-basa organik lemah seperti alkoholida dan anastetika lokal pada umumnya sukar larut dalam air. Bila pH larutan diturunkan dengan penambahan asam kuat maka akan terbentuk garam yang mudah larut dalam air.

Hubungan antara pH dengan kelarutan asam dan basa lemah digambarkan oleh persamaan sebagai berikut :

Untuk asam lemah :

pHp = pKw + log S-So/So

Untuk basa lemah :

pHp = pKw - pKb + log S – So/So

Keterangan :

pHp = harga pH terendah/tertinggi dimana zat yang berbentuk asam atau basa lemah masih dapat larut.

S = Konsentrasi molar zat dalam yang ditambahkan

So = Kelarutan molar fraksi asam atau basa yang tidak terdisosiasi

Ada beberapa faktor yang dapat mempengaruhi kecepatan kelarutan suatu zat diantaranya adalah :

1. Ukuran partikel : Makin halus solute, makin kecil ukuran partikel ; makin luas permukaan solute yang kontak dengan solvent, solute makin cepat larut.

2. Suhu : Umumnya kenaikan suhu menambah kenaikan kelaruta solute.

3. Pengadukan.

Surfaktan (surface active agents), zat yang dapat mengaktifkan permukaan, karena cenderung untuk terkonsentrasi pada permukaan atau antar muka. Surfaktan mempunyai orientasi yang jelas sehingga cenderung pada rantai lurus. Sabun merupakan salah satu contoh dari surfaktan. Molekul surfaktan mempunyai dua ujung yang terpisah, yaitu ujung polar (hidrofilik) dan ujung non polar (hidrofobik) . Surfaktan dapat digolongkan menjadi dua golongan besar, yaitu surfaktan yang larut dalam minyak dan surfaktan yang larut dalam air.

1. Surfaktan yang larut dalam minyak

Ada tiga yang termasuk dalam golongan ini, yaitu senyawa polar berantai panjang, senyawa fluorokarbon, dan senyawa silikon.

2. Surfaktan yang larut dalam pelarut air

Golongan ini banyak digunakan antara lain sebagai zat pembasah, zat pembusa, zat pengemulsi, zat anti busa, detergen, zat flotasi, pencegah korosi, dan lain-lain. Ada empat yang termasuk dalam golongan ini, yaitu surfaktan anion yang bermuatan negatif, surfaktan yang bermuatan positif, surfaktan nonion yang tak terionisasi dalam larutan, dan surfaktan amfoter yang bermuatan negatif dan positif bergantung pada pH-nya.

Surfaktan menurunkan tegangan permukaan air dengan mematahkan ikatan-ikatan hidrogen pada permukaan. Hal ini dilakukan dengan menaruh kepala-kepala hidrofiliknya pada permukaan air dengan ekor-ekor hidrofobiknya terentang menjauhi permukaan air. Sabun dapat membentuk misel (micelles), suatu molekul sabun mengandung suatu rantai hidrokarbon panjang plus ujung ion. Bagian hidrokarbon dari molekul sabun bersifat hidrofobik dan larut dalam zat-zat non polar, sedangkan ujung ion bersifat hidrofilik dan larut dalam air. Karena adanya rantai hidrokarbon, sebuah molekul sabun secara keseluruhan tidaklah benar-benar larut dalam air, tetapi dengan mudah akan tersuspensi di dalam air.

Sifat Larutan Yang Mengandung Surfaktan

Larutan surfaktan dalam air menunjukkan perubahan sifat fisik yang mendadak pada daerah konsentrasi yang tertentu. Perubahan yang mendadak ini disebabkan oleh pembentukan agregat atau penggumpalan dari beberapa molekul surfaktan menjadi satu, yaitu pada konsentrasi kritik misel (CMC) .

Pada konsentrasi kritik misel terjadi penggumpalan atau agregasi dari molekul-molekul surfaktan membentuk misel. Misel biasanya terdiri dari 50 sampai 100 molekul asam lemak dari sabun.

Ada beberapa faktor yang mempengaruhi nilai cmc, untuk deret homolog surfaktan rantai hidrokarbon, nilai cmc bertambah 2x dengan berkurangnya satu atom C dalam rantai. Gugus aromatik dalam rantai hidrokarbon akan memperbesar nilai cmc dan juga memperbesar kelarutan. Adanya garam menurunkan nilai cmc surfaktan ion. Penurunan cmc hanya bergantung pada konsentrasi ion lawan, yaitu makin besar konsentrasinya makin turun cmc-nya.Secara umum misel dibedakan menjadi dua, yaitu: struktur lamelar dan sterik seperti telihat pada gambar dibawah ini:

Struktur misel, (a) sterik (b) lamelar

Cara Penentuan CMC

Karena pada cmc terjadi penggumpalan dari molekul surfaktan, maka cara penentuan cmc dapat menggunakan cara-cara penentuan besaran fisik yang menunjukkan perubahan dari keadaan ideal menjadi tak ideal. Di bawah cmc larutan menjadi bersifat ideal. Sedangkan diatasnya cmc larutan bersifat tak ideal. Besaran fisik yang dapat digunakan ialah tekanan osmosa, titik beku larutan, hantaran jenis atau hantaran ekivalen, kelarutan solubilisasi, indeks bias, hamburan cahaya, tegangan permukaan, dan tegangan antarmuka.

III. ALAT DAN BAHAN

Beker glass
Erlenmeyer
Corong
Gelas ukur
Kertas saring
Batang pengaduk
Buret
Asam Oksalat
Asam Salisilat
Tween 80
Indikator Penolftalein
Aquadest

IV. PROSEDUR KERJA

A. Pembakuan Larutan NaOH

B. Penetapan Kadar Asam Salisilat

HASIL PENGAMATAN

VI. ANALISIS DATA

PERBANDINGAN KOMPOSISI PELARUT YANG DIGUNAKAN

KELOMPOK	AIR (ml)	Alkohol (ml)	Gliserin (ml)	Jumlah (ml)	Larutan yang dipipet (ml)
1	47,5	2,5	0	50	10
2	45	2,5	2,5	50	10
3	42,5	2,5	5	50	10
4	40	2,5	7,5	50	10
5	37,5	2,5	10	50	10
6	35	2,5	12,5	50	10

PEMBAKUAN NaOH

Diketahui :

N asam Oksalat 0,05 N

VolumeAsam Oksalat (ml)	Volum NaOH yang digunakan (ml)
VolumeAsam Oksalat (ml)	Awal	akhir	Selisih
10	0	8	8
10	8	16,2	8,2
10	16,2	24,3	8,1

Volum NaOH rata rata = 8 + 8,2 + 8,1

= 8,1 mL

Normalitas NaOH yang digunakan :

V_as.oksalat x N_{as. oksalat} = V_NaOH x N_NaOH

10 mL x 0,05 N = 8,1 mL x N_NaOH

N _NaOH= 10 x 0,05

8,1

= 0,06 N

PENETAPAN KADAR ASAM SALISILAT

Titrasi dengan NaOH (0,06 N).

Massa Asam Salisilat (mg)	Volume Campuran Asam Salisilat (ml)	Volume NaOH (ml)
Massa Asam Salisilat (mg)	Volume Campuran Asam Salisilat (ml)	Awal	Akhir	Selisih
300	10	22	26,6	4,6
301	10	27	31,8	4,8
300	10	32	36,4	4,4

Tabel Pengaruh Pelarut Campur Terhadap Kelarutan Asam Salisilat.

Kelompok	Gliserin ( % )	Kadar Asam Salisilat yang terlarut (%)
1	0	49,635
2	5	54,270
3	10	54,255
4	15	63,463
5	20	73,193
6	25	63,526