DIKLAT PENINGKATAN KOMPETENSI GURU KIMIA SMA KABUPATEN BALANGAN
3 3 +
3
+ +
+
+
+
+ +
+
3
+
+
+
+
+
+
+
3
3
TENTOR PRIMAGAMA KM6 BANJARMASIN
DINAS PENDIDIK IKAN
BALANGAN
Peningkatan Kompetensi Guru Kimia SMA Bidang Studi Materi Diklat
: Kimia : Koloid
Standar Kompetensi Menguasai standar kompetensi dan kompetensi dasar mata pelajaran Koloid Kompetensi Dasar Mendeskripsikan dan menerapkan konsep-konsep koloid. • • •
Menjelaskan perbedaan antara larutan homogen, suspensi dan koloid. Menjelaskan koloid hidrofobik dan koloid hidrofilik. Menjelaskan cara kerja surfaktan.
3 3 +
3
+ +
+
+
+
+ +
+
3
+
+ +
+
+
+
+
3
3
1. Pendahuluan
MATERI HETEROGEN
MATERI
Proses Fisika
MATERI HOMOGEN
SENYAWA
ZAT MURNI
Proses Fisika
LARUTAN
Klasifikasi Materi
Proses Kimia UNSUR
Larutan adalah campuran homogen dimana tidak tejadi pengendapan zat terlaut dan zat terlarut ada dalam bentuk ion-ion atau molekul-molekul kecil. Contoh, NaCl dan gula membentuk larutan sejati dalam air. Suspensi terbentuk bila padatan halus seperti pasir ditambahkan ke dalam air dan akan terjadi pengendapan. Partikel-partikel pasir masih kelihatan dan akan mengendap secara perlahan-lahan. Koloid merupakan keadaan intermediet antara larutan dan suspensi. Kolid adalah dispersi partikel-partikel satu substansi (fasa terdispersi) dalam substansi lainnya (medium perdispersi atau fasa kontinu). Kabut (fog) adalah contoh koloid yang terdiri dari titik-titik air yang amat kecil; (fasa terdispersi) dalam udara (fasa kontinu, pendispersi). Koloid berbeda dari larutan sejati dimana ukuran partikel-partikelnya lebih besar dari ukuran molekul-molekul zat terlarut dalam suatu sistem larutan. Ukuran partikelnya antara 2x103 pm sampai 2x105 pm pm..
Campuran
Koloid
Larutan
partikel besar > 0.2 µm
partikel menengah 0.2 - 0.002 µm
partikel kecil < 0.002 µm
2. Efek Tyndall Sekalipun koloid nampaknya homogen karena partikel-partikel terdispersi cukup kecil, tetapi koloid dapat dibedakan dari larutan sejati, yakni dari kemampuannya menghamburkan cahaya. Peristiwa penghamburan cahaya oleh partikel-partikel koloid dikenal sebagai efek Tyndall. Tyndall.
Gambar. Efek Tyndall. Debu menghamburka cahaya yang datang lewat pohon-pohonan (kiri). Cahaya laser dilewatkan oleh larutan NaCl dan dihamburkan oleh koloid campuran gelatin dan air (kanan).
3. Tipe Koloid Koloid dibedakan berdasarkan atas keadaan (padat, cair atau gas) fasa terdispersinya dan fasa kontinunya.
Tabel 1. Tipe-tipe koloid Fasa Kontinu Fasa Terdispersi Nama
Contoh
Gas
Cair
Aerosol
Kabut, awan, spary aerosol
Gas
Padat
Aerosol
Asap rokok, asap kendaraan, virus di udara (airborne viruses)
Cair
Gas
Foam (busa)
Sabun cukur, susu kental yang dikocok (whipped cream)
Cair
Cair
Emulsi
Susu, minyak terdispersi dalam air, krim muka
Cair
Padat
Sol
Emas dalam air, AgCl(s) terdispersi dalam H2O, lumpur
Padat
Gas
Foam (busa)
Gabus, busa plastik
Padat
Cair
Gel
Jeli, opal (mineral dengan cairan didalamnya)
Padat
Padat
Sol padat
Glas ruby (glas dengan logan terdispersi)
Aerosol: titik-titik cairan atau partikel-partikel padat terdispersi dalam suatu gas. Emulsi: titik-titik cairan terdispersi dalam suatu cairan. Sol: partikel-partikel padatan terdispersi dalam cairan Gambar: Koloid emas
4. Koloid hidrofilik dan hidrofobik Koloid dimana fasa kontinunya air dibedakan atas dua: Koloid hidrofilik Koloid hidrofobik Koloid hidrofilik: koloid yang memiliki daya tarik kuat antara fasa terdispersi dan fasa kontinunya (air). Contoh, koloid-koloid yang mengandung makromolekul; larutan protein - seperti gelatin dalam air. Molekul-molekul gelatin ditarik oleh molekul-molekul air dengan gaya London dan ikatan hidrogen.
Gelatin: protein yang tersusun atas glisin, prolin dan hidroksi prolin.
Partikel koloid
Partikel koloid
+
+ +
+ +
+
+ +
+
+
+ +
+
+
+
+
-
Cl
+
Partikel Fe(OH)3 bermuatan positif
+ +
+ +
+
+ +
+
+
+
+
+
+
+
+
Partikel Fe(OH)3 dikelilingi oleh ion Cl
-
Koloid hidrofobik: koloid yang memiliki daya tarik lemah antara fasa terdispersi dan fasa kontinu (air). Koloid jenis ini umumnya tidak stabil, dalam waktu yang cukup lama, fasa terdispersi biasanya bergabung membentuk membentuk partikel yang lebih besar dan akhirnya mengendap. Contoh, dispersi logam-logam dalam air dan susu, suspensi koloid dari protein kasein yang membentuk misel dengan inti hidrofobik. Koloid hidrofobik stabil dapat mengalami koagulasi dengan memberikan ion-ion ke dalam medium pendispersi.
5. Koagulasi Sol besi(III) hidroksida dapat membentuk agregat dengan penambahan larutan ion, terutama larutan yang yang mengandung mengandung ionion bermuatan rangkap seperti ion fosfat, PO 43- . Koagulasi adalah proses dimana fasa terdispersi suatu koloid menjadi agregat sehingga terpisah dari fasa kontinunya. Partikel koloid
Partikel koloid
3 3 +
+ +
+ +
+
+
3PO4
+
+ +
+
+
+
+
+ +
+
+ +
+
+
+
+
+
+
3
3
+
3
+
+ +
+
+
+
3
Partikel Fe(OH)3 bermuatan positif
Partikel Fe(OH)3 dikelilingi oleh ion PO4
-
Contoh lain koagulasi adalah penggumpalan susu ketika masam. Susu merupakan suspensi koloid dimana partikel-partikel susu, protein, tidak mengendap karena memiliki muatan listrik. Ion yang menyebabkan koagulasi terbentuk bila laktosa (gula susu) mengalami fermentasi menjadi asam laktat. Terbentuknya delta di sungai dekat pantai juga merupakan contoh koagulasi. Suspensi koloid tanah dalam air sungai bila bertemu dengan larutan ionik pekat air laut maka akan terjadi agregasi, kemudian k emudian terjadi pengendapan dan akhirnya membentuk delta. Contoh delta Mississippi. Latihan 1. Partikel Partikel koloid koloid belerang belerang,, sulfur, sulfur, dapat dapat bermuatan bermuatan negatif negatif dengan dengan penamb penambahan ahan ion tiosulfat, S2O32- , dan ion lainnya pada permukaan belerang. Tunjukkan mana molekul berikut yang paling efektif untuk mengkoagulasikan koloid belerang: NaCl, MgCl2, atau AlCl3. Kenapa? 2. Jelask Jelaskan an terb terbent entukn uknya ya delta delta di di dekat dekat hilir hilir sung sungai! ai! 3. Jika elektrod elektroda-el a-elektro ektroda da yang yang dihubungka dihubungkan n dengan dengan sumber sumber arus arus DC dicelupka dicelupkan n dalam gelas kimia yang mengandung koloid besi(III) hidroksida, endapan akan terbentuk pada elektroda negatif. Jelaskan kenapa hal ini terjadi!
Jawaban 1. AlCl3
δ
δ
δ δ
S S
S Sδ
S8
δ S
S δ
C l 3 A A l
S δ
S
δ
Partikel koloid belerang
AlCl3
δ C l 3 Al
l l 3 A C δ
S S
S S8
S S l A l 3 C δ
S
δ l 3 l C A
S
δ C l 3 A l C
S Al C l C
3
δ
A l C l 3 δ
Partikel belerang dikelilingi oleh AlCl3
Setiap atom belerang memiliki dua pasang elektron sunyi sehingga partikel koloid belerang memiliki fraksi muatan negatif, pasangan elektron ini dapat disumbangkan pada atom Aluminum dan AlCl 3 bertindak sebagai asam Lewis. Konsekuensinya, terbentuk agregat dan koloid belerang mengalami koagulasi.
2. Delta Delta terbentu terbentuk k akibat akibat dari dari koagulasi koagulasi partikel partikel-par -partikel tikel koloid koloid tanah tanah seperti seperti Fe(OH)3, Al(OH)3, Ba(OH)2, Ca(OH)2, Mg(OH)2, dll akibat bergabungnya partikel-partikel tersebut dengan ion-ion multi muatan dari air laut seperti PO43- , SO42- , CO32- , dll. 3
3
3
3 +
3 +
+ + +
Al(OH)3
+ +
+
+
+
+ + + + + + + +
+ + +
+ +
Ca(OH)2
+ +
+
+
+
+ + +
+
+ + +
+
+
+
+ +
+
+
+
+ +
+
+ +
+
+
+
3
+
+
3
+ +
+
+
+
+ +
+ +
3
+
+
3
+
+
+
+ +
3
+
+
3 3
3 +
3 +
3
+ +
+
+
Ca(OH)2
+
Partikel koloid M(OH)x bermuatan positif
+
3
3
+
+
Fe(OH)3
+ +
koagulasi + +
+ +
+
3
Mg(OH)2
+
3
3PO4
+
+ + +
+
3
+
+ +
+
Al(OH)3
+ +
3
+
+
+ +
+ +
3
+
+ +
3 +
+
+ + +
3
Ba(OH)2
+ +
Fe(OH)3
+ + + + +
+ +
+ + +
+
Mg(OH)2
+
+ + +
+ +
+
+
+
+
+
+
+
+
3 +
+
+
+ +
+
+
3
3
+ +
+
+ +
+
+
+
+
3
3
endapan lumpur
+
Ba(OH)2
+ +
3
6. Koloid Gabunga Gabungan n (Association Colloid) Bila molekul-molekul atau ion-ion yang memiliki kedua ujung hidrofobik dan hidrofilik didispersikan dalam dalam air, maka maka akan bergabung membentuk partikel-partikel berukuran koloid atau misel. Misel adalah partikel berukuran koloid yang terbentuk dalam air akibat dari penggabungan molekul-molekul atau ion-ion yang memiliki ujung hidrofobik dan ujung hidrofilik. Ujung-ujung hidrofobik saling bertemu dan berada dalam misel sedangkan ujung hidrofilik berada diluar misel berhadapan dengan air. Koloid dimana fasa terdispersinya terdiri dari misel-misel disebut koloid gabungan (association colloid) Sabun biasa dalam air merupakan contoh dari gabungan koloid.
Sabun terdiri dari senyawa-senyawa seperti natrium stearat, C17 H35 COONa. Ion stearat memiliki ujung rantai hidrokarbon panjang dan bersifat hidrofobik, karena nonpolar, dan gugus karboksil (COO -) pada ujung lainnya dan bersifat hidrofilik, karena k arena ionik.
ion stearat H3C ujung hidrofobik
ujung hidrofobik
O C
O
ujung hidrofilik
ujung hidrofilik
Dalam air ion stearat s tearat bergabung membentuk misel dimana ujung hidrokarbon mengarah ke dalam bertemu satu sama lainnya dan menjauh dari air, sedangkan gugus karboksil mengarah ke luar misel dan bertemu dengan air.
H2 O H2O
+
H2O
Na
Na+
+
Na
H2O
H2O Na+
Na+
H2O
H2O
+
+
Na
H2O
Na
+
Misel
Na
H2 O
Na+
Na+
Na+
Na+
+
Na
H2O
H2O +
Na+
H2O
Na Na+
H2O
H2 O
Misel stearat dalam air
H2O
H2O
Detergen anionik Detergen sintesis juga membentuk koloid k oloid gabungan. Natrium lauril sulfat adalah detergen sintesis yang ada dalam pasta gigi dan sampo.
Natrium laruril sulfat H3C
O O
S
O
Na +
O ujung hidrofobik
ujung hidrofobik
Gugus sulfat hidrofilik (-OSO3-) Gugus dodekil hidrofobik (C12 H25 -)
ujung hidrofilik
ujung hidrofilik
Detergen kationik: sifat germisida digunakan di rumah sakit dan cuci mulut H3C
CH3 +
N
H3C
ujung hidrofilik
CH3
ujung hidrofobik
7. Aplikasi koloid Latihan 1. Jelaskan, Jelaskan, mengap mengapa a sabun sabun dapat dapat membersih membersihkan kan kotora kotoran n minyak minyak pada pada pakaian! 2. Jelaskan Jelaskan bagaima bagaimana na cara cara kerja kerja tawas, tawas, alumin aluminium ium sulfat hidrat hidrat Al2(SO4)3.18H2O, dalam pemurnian air minum. 3. Fosfolipida Fosfolipida,, dua gugus gugus OH OH dari dari gliserol gliserol diganti diganti dengan dengan asam lemak lemak dan satu satu OH diganti dengan asam fosfat, dapat membentuk membran membran sel dua-lapis. Bagaimana hal ini dapat terjadi?
1. Sabum memiliki memiliki ujung ujung hidrofob hidrofobik ik yang dapat dapat menar menarik ik partikelpartikel-part partikel ikel minyak minyak yang bersifat non-polar. Disamping itu sabun juga memiliki ujung hidrofilik yang dapat beriteraksi dengan air, dengan demikian sabun akan mampu menarik minyak dari pakaian, dan melarutkannya, lihat Gambar.
H2O H2O
+
+
Na
H2O
+
+
H2O
+
+
Na
Na
H2O
+
+
Na
Na
H2O
+ Na H2O
Na
+
Na
H2O +
+
Na H2O
+
Na
Na
H2O
H2O
H2O
+
+
Na
Minyak H2O Na+
+
+
Na
+
H2O Na+
+
Na
Minyak
Na H2O
H2O Na+
Na
H2O Na+
H2O
Na+
Na
H2O
H2O
H2O
H2O
H2O Na
Na
Na+ H2O
Na+
+
H2O
Na
Na+
Na+ H2O
H2O Na+ H2O
+
Na
Na+ H2O
H2O
2. Tawas Tawas bertida bertidak k sebagai sebagai koagulan koagulan menge mengendapk ndapkan an partike partikel-pa l-partikel rtikel koloid bermuatan negatif. Pada pH rendah, aluminium berada dalam ion-ion aluminium terhidrasi, Al(H2O)63+ .
Al2(SO4)3.18H2O(s) 3+
Al(H2O)6
(aq)
+
2Al(H2O)63+(aq)
+
3SO42-(aq)
+
6H2O(l)
3HCO3-(aq) Al(OH)3(s)
+ 3CO2(g) + 6H2O(l)
Ion-ion ini bertindak sebagai pasangan dari partikel-partikel koloid bermuatan negatif, sehingga membentuk agregat-agregat yang akan mengendap, atau terjadi koagulasi. Pada pH tinggi, aluminium berada dalam bentuk aluminium hidroksida, Al(OH)3. Al(OH)3 merupakan partikel-partikel partikel-partikel koloid yang memiliki fraksi muatan positif dan akan menarik partikel-partikel koloid yang bermuatan negatif, seperti CaCO3 tersuspensi, bakteria, dan partikel-partikel tersuspensi lainnya seperti kotoran.
3. Membran sel dua-lapis O O -
O
P O
O
H2C
O
C O
(CH2)nCH3
HC
O
C
(CH2)nCH3 kepala polar
-
permukaan permukaa n hidrofilik
r o i r e t n i k i b o f o r d i h
permukaan permukaa n hidrofilik
Struktur membran sel dua-lapis
ekor nonpolar
Soal 1. Nyatakan Nyatakan tipe tipe koloid-kolo koloid-koloid id berikut berikut (aeroso (aerosol, l, busa (foam (foam), ), emulsi, emulsi, sol atau atau gel): gel): (a) kabut air (b) susu cair (c) buih sabun (d) lumpur (e) agar-agar 2. Arsenat( Arsenat(III) III) sulfida sulfida memb membentuk entuk sol sol dengan dengan muatan muatan negati negatif. f. Mana Mana diantara diantara senyawa ion berikut efektif untuk mengkoagulasikan sol tersebut? (a) KCl (b) MgCl2 (c) Al2(SO4)3 (d) Na3PO4 3. Aluminium Aluminium hidroksida hidroksida membent membentuk uk sol bermuatan bermuatan positif. positif. Mana diantara diantara senyawa ion berikut efektif untuk mengkoagulasikan sol tersebut? (a) NaCl (b) CaCl2 (c) Fe2(SO4)3 (d) K3PO4 4. Bila ila lar larutan utan BaC BaCl2 dan Na2SO4 dicampur, campuran menjadi keruh. Setelah beberapa hari, endapan putih teramati teramati di dasar gelas kimia dengan cairan jernih di atasnya. (a) Tulis persamaan untuk reaksi yang terjadi! (b) Kenapa mula-mula terjadi keruh? (c) Apa yang terjadi selama beberapa hari didiamkan? 5. Fasa terdispers terdispersii suatu koloid koloid terdiri terdiri dari dari butiranbutiran-butir butiran an berupa berupa bola bola kecil dengan dengan diameter 1,0 x 102 nm. (a) Berapa volume (V = 4/3 π r 3) dan luas permukaan (A = 4π r 2) masingmasing butiran? (b) Berapa butiran diperlukan untuk menghasilkan volume total 1,0 cm3? Berapa luas permukaan total dari butiran-butiran ini dalam m2.
Jawaban 1. (a) kabut kabut air air (aerosol) (aerosol),, (b) susu cair (emulsi), (emulsi), (c) (c) buih sabun (busa) (busa),, (d) lumpur lumpur (sol), (e) agar-agar (gel). 2. Al2(SO4)3 karena akan menghasilkan Al(OH)3 yang bermuatan negatif yang akan menetralkan sol arsenat(III) sulfida, sehingga terjadi koagulasi. 3. K3PO4 karena dapat menghasilkan ion bermuatan ganda PO43- yang akan berpasangan dengan sol Al(OH)3 yang bermuatan negatif. 4. (a) BaCl2(aq) + Na2SO4(aq) BaSO4(s) + 2NaCl(aq) (b) Karena terbentuk Ba(OH)2; BaCl2)aq) +H2O(l) Ba(OH)2(s) + 2HCl(aq) (c) Terjadi koagulasi antara Ba(OH)2 dengan ion SO42- menghasilkan BaSO4 yang tidak larut dalam air. 5. (a) Volume = 4/3 π r 3 = 4/3 π (0,5 x102)3 nm3 = 5,24 x 105 nm3; Luas = 4π r 2 = 4π (0,5 x102)2 nm2 = 3,14 x 104 nm2. (b) Banyak butiran = 1021 /5,24x105 = 2 x 1015 butiran; Luas permukaan total = 2x1015 x 3,14x104 nm2 = 6x1019 nm2 = 60 m2.
Dispersed Medium Gas
Continuous Medium
Gas
Liquid
NONE (All gases are soluble)
Solid
Liquid Aerosol Examples: Fog Fog,, mist
Solid Aerosol Examples: Smoke Smoke,, dust
Liquid
Foam Examples: Whipped cream
Emulsion Sol Examples: Milk , mayonnaise mayonnaise,, Examples: Paint Paint,, hand cream pigmented ink , ink , blood
Solid
Solid Foam Gel Examples: Aerogel Aerogel,, styrofoam styrofoam,,Examples: Gelatin Gelatin,, jelly, pumice cheese, opal
Solid Sol Examples: Cranberry glass, glass, ruby glass
H H H2N
C H
glysine
O
O
N C
C
OH
OH
proline
Foam
