Koloid Kimia

DIKLAT PENINGKATAN KOMPETENSI GURU KIMIA SMA KABUPATEN BALANGAN

3 3

3

+

+ + + +

+ + +

+ + +

3

+

+ + + +

3

3

TENTOR PRIMAGAMA KM6 BANJARMASIN

DINAS PENDIDIKAN

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.

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.

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

+

+ + + +

+ + +

+ + +

+

+ + + +

Partikel Fe(OH)3 bermuatan positif

Cl-

+

+ + + +

+ + +

+ + +

+

+ + + +

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 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 mengandung ionion bermuatan rangkap seperti ion fosfat, PO43- . Koagulasi adalah proses dimana fasa terdispersi suatu koloid menjadi agregat sehingga terpisah dari fasa kontinunya. Partikel koloid

Partikel koloid

+

+ + + +

3 + + +

+ + +

+

+ + + +

PO43-

3

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 terjadi pengendapan dan akhirnya membentuk delta. Contoh delta Mississippi. Latihan 1. Partikel koloid belerang, sulfur, dapat bermuatan negatif dengan penambahan 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. Jelaskan terbentuknya delta di dekat hilir sungai! 3. Jika elektroda-elektroda yang dihubungkan dengan sumber arus DC dicelupkan dalam gelas kimia yang mengandung koloid besi(III) hidroksida, endapan akan terbentuk pada elektroda negatif. Jelaskan kenapa hal ini terjadi!

Jawaban 1. AlCl3

S8 S δ

S δ

l l 3A C δ

S S

Partikel koloid belerang

S8

S S δ

S

S

Cl 3 l A

lCl 3 A S

S Al Cl

3

δ

δ

Cl 3 Al

S δ

Sδ

AlCl3

δ Cl A 3 l

3 Al

δ S

Cl

δ S

δ S

δ

Al Cl 3

δ S

δ

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 AlCl3 bertindak sebagai asam Lewis. Konsekuensinya, terbentuk agregat dan koloid belerang mengalami koagulasi.

2. Delta terbentuk akibat dari koagulasi partikel-partikel koloid tanah 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

+ + ++ + + ++ + + + + + + + Ba(OH)2 + + Al(OH)3 + + + + + + + + + + + + + + + PO43+ + ++ + + + + Fe(OH)3 + + + + ++ + koagulasi + + ++ + + ++ + + + + + + + + Ca(OH) + 2 Mg(OH)2 + + + + + + + ++ + + + + + + +

Partikel koloid M(OH)x bermuatan positif

+

3

+ + +

3 3

+

+ + + Mg(OH)2 + + + + + + + +

3

+ + + + Fe(OH) + 3 + + + + + + + +

3

3

3

3

3

+ + +

+ + + Ca(OH) + 2 + + + + + + + + +

3

+ + +

3

3

3

3

3 3

3

+ + + + + Al(OH)3 + + + + + + + +

3

3

3

+ + +

3 3

3

+ + + + + Ba(OH)2 + + + + + + + + 3

3

endapan lumpur

3

+ + +

3

6. Koloid Gabungan (Association Colloid) Bila molekul-molekul atau ion-ion yang memiliki kedua ujung hidrofobik dan hidrofilik didispersikan dalam air, 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 ionik.

ion stearat H3C ujung hidrofobik

ujung hidrofobik

O C

O

ujung hidrofilik

ujung hidrofilik

Dalam air ion stearat 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.

H 2O H 2O

Na+

H2O Na+

Na+

H2O

H2O

Na+

Na+

H2O

H 2O

H2O +

Na

Na

Misel

Na+

H 2O

+

Na+

Na+

Na+

Na+

Na+

H2O

H2O Na+

Na+

H2O

Na+

H 2O

H 2O

Misel stearat dalam air

H2O

H 2O

Detergen anionik Detergen sintesis juga membentuk koloid 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, mengapa sabun dapat membersihkan kotoran minyak pada pakaian! 2. Jelaskan bagaimana cara kerja tawas, aluminium sulfat hidrat Al2(SO4)3.18H2O, dalam pemurnian air minum. 3. Fosfolipida, dua gugus OH dari gliserol diganti dengan asam lemak dan satu OH diganti dengan asam fosfat, dapat membentuk membran sel dua-lapis. Bagaimana hal ini dapat terjadi?

1. Sabum memiliki ujung hidrofobik yang dapat menarik partikel-partikel 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 Na+ H2 O

H2 O

H2O Na+

H2 O

H2O

Na+

Na+

H2O H 2O

Na+

Na+

H2 O Na+

Na+

H 2O

H2O

Na+ H2O

Na+

Na+

Na+

Na+ H2O

H2 O Na+ H2O

Na+ H2O

Na+ H2 O

H2O

Na+

H2O Na+ H 2O Na+

Na+

H2O Na+

Na+

Minyak H2O Na+

H 2O

Minyak H2O Na+

Na+ H2O

Na+

+ H2O Na

Na+

Na+ H2O

H2O Na+ H2O

Na+ H 2O

Na+ H2O

H2O

2. Tawas bertidak sebagai koagulan mengendapkan partikel-partikel koloid bermuatan negatif. Pada pH rendah, aluminium berada dalam ion-ion aluminium terhidrasi, Al(H2O)63+ .

2Al(H2O)63+(aq) + 3SO42-(aq) + 6H2O(l)

Al2(SO4)3.18H2O(s)

Al(H2O)63+(aq)

-

+ 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 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

C O

(CH2)nCH3

HC

O

C

(CH2)nCH3 kepala polar

O-

permukaan hidrofilik

hidrofobik interior

-

H2C

permukaan hidrofilik

Struktur membran sel dua-lapis

ekor nonpolar

Soal 1. Nyatakan tipe koloid-koloid berikut (aerosol, busa (foam), emulsi, sol atau gel): (a) kabut air (b) susu cair (c) buih sabun (d) lumpur (e) agar-agar 2. Arsenat(III) sulfida membentuk sol dengan muatan negatif. Mana diantara senyawa ion berikut efektif untuk mengkoagulasikan sol tersebut? (a) KCl (b) MgCl2 (c) Al2(SO4)3 (d) Na3PO4 3. Aluminium hidroksida membentuk sol bermuatan positif. Mana diantara senyawa ion berikut efektif untuk mengkoagulasikan sol tersebut? (a) NaCl (b) CaCl2 (c) Fe2(SO4)3 (d) K3PO4 4. Bila larutan BaCl2 dan Na2SO4 dicampur, campuran menjadi keruh. Setelah beberapa hari, endapan putih 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 terdispersi suatu koloid terdiri dari butiran-butiran berupa bola kecil dengan diameter 1,0 x 102 nm. (a) Berapa volume (V = 4/3 π r3) dan luas permukaan (A = 4π r2) 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 air (aerosol), (b) susu cair (emulsi), (c) buih sabun (busa), (d) 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 r3 = 4/3 π (0,5 x102)3 nm3 = 5,24 x 105 nm3; Luas = 4π r2 = 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  Gas Medium

Liquid

NONE (All gases are soluble)

Solid

Liquid Aerosol Examples: Fog, mist

Solid Aerosol Examples: Smoke, dust

Liquid

Foam Examples: Whipped cream

Emulsion Sol Examples: Milk, mayonnaise, Examples: Paint, hand cream pigmented ink, blood

Solid

Solid Foam Gel Examples: Aerogel, styrofoam,Examples: Gelatin, jelly, pumice cheese, opal

Solid Sol Examples: Cranberry glass, ruby glass

H H H2N

C H

glysine

O

O

N C

C

OH

OH

proline

Foam