FARMASI FISIKASHOLICHAH ROHMANI, M.SC.,APT

Materi KELARUTANmeliputi :

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 dalamsolvent umumnyadipengaruhioleh:

Sifat dari solute dan solvent

Cosolvensi

Temperatur

Pembentukan senyawa komplex

INTERAKSI SOLUTE DAN SOLVENT

Zat-zat dengan struktur kimia yang miripumumnya dapat saling bercampur dengan baik, sedangkan zat-zat yang struktur kimianyaberbeda umumnya kurang dapat salingbercampur (like dissolves like). Senyawa yang bersifat polar akan mudah larut dalam pelarutpolar, sedangkan senyawa nonpolar akan mudahlarut dalam pelarut nonpolar. Contohnya alkoholdan air bercampur sempurna (completely miscible), air dan eter bercampur sebagian(partially miscible), sedangkan minyak dan air tidak bercampur (completely immiscible).

Kepolaran suatu pelarutditentukanoleh:

1. Kelarutan dalam air

2. Indeks polaritas ataumomen dipol

3. Konstanta dielektrik

4. Elektronegatif

Pelarut Polar,

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

Pelarut Nonpolar

Aksi pelarut dari cairan nonpolar, sepertihidrokarbon, berbeda dengan zat polar. Pelarut nonpolar tidak dapat mengurangi gaya tarikmenarik antara ion ion sejenis karena tetapandielektriknya rendah.

Pelarut Semipolar

Senyawa semipolar dapat bertindak sebagai suatuperantara yang dapat bertindak sebagai pelarutperantara yang dapat menyebabkanbercampurnya cairan polar dan nonpolar.

Kelarutan Cairan DalamCairan

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 padatemperatur tertentu

pt˚, tekanan uap pada keadaan murni

Xi , fraksi mol komponen dalam larutan.

Larutan ideal adalah suatu larutan dimana tidakada perubahan sifat komponen, selain daripengenceran, ketika zat-zat bercampurmembentuk larutan. Tidak ada panas yang dilepaskan atau diabsorbsi selama proses pencampuran dan volume akhir larutanmemperlihatkan penjumlahan sifat dari masing-masing konstituen.

Tetapi banyak contoh pasangan larutan yang diketahuimempunyai atraksi gaya kohesi melebihi atraksi adhesi, dan sebaliknya, walau pun larutan bercampur dalamsegala perbandingan. Larutan seperti ini disebut larutannon ideal.

Disebut larutan nonideal karena pada salah satukomponen menunjukkan adanya penyimpanganterhadap hukum Raoult. Penyimpangan negatif , terjadiapabila atraksi adhesi diantara molekul yang berbedamelebihi atraksi kohesi, sehingga tekanan uap larutanakan lebih kecil dari tekanan uap yang diharapkanhukum Raoult.

Penyimpangan positif, menyebabkan penurunankelarutan, sebagai akibat asosiasi molekul salah satukonstituen untuk membentuk molekul ganda.

Menurut Hildebrand penyimpangan positif yang dipengaruhitekanan 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 105 N/m2

1 kal = 4,186 J

PERKIRAAN KELARUTANHubungan Molekuler

Menurut Kier dan Hall untuk menyelidikikelarutan hidrokarbon cair, alkohol, eter, dan ester dalam air, memakai perkiraanatas dasar suatu indeks topologi (indeksstruktural) Х atau chi,yang mempunyainilai tergantung pada gambaran strukturdan gugus fungsi dari molekul tertentu.

Istilah chi orde-nol ˚Х, chi orde-satu ¹Х, dan chi denganorde yang lebih tinggi, digunakan untukmenggambarkan molekul. Istilah ¹Х, diperoleh denganmenjumlahkan ikatan yang ditimbang oleh kebalikanakar kuadrat jumlah dari setiap ikatan. Dalam halpropana

CH3

H3C CH3

Dengan mengabaikan hidrogen yang terikat, karbon 1 dihubungkan melalui satu ikatan kekarbon pusat, yang terikat dengan karbon-karbon lainnya oleh dua ikatan. Kebalikan akarkuadrat oleh karena itu adalah (1.2)ˉ¹/²= 0,707 untuk ikatan kiri. Ikatan sebelah kananmempunyai valensi kebalikan akar kuadratyang sama yaitu 0,707. Semua itu dijumlahkanmenghasilkan :

¹Х = 0,707 + 0,707 = 1,414

¹Х dapat digunakan untuk menghitungkelarutan molal dari hidrokarbon alifatik, alkohol dan ester dalam air. Dengan menggunakan analisis regresi. Persamaan yang diperoleh untuk melengkapi data alkana pada25˚C adalah :

ln S = -1,505-(2,533 ¹Х)

Co: Hitung indeks struktural untuk senyawa isobutanadan kelarutan isobutana dalam air pada suhu 25˚ (Molaritas)

C

C

C C

Isobutana

Hubungan luas permukaan dan kelarutan

Amidon, dkk mengamati kelarutan non elektrolitcair dalam pelarut polar, meliputi hidrokarbon, eter, alkohol, ester, keton dan asam karboksilatdalam air. Metode ini terdiri dari analisis regresidimana ln kelarutan dari zat terlarut sebandingdengan luas permukaan total (TSA). Luaspermukaan total terbagi dalam luas permukaanhidrokarbon (HYSA) dan luas permukaan gugusfungsi (FGSA)

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

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

Dimana :

FGSA adalah luas permukaan untuk gugushiroksil.

I, Variabel indikator untuk alkohol. Harga I diberikan = 1, apabila senyawa adalah suatualkohol dan 0 jika senyawa adalah hidrokarbon( tidak ada gugus OH ).

Tabel luaspermukaanMolekulerAlkohol danHidrokarbon

Senyawa HYSA, LuasPermukaanHidrokarbon

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 permukaanmolekul nya. Dan tentukan prosenperbedaan dari harga yang diamati?

2. Hitunglah kelarutan molal darisikloheksana dan sikloheksanol dalam air pada suhu 25˚C dan tentukan persenperbedaan dari harga yang diamati?

KELARUTAN

ZAT PADAT DALAM CAIRAN

Proses pelarutansuatu zatpadat dalamsolvenDapatdigambarkanterjadi dalam3 tahap

Proses pelepasan ini melibatkan energy sebesar 2W22 untukmemecah 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 adalahW22

Pembentukan celah atau rongga dalam pelarutEnergi yang dibutuhkan pada tahap ini adalahW11. Bilangan 11 menunjukkan bahwainteraksi terjadi antar molekul solven.

3.Tahap ketiga molekul zat terlarut akhirnyaditempatkan dalam lubang pelarut. Lubang dalampelarut 2 yang terbentuk, sekarang tertutup. Padakeadaan ini, terjadi penurunan energi sebesar – W12, selanjutnya akan terjadi penutupan rongga kembali dankembali terjadi penurunan energi potensial sebesar –W12, sehingga tahap ketiga ini melibatkan energisebesar – 2W12. Interaksi solut – solven ditandai dengan12.

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 zatpadat dalam cairan oleh Hildebrand dan scott sebagaiberikut:

-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 panaspeleburan molar 4500 kal/mol ???

Larutan Non Ideal

Larutan Nonideal

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

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

Parameter kelarutan (δ), yang menyatakankohesi antar molekul sejenis dapat dihitung daripanas penguapan, tekanan dalam dan teganganpermukaan. Cara terbaik untuk menghitungparameter kelarutan adalah akar kuadrat daritekanan dalam,

δ = ΔHv – RT ½

V

Dengan demikian persamaan yang paling sederhanauntuk larutan non ideal, dinyatakan sebagai kelarutanreguler dirumuskan oleh Scatchard-Hildebrandsebagai 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 temperaturyang sering digunakan.

V2 adalah volume molar solute (cm³),

δ1 parameter kelarutan solven,

δ2 merupakan parameter kelarutan solute

Dalam larutan encer, volume fraksi mendekati1, dan Φ1 dapat diabaikan sebagai pendekatanpertama. Bila perhitungan kasarmemperlihatkan makna yang lebih kecil dari 1, harus dibuat perhitungan kembali denganmemperhitungkan 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 moldan kelarutan molal dari iodium dalam karbon disulfidapada 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 harusdilakukan koreksi perhitungan denganmemperhitungkan 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 uapiodium dalam karbon disulfida dapat diubahmenjadi konsentrasi molal menggunakanpersamaan sbb,

m = 1000. X2 M1 (1-X2)

Sehingga,m = 1000. 0,0815__

76,13 . (1-0,0815)m = 1,17 mol/kgKelarutan iodium dalam karbondisulfidaadalah 1,17 mol/kg pelarut

Tabel.Volume molar dan parameter kelarutansenyawakristal

Tabel. Volume molar dan parameter kelarutanuntukbeberapasenyawa cair

KUIS (kumpulkan)

Hitung parameter kelarutan naftalen , tentukan fraksimol dan kelarutan molal dari naftalen dalam toluen pada25ºC?

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