SURFAKTAN, MISEL DAN EMULSI

1
SURFAKTAN, MISEL DAN EMULSI
2
Surfaktan

• Molekul amphiphilic umum dijumpai dalam
  keseharian kita dan industri dalam aplikasi
  pembersih, deterjen, emulsifier untuk krim
  kosmetik dan farmasi dan pereaksi flotasi di
  industri pertambangan
• Amphiphiles yang dapat larut dikenal sebagai
  deterjen, tensides atau surfaktan
• Amphiphiles dicirikan adanya satu bagian molekul
  yang larut pada satu jenis solven dan satu bagian
  lainnya larut pada solven berbeda dimana kedua
  solven tidak saling bercampur
• Biasanya salah satu pelarutnya air dan dinamakan
  hidrofilik dan yang lain dinamakan hidrofobik
• Bagian hidrofobik biasanya terdiri dari rantai
  alkil lurus yang panjang (CH3(CH2)nc-1 nc 8-20)

3
4 Jenis Surfaktan

• Surfaktan anionik memiliki gugus hidrofilik yang
  membawa muatan negatif seperti karboksilat,
  sulfonat dan gugus sulfat. Contoh sodium
  dodecylsulfate (SDS), C12H25OSO3Na. Termasuk
  dalam sodium alkilsulfat dalam air terdisosiasi
  menjadi
• C12H25OSO3Na ? C12H25OSO3- Na
• Contoh lainnya adalah sodium dodecanoate
  C11H23CO2Na termasuk jenis sodium
  alkilkarboksilat disebut juga asam lemak atau
  sabun

4

• Surfaktan kationik, memiliki muatan positif
  dibagian hidrofiliknya. Contoh senyawa dodecyl
  trimethylammonium bromide C12H25N(CH3)3Br dan
  hexadecyl trimethylammonium bromide yang
  terdisosiasi di air menjadi
• C16H33N(CH3)3Br ? C16H33N(CH3)3 Br-
• Muatan positif berada di atom nitrogen. Senyawa
  ini dikenal juga cetyl ammonium bromide (CTAB)

5

• Surfaktan nonionik, bagian hidrofilik diperoleh
  dari gugus polar seperti polyethylene oxide atau
  gula
• Termasuk kelompok ini adalah alkylethylene oxide
  dikenal juga alkylethylene glycol
• Contoh senyawa C10H21(OCH2CH2)8OH dan
  C12H25(OCH2CH2)6OH
• Alkylethylene glycol biasa ditulis dengan notasi
  CncEne dimana nc jumlah atom karbon dan ne jumlah
  unit ethylene oxide di kepala hidrofilik sehingga
  untuk kedua senyawa diatas dapat ditulis dengan
  C10E8 dan C12E6.

6

• Surfaktan amphoteric atau zwitterionik membawa
  muatan positif dan negatif sehingga muatan
  bersihnya nol
• Beberapa lipid seperti phophatidylcholine adalah
  zwitterion
• Kebanyakan surfaktan yang umum digunakan adalah
  surfaktan anionik diikuti oleh nonionik.
• Surfaktan kationik memiliki potensi masalah
  lingkungan karena tidak mudah terbiodegradasi
  sementara surfaktan amphoter mahal dan hanya
  digunakan untuk keperluan khusus

7
Tabel 12.1 Struktur Surfaktan umum dan CMC
8
(No Transcript)
9
(No Transcript)
10
(No Transcript)
11
(No Transcript)
12

• Selain surfaktan konvensional dengan kepala polar
  dan ekor non polar, surfaktan dimer dan oligomer
  telah menarik perhatian peneliti
• Surfaktan dimer disebut juga surfaktan Gemini
  dibuat dari dua amphiphilic separuh terhubung
  pada bagian kepala
• Pada surfaktan bolaform, penghubung berada pada
  bagian tengah rantai alkil atau dekat keujung
• Lebih dari dua surfaktan dapat disatukan
  membentuk surfaktan tri, tetra atau polimerik
• Surfaktan trimerik atau bahkan tetramerik
  menunjukkan sifat yang superior dibanding
  surfaktan monomer

13
(No Transcript)
14
Konsentrasi Kritis Misel (CMC)

• Salah satu sifat surfaktan adalah mengalami
  agregasi spontan dalam air dan membentuk struktur
  seperti misel, silinder, bilayer dll. Struktur
  ini sering juga dinamakan koloid asosiasi
• Ketika sodium dodecylsulfate (SDS) ditambahkan ke
  air, pada konsentrasi rendah, anion molekul
  dodecylsulfate terlarut sebagai individual ion.
• Karena adanya rantai karbon, SDS cenderung
  mengadsorb pada interface udara-air dengan rantai
  hidrokarbon mengarah ke fase uap.
• Tegangan permukaan turun dengan meningkatnya
  konsentrasi SDS. Pada konsentrasi tertentu
  (konsentrasi kritis misel), penurunan akan
  berhenti dan diatas CMC(dalam air CMC SDS 8,3 mM)
  tegangan permukaan konstan.

15

• Pada konsentrasi dibawah CMC surfaktan, senyawa
  hidrofobik kurang terlarut, pada CMC senyawa ini
  mulai larut dalam larutan ion, kemampuan ini
  meningkat dengan semakin meningkatnya konsentrasi
  surfaktan
• Penjelasan atas hal ini adalah diatas CMC
  surfaktan secara spontan teragregasi membentuk
  misel
• Rantai hidrokarbon berkumpul didalam agregat dan
  kepala polar mengarah ke fase larutan
• Hasilnya adalah objek spheris tersusun atas
  30-100 molekul surfaktan dengan fase minyak
  dibagian dalam

16
Gambar 12.2
17

• Suatu misel mengandung sejumlah tertentu molekul
  surfaktan jumlah agregasi misel rata-rata Nagg.
• Tidak semua misel memiliki jumlah surfaktan yang
  persis sama, ada yang lebih banyak atau lebih
  sedikit
• Dibawah CMC, kebanyakan surfaktan membentuk
  monomer atau low number agregat, walau demikian
  beberapa misel dapat terbentuk
• Dengan meningkatnya konsentrasi surfaktan,
  konsentrasi monomer juga meningkat, juga
  konsentrasi misel bertambah sedikit
• Saat CMC tercapai konsentrasi monomer konstan dan
  penambahan surfaktan memicu pembentukan misel baru

18
Termodinamika Miselisasi

• Misel terbentuk karena 2 faktor yang saling
  berkompetisi
• Pemindahan rantai hidrokarbon menjauhi air ke
  interior oil-like mendorong miselisasi. Ini
  utamanya akibat efek entropi disebut juga efek
  hidrofobik
• Terbentuk misel dari molekul surfaktan mendorong
  penurunan entropi surfaktan namun air mengalami
  kenaikan entropi jauh lebih besar
• Saat rantai hidrokarbon belum teragregasi, air
  relatif berentropi rendah, namun saat rantai
  hidrokarbon tersembunyi didalam misel, air
  mengalami peningkatan entropi secara drastis

19

• Tolak menolak antar gugus kepala polar saat
  mereka saling mendekat menghalangi proses
  agregasi
• Gugus kepala harus mengalami dehidrasi jika ingin
  mendekat satu sama lain, hal ini memicu tolakan
  hidrasi

20
Struktur Agregat Surfaktan

• Surfaktan, tak hanya beragregasi membentuk misel
  spheris tapi juga silinder, bilayer dan misel
  terbalik.
• Tipe struktur agregasi yang terbentuk akan
  tergantung pada faktor2 berbeda
• Faktor yang terpenting disebut parameter
  surfaktan disebut juga packing ratio
• VC volume bagian hidrofobik surfaktan dan LC
  panjang rantai hidrokarbon, ?A efektif area per
  kepala gugus

21
Gambar 12.6
22

• Misel spheris terbentuk untuk NS 0,33 contohnya
  SDS dengan jumlah agregasi 56 dan jari-jari
  interior hidrofobik 1,7 nm dan efektive head
  group area 0,62 nm2
• Misel silindris (rod-like) terbentuk saat NS
  0,5. ujung silinder tertutup oleh hemisphere
  untuk mencegah exposure interior hidrokarbon oleh
  air
• Walau diameter silinder ditentukan oleh panjang
  surfaktan, misel silindris biasanya polidispersi
  karena silinder dapat tumbuh lebih panjang dengan
  menggabungkan lebih banyak surfaktan

23

• Bilayer lebih mudah terbentuk pada NS 0,51.
  Lipid yang membentuk bilayer tidak dapat tersusun
  membentuk miselar atau struktur silindris karena
  small head group area dan karena rantai alkil
  terlalu bulky untuk fit kedalam misel
• Agar lipid bilayer terbentuk, untuk head group
  area ?A dan rantai alkil LC yang sama, rantai
  harus memiliki volume dua kali lipat
• Atas alasan ini lipid dengan 2 rantai alkil
  berkemungkinan besar membentuk bilayer
• Contohnya adalah phospholipid rantai ganda
  seperti phophatidyl choline atau phophatidyl
  ethanolamine
• Lipid dengan parameter surfaktan sedikit dibawah
  1 cenderung membentuk bilayer fleksibel atau
  vesicles
• Lipid dengan NS 1 membentuk bilayer real planar

24
(No Transcript)
25
Makroemulsi

• Minyak dan air tidak dapat bercampur, namun
  proses pencampuran dapat dilakukan dengan
  emulsifikasi
• Emulsi adalah dispersi dari dua liquid immiscible
  (tidak bercampur)
• Emulsi sangat penting dalam aplikasi seperti oil
  recovery, produksi krim dan pharmaceutical serta
  kosmetik. Juga dalam cooking dan food industry
  seperti margarin, soups, sauces, minuman coklat
  dll.
• Secara termodinamika ada 2 tipe emulsi emulsi
  yang stabil secara termodinamika disebut
  mikroemulsi dan emulsi yang metastabil (tidak
  stabil) dinamakan makroemulsi

26

• Mikroemulsi melibatkan ukuran panjang yang lebih
  kecil dibanding makroemulsi
• Tetes mikroemulsi berukuran diameter 5-100 nm
  sedangkan makroemulsi berukuran pada besaran
  panjang gelombang sinar tampak 0,5 10 ?m
• Makroemulsi biasanya buram (tak tembus cahaya)
  karena tetes2nya cukup besar untuk menghamburkan
  (scatter) sinar, ini menjadi alasan kenapa susu
  berwarna putih. Susu tersusun atas air dimana
  tetes minyak terdispersi didalamnya
• Sementara mikroemulsi transparan, tetesnya
  terlalu kecil untuk dapat menghamburkan sinar
• Makroemulsi punya kecenderungan memisah menjadi 2
  fase ini disebut demulsifikasi
• Demulsifikasi bisa sangat lambat sehingga
  seolah-olah makromulsi bersifat stabil

27

• (Makro) Emulsi terpenting adalah emulsi air dalam
  minyak (W/O) dan emulsi minyak dalam air (O/W)
• Pada emulsi minyak dalam air (O/W) air membentuk
  fase kontinyu yang mendispersikan tetes minyak
  misal susu
• Dalam hal minyak sebagai fase kontinyu maka
  emulsi air dalam minyak
• Parameter penting makroelmulsi adalah fraksi
  volume fase terdispersi ?d (fraksi volume fase
  inner)
• Secara intuitif dapat diasumsikan fraksi volume
  seharusnya dibawah 50, tapi dalam kenyataan
  fraksi volume lebih besar dari itu dapat dijumpai
• Fase inner tersusun atas tetes spheris dengan
  ukuran sama sehingga fraksi volume maksimal
  closed packed sphere (?d 0,74)

28
(No Transcript)
29
(No Transcript)