susu, sabun, udara berdebu dalam ilmu kimia dinamakan koloid

Pemanfaatan kimia koloid dalam bidang industri Pembuatan produk : karet, kertas, plastik, sabun, bahan-bahan pangan Proses : memutihkan, menghilangkan bau, mewarnai, pemurnian, melibatkan adsorpsi pada permukaan partikel koloid

Perbedaan koloid dan kristaloid berdasarkan difusi larutan melalui membran Kristaloid : zat yang mudah berdifusi melalui membran. Contoh : NaCl dalam air Koloid : zat yang sukar berdifusi melalui membran. Contoh : agar-agar, putih telur

Perbedaan koloid dan kristaloid berdasarkan ukuran partikel Kristaloid (larutan sejati) : diameter partikelnya lebih kecil dari 1 nm (10-9 m) Koloid : diameter partikelnya antara 1 nm – 100 nm Suspensi : diameter partikelnya lebih besar dari 100 nm

Perbedaan larutan, koloid dan suspensi Jenis perbedaan larutan koloid suspensi Diameter partikel Fasa Penyaringan : Biasa Membran Ultra Gerak Brown Efek tyndall Pengendapan : Gaya gravitasi Sentrifuge Contoh < 1 nm Satu fasa Lewat Tak nampak Tidak Larutan garam 1 nm – 100 nm Dua fasa Tertahan Nampak Mengendap Tinta >100 nm Lumpur

Dispersi koloid Sistem dispersi adalah sistem yang suatu zat terbagi halus atau terdispersi dalam zat lain Koloid merupakan suatu sistem dispersi, karena terdiri dari dua fasa, yaitu : fasa terdispersi (fasa yang tersebar halus) yang kontinyu fasa pendispersi yang diskontinyu Fasa terdispersi memiliki jumlah yang lebih kecil atau mirip dengan zat terlarut Fasa pendispersi memiliki jumlah yang lebih besar atau mirip pelarut pada suatu larutan

Sistem dispersi koloid Fasa terdispersi Fasa pendispersi Nama koloid Contoh Gas Cair Padat Buih Busa padat Buih, sabun Batu apung Aerosol cair Emulsi Kabut Susu, mayonaise Mentega Aerosol padat Sol Sol padat Asap Cat, kanji Kaca berwarna

Interaksi dengan medium Penggolongan koloid Berdasarkan : Bentuk partikel Cara pembentukannya Interaksi dengan medium Perubahan bentuk

Bentuk partikel koloid Lembaran (laminar) Serat (fibrilar) Butiran (korpuskular) Ditentukan oleh jenis dan cara terbentuknya koloid

Cara pembentukan koloid Koloid dispersi, yaitu koloid yang terbentuk dari penyebaran (dispersi) partikel-partikel kecil yang tidak larut dalam medium (fasa pendispersi) dengan membentuk agregat molekul atau atom yang sangat banyak. Contohnya : dispersi koloid emas (Au) dan belerang (S) Koloid asosiasi, yaitu koloid yang terbentuk dari gabungan (Asosiasi) molekul-molekul kecil, atom atau ion yang larut dalam medium sehingga membentuk agregat-agregat molekul yang disebut misel. Contoh : larutan sabun dan detergen Koloid makromolekul, yaitu koloid yang terbentuk dari molekul tunggal yang sangat besar (makromolekul). Contoh : protein dan polimer tinggi seperti karet dan plastik

Perubahan bentuk koloid Koloid reversibel, yaitu koloid yang dapat berubah menjadi bukan koloid demikian pula sebaliknya. Contoh : susu bubuk, dapat menjadi koloid bila dicampurkan air dan menjadi bukan koloid kembali dengan menguapkan airnya Koloid irreversibel, yaitu suatu koloid yang setelah berubah menjadi bukan koloid tidak dapat menjadi koloid kembali. Contoh : sol belerang dan sol emas

Sifat-sifat koloid Sifat fisika Sifat koligatif Sifat optis Sifat kinetik Sifat listrik Koagulasi Adsorpsi

Sifat fisika koloid Koloid hidrofob, sifat-sifat seperti rapatan, tegangan muka dan viskositas hampir sama dengan medium pendispersinya 2. Koloid hidrofil karena terjadi hidrasi sifat-sifat fisikanya sangat berbeda dengan mediumnya viskositasnya lebih besar dan tegangan mukanya lebih kecil

Sifat koligatif koloid Koloid dalam medium cair juga mempunyai sifat koligatif Sifat ini bergantung pada jumlah partikel koloid bukan pada jenisnya Sifat koligatif koloid umumnya lebih rendah daripada larutan sejati dengan jumlah partikel yang sama Sifat koligatif berguna untuk menghitung konsentrasi atau jumlah partikel

Sifat optis koloid Ukuran partikel koloid lebih besar daripada larutan sejati, sehingga bila seberkas cahaya melewatinya akan dipantulkan Arah pantulan tidak teratur, karena partikel-partikel koloid tersebar secara acak, sehingga pantulan cahaya berhamburan (diserakkan) ke segala arah Peristiwa penghamburan cahaya oleh partikel-partikel koloid disebut efek tyndall

Sifat optis larutan gula dan air santan kelapa

Partikel koloid ukurannya agak besar tapi tidak dapat diamati dengan mata Dapat diamati menggunakan mikroskop ultra yang nampak sebagai butir-butir bercahaya di dasar yang gelap Efek berkas cahaya pada (a) koloid (b) larutan

Massa dari butir-butir koloid ditentukan dengan penguapan dan penimbangan Volume masing-masing partikel (Vm), adalah : m = massa partikel hasil penimbangan n = jumlah partikel d = rapatan partikel

Bila partikel koloid dianggap berbentuk bola dengan jari-jari r, maka volume satu butir koloid, Vm = π r3 Dari kedua persamaan diperoleh : atau Sehingga diameter partikel koloid (Ф) : Ф = 2 r Ф logam-logam mulia dalam air = 0,2 – 0,6 µ

Sifat kinetik koloid : gerakan Brown, difusi, pengendapan (sedimentasi) dibawah mikroskop ultra, partikel koloid nampak sebagai bintik-bintik bercahaya yang selalu bergerak secara acak dengan jalan berliku-liku Gerakan tersebut dinamakan gerakan Brown

Gerakan Brown

2. Difusi Partikel zat terlarut mendifusi dari larutan yang konsentrasinya tinggi ke daerah yang konsentrasinya lebih rendah Difusi erat kaitannya dengan gerakan Brown, sehingga dapat dianggap molekul-molekul atau partikel-partikel koloid mendifusi karena gerakan Brown Kecenderungan zat untuk mendifusi dinyatakan dengan koefisien difusi

D = koefisien difusi, menyatakan jumlah mol koloid yang berdifusi melewati satu-satuan luas per satuan waktu pada konsentrasi gradien satu (cm2 s-1) R = tetapan gas (8,314 x 107 erg mol-1 K-1) T = suhu mutlak (K) N = tetapan Avogadro (6,02 x 1023 mol-1) 𝜼 = viskositas medium (Poise) r = jari-jari partikel koloid (cm)

Menurut Einstein, terdapat hubungan antara koefisien difusi (D) dengan jarak rata-rata pindahnya butir-butir koloid (Δ), sepanjang sumbu x pada waktu t (detik) dengan persamaan sebelumnya : atau

Jarak rata-rata pindahnya butir-butir koloid

3. Pengendapan (sedimentasi) Partikel-partikel koloid mempunyai kecenderungan untuk mengendap karena pengaruh gravitasi bumi Tergantung pada rapat massa partikel terhadap mediumnya Jika rapat massa partikel lebih besar dari medium suspensinya, maka partikel akan mengendap Sebaliknya bila rapat massanya lebih kecil akan mengapung

Pengendapan partikel-partikel koloid karena pengaruh gravitasi

Jika rapat massa partikel koloid diketahui, maka jari-jari partikel dapat dihitung dari kecepatan pengendapan Kecepatan pengendapan adalah kecepatan yang gaya gravitasi tepat diimbangi oleh gaya gesekan dari partikel yang bergerak melalui medium Bila partikel dianggap berbentuk bola, maka kecepatan pengendapan dirumuskan sesuai persamaan hukum Stokes atau

Integrasi persamaan menjadi V = dx/dt = kecepatan pengendapan (cm s-1) g = percepatan gravitasi (cm s-2) d = rapat massa partikel koloid (g cm-3) dm = rapat massa medium (g cm-3) r = jari-jari partikel koloid (cm) 𝜼 = viskositas medium (Poise) x1, x2 = jarak partikel awal dan akhir (cm) t1, t2 = waktu awal dan akhir (s)

Kecepatan pengendapan partikel koloid menjadi semakin besar bila : jari-jari atau ukuran partikel r bertambah besar Selisih rapatan partikel d dan rapatan medium dm bertambah besar Viskositas (kekentalan) medium berkurang Percepatan gravitasi (gaya berat) g meningkat

Partikel kristal halus cenderung membesar ukurannya bila dibiarkan berada dalam cairan tempat zat diendapkan Terutama bila larutan dipanasi atau digoncang Koagulasi endapan koloid dapat dipercepat oleh suhu tinggi dan pengadukan serta penambahan elektrolit tertentu

Pengendapan dapat dipercepat dengan memperbesar percepatan gravitasi g menggunakan ultrasentrifuge Alat tersebut akan memutar koloid dengan kecepatan sangat tinggi, sehingga partikel kristalin halus sekecil sukrosa dapat diendapkan di dasar tabung 𝑎 = percepatan sentrifugal ω = kecepatan sudut dari sentrifuge dalam radian per detik (2 π kali jumlah putaran per detik) x = jarak partikel dari sumbu rotasi

Penampang bagian dalam ultrasentrifuge

Ultrasentrifuge dengan x = 6 cm, biasanya bekerja pada 60 Ultrasentrifuge dengan x = 6 cm, biasanya bekerja pada 60.000 rpm atau 1000 rps (putaran per detik), maka : 𝑎 = ω2 x = (2 π 1000 s-1)-2 x 0,06 m = 2,36 x 106 m s-2 Karena percepatan gravitasi 9,80 m s-2 , maka percepatan ultrasentrifuge ini 240.000 kali lebih besar percepatan gravitasi bumi

Dengan mengganti g = ω2 x, diperoleh : atau Persamaan tersebut bila diintegrasikan, diperoleh:

Dari persamaan kecepatan pengendapan dapat diperoleh jari-jari partikel koloid Selanjutnya dapat ditetapkan massa satu partikel (m) sebagai : m = π r3 d, dan berat molekul (M) butir-butir koloid sebagai M =m N Dalam bidang pangan penetapan kecepatan pengendapan sangat penting untuk analisis pangan misalnya penentuan kelarutan pangan, stabilitas emulsi

Sifat listrik koloid Permukaan partikel koloid mempunyai muatan listrik disebabkan terjadinya ionisasi atau penyerapan ion-ion dalam larutan Partikel koloid dapat bergerak dalam medan listrik Bila ke dalam sistem koloid dimasukkan sepasang elektroda yang dialiri arus listrik searah, maka partikel-partikel koloid yang bermuatan negatif akan bergerak menuju elektroda positif (anoda) Yang bermuatan positif akan tertarik ke elektroda negatif (anoda) Bergeraknya partikel-partikel koloid oleh pengaruh medan listrik disebut elektroforesis

Alat elektroforese Burton

Pada elektroforesis partikel-partikel koloid dinetralkan muatannya dan digumpalkan di bawah elektroda Dapat digunakan untuk menentukan muatan partikel koloid dan dimanfaatkan untuk mengurangi zat-zat pencemar udara yang dikeluarkan dari asap pabrik menggunakan alat Cotrell Elektroforesis dapat digunakan untuk analisis protein, asam nukleat, polisakarida dan senyawa-senyawa kompleks lainnya

Koagulasi Koloid Suatu koloid bila dibiarkan dalam waktu tertentu akan terpengaruh oleh gaya gravitasi bumi Antara partikel dapat saling bergabung membentuk gumpalan yang akan mengendap di dasar wadah Peristiwa pengendapan atau penggumpalan partikel-partikel koloid disebut KOAGULASI

Waktu terjadinya koagulasi berbeda antara koloid satu dengan lainnya Koagulasi spontan umumnya berlangsung lambat dan dapat dipercepat dengan alat sentrifuge Koagulasi dapat pula dilakukan dengan cara : pemanasan, pendinginan, penambahan koloid yang berbeda muatan dan penambahan elektrolit Contoh proses pembuatan tahu terjadi koagulasi karena pemanasan dan penambahan elektrolit

Adsorpsi koloid Partikel koloid mempunyai permukaan luas, sehingga mempunyai daya adsorpsi yang besar ADSORPSI adalah peristiwa penyerapan suatu zat, ion atau molekul yang melekat pada permukaan Bila penyerapan sampai ke bawah permukaan disebut ABSORPSI

Adsorpsi ion positif dan negatif oleh koloid sol

Koloid umumnya mengadsorpsi ion-ion positif dan negatif Misalnya sol Fe(OH)3 dalam air mampu menyerap ion H+, sehingga bermuatan positif Sol As2S3, mampu mengadsorpsi ion-ion negatif S2-, sehingga menjadi bermuatan negatif Partikel-partikel koloid mudah mengadsorpsi zat warna, misalnya pada peristiwa pencelupan warna tekstil, sebelumnya tekstil dilapisi aluminium hidroksida agar mengikat zat warna

Sifat adsorpsi partikel koloid banyak dimanfaatkan pada proses-proses seperti : penjernihan air pemutihan pemurnian suatu bahan yang masih mengandung kotoran

Beberapa macam koloid (SOL, EMULSI, GEL) A. SOL adalah dispersi koloid yang partikel padat terdispersi dalam cairan Ada 2 jenis sol : Sol liofil partikel-partikel padat akan menyerap molekul cairan (suka pelarut) Jika pelarutnya air disebut sol hidrofil Contoh : sabun, protein, gelatin

Sol liofil lebih stabil dan tidak mengalami koagulasi jika ditambahkan sedikit elektrolit Partikel-partikelnya dapat dipisahkan dari mediumnya dengan pengendapan atau penguapan Dapat dibuat menjadi sol kembali dengan penambahan medium Sol liofil bersifat reversibel

Perbedaan sifat antara sol hidrofil dan sol hidrofob b) Sol liofob Partikel-partikel padat tidak menyerap molekul cairan (tidak suka pelarut) Jika pelarutnya air disebut sol hidrofob Contoh : sol-sol sulfida dan sol-sol logam Perbedaan sifat antara sol hidrofil dan sol hidrofob Sol hidrofil Sol hidrofob Mengadsorpsi mediumnya Stabil pada konsentrasi relatif besar Tidak mudah mengalami koagulasi dengan penambahan elektrolit Viskositas lebih besar dari mediumnya Bersifat reversibel Efek tyndall lemah Tidak mengadsorpsi mediumnya Hanya stabil pada konsentrasi kecil Mudah mengalami koagulasi dengan penambahan elektrolit Viskositas hampir sama dengan mediumnya Bersifat irreversibel Efek tyndall lebih jelas

Perbedaan sifat sol liofil dan sol liofob

Pembuatan sol Partikel koloid mempunyai diameter 1 – 100 nm. Butir-butir sebesar ini dapat diperoleh dengan dua cara : cara dispersi dan cara kondensasi 1. Cara dispersi dilakukan dengan memecah atau menghaluskan butir-butir yang lebih besar (suspensi) menjadi butir-butir yang lebih kecil sesuai ukuran koloid

Caranya : Mekanik, menggiling partikel besar kemudian mendispersikan dengan mediumnya sampai diperoleh ukuran koloid contoh : sol tepung dibuat dengan menggiling biji-bijian lalu mengaduknya dalam air b) Dispersi elektronik, mengalirkan arus listrik tegangan tinggi melalui dua elektroda logam yang akan dibuat koloid dan mencelupkannya ke dalam pelarut. Disebut cara Busur Bredig

Contoh : sol-sol emas dibuat dengan mencelupkan kedua elektroda dari logam yang sebelumnya diberi tegangan tinggi ke dalam air c) Peptisasi, menambahkan zat atau ion sejenis pada partikel kasar (endapan), sehingga partikel-partikel tersebut terpecah menjadi ukuran koloid Contoh : endapan Al(OH)3 akan menjadi sol jika ditambahkan AlCl3

2. Cara kondensasi pembuatan koloid dengan mengubah partikel-partikel kecil (larutan ) menjadi patikel besar berukuran koloid Caranya : Reaksi kimia, menambahkan pereaksi tertentu ke dalam larutan, sehingga terbentuk koloid Cara reduksi 2 AuCl3 + 3 SnCl2 2 Au (sol) + 3 SnCl4

Cara oksidasi 2 H2S + SO2 2H2O + 3 S (sol) Hidrolisis FeCl3 + 3 H2O Fe(OH)3 (sol) + 3 HCl Dekomposisi rangkap (metatesis), melakukan pertukaran ion sehingga terbentuk senyawa yang sukar larut berukuran koloid As2O3 + 3 H2S As2S3 (sol) + 3 H2O

3. Pertukaran pelarut Koloid dibuat dengan menukar atau menambahkan pelarut lain ke dalam larutan Zat terlarut harus tidak larut dalam pelarut yang ditambahkan Kedua pelarut harus bercampur sempurna Contoh : sol belerang dibuat dengan menambahkan pelarut air ke dalam larutan belerang dalam alkohol

4. Pendinginan berlebih Campuran yang terdiri dari pelarut air dan organik didinginkan, sehingga salah satu komponennya dapat membeku membentuk koloid Contoh : koloid es dibuat dengan mendinginkan campuran eter dengan air

B. EMULSI adalah dispersi koloid yang zat terdispersi dan medium pendispersi merupakan cairan yang tidak saling bercampur Agar terjadi suatu campuran koloid, harus ditambahkan suatu bahan yang disebut zat pengemulsi atau emulgator atau emulsifier Contoh emulsi : susu dan mayonaise (terdiri dari minyak yang terdispersi dalam fasa air) Pada mayonaise, pemisahan dicegah oleh kuning telur Pada susu, pemisahan dicegah oleh kasein

Pembuatan emulsi Mencampurkan kedua zat cair dengan emulsifier dalam sebuah botol dan mengocoknya (cara sederhana) Mencampur salah satu fase dispers dengan emulsifier dan mengocoknya hingga sempurna (hasil lebih baik) Mencampur dengan dispers medium lainnya kemudian mengocoknya secara bersama-sama atau menambah sedikit demi sedikit sambil mengaduknya (hasil lebih baik)

Cara menstabilkan dua fasa

Pemecahan emulsi (misalnya untuk pembuatan keju) Merusak emulsifier, dengan menambah zat kimia yang dapat bereaksi dengan emulsifier. Contoh : emulsifier sabun pada emulsi minyak dalam air dapat dirusak oleh logam berat Merobek film emulsifier, merusak lapisan pelindung emulsifier dengan cara mekanik (sentrifuge) dan fisika (pemanasan, pembekuan)

Penggunaan emulsi Untuk mengencerkan, zat tidak larut dalam air dapat diemulsikan dalam air dengan penambahan air sehingga viskositasnya berkurang (obat) Memperbesar luas permukaan, dengan mengemulsikan suatu zat luas permukaan partikel koloid bertambah (emulsi bahan kecantikan memudahkan penetrasi ke kulit) Mengubah sifat, contohnya : emulsi minyak ikan menjadi kurang rasa amisnya, bahan pangan lebih mudah dicerna dan rasanya berubah seperti mayonaise dan susu

C. GEL adalah sol liofil berbentuk setengah padat C. GEL adalah sol liofil berbentuk setengah padat. Ada dua jenis : gel elastis dan non elastis Gel elastis (kenyal) Setelah dihilangkan airnya dapat dibentuk kembali menjadi gel dengan penambahan air Dibuat dengan melarutkan sol liofil dalam air panas Setelah dingin akan terbentuk gel kenyal Contoh : selai, gelatin, agar-agar, amilum atau pektin dalam air

2. Gel non elastis (tak kenyal) Setelah didehidrasi gel ini tidak dapat diubah menjadi gel kembali dengan penambahan air Dehidrasi gel ini menghasilkan bubuk Gel tak kenyal dapat diperoleh dengan mencampurkan larutan garam silikat dengan HCl Contohnya : silika gel Pembentukan gel : Pengendapan sol yang tidak sempurna Perubahannya berlangsung perlahan, partikel koloid bersatu membentuk rantai pendek atau jaringan kontinyu yang saling mengikat, sehingga viskositas sistem naik dan membentuk zat setengah padat

Kegunaan koloid Mengurangi polusi udara Partikel berbahaya dapat digumpalkan menggunakan alat pengendapan Cottrell Asap buangan dimasukkan ke dalam ruangan yang terdapat ujung-ujung tajam yang diberi tegangan tinggi, sehingga elektron berkecepatan tinggi dapat mengionkan molekul udara Partikel asap akan menyerap ion-ion positif yang akan tertarik ke elektroda negatif sehingga mengendap Gas yang keluar akan terbebas dari polutan udara

2. Pembuatan lateks Getah karet merupakan sistem koloid Pada pembuatan lateks getah karet dapat digumpalkan dengan penambahan asam asetat atau asam format Lateks yang dihasilkan dapat dibentuk sesuai cetakan 3. Sebagai deodoran Digunakan bahan penyerap (adsorben) berupa aluminium stearat atau aluminium klorida Jika deodoran digosokkan pada anggota badan, zat ini dapat mengadsorpsi keringat yang menyebabkan bau badan

4. Penjernihan air Air yang keruh karena mengandung partikel-partikel koloid yang tidak diinginkan Misalnya pada air sungai mengandung partikel terdispersi tanah liat di dalam air Sol tanah liat dalam air sungai memiliki muatan negatif, sehingga dapat diendapkan dengan penambahan tawas = KAl(SO4)2 Tawas dapat membentuk koloid Al(OH)3 bermuatan positif yang dapat mengadsorpsi kotoran atau partikel tanah liat, menggumpalkan dan mengendapkannya sehingga air menjadi jernih

5. Sebagai bahan pangan atau obat Bahan pangan atau obat ada yang dikemas dalam bentuk padatan Pemakaian terkadang kurang enak atau sulit ditelan Cara mengatasinya, bahan dikemas dalam bentuk koloid misalnya bentuk gel atau emulsi 6. Sebagai kosmetik Banyak kosmetik yang dikemas dalam bentuk koloid Misalnya body lotion, hand cream

7. Bahan pencuci Sabun atau detergen dapat digunakan untuk membersihkan kotoran pada pakaian Fungsi sabun sebagai pengemulsi minyak dalam air Sabun akan terionisasi dalam air menjadi Na+ dan anion asam lemak Bagian ujung asam lemak yang bermuatan negatif bersifat polar sehingga larut dalam air dan ujung lainnya bersifat non polar dan cenderung larut dalam minyak Kotoran yang berupa tetesan minyak larut dalam air sehingga mudah lepas pada saat pembilasan

8. Menghilangkan kotoran hasil industri Pada industri pembuatan sirup, gula yang digunakan biasanya masih mengandung kotoran sehingga larutannya kelihatan tidak jernih Untuk menghilangkan kotoran tersebut dapat ditambahkan putih telur yang dimasukkan ke dalam larutan gula sambil diaduk, kemudian menggumpal dan mengadsorpsi kotoran Selain putih telur dapat digunakan tanah diatomae atau karbon aktif

selesai