fenomena antarmuka

www.youtube.com

Ringkasan Singkat

Video ini membahas tentang fenomena antarmuka dalam farmasi fisik, meliputi tegangan permukaan, energi bebas permukaan, metode pengukuran tegangan permukaan, adsorpsi, dan aplikasi surfaktan. Pemahaman konsep-konsep ini penting dalam formulasi obat dan stabilitas sediaan farmasi.

Antarmuka terjadi antara fase yang berbeda (gas, cair, padat).
Tegangan permukaan dan antar muka memengaruhi sifat fisik cairan.
Adsorpsi penting dalam formulasi dan aksi obat.
Surfaktan digunakan untuk menurunkan tegangan permukaan dan meningkatkan stabilitas sediaan.

Pendahuluan

Materi kuliah Farmasi Fisik kali ini membahas tentang fenomena antarmuka, yang merupakan topik penting karena fisika mendasari semua aspek farmasi.

Antarmuka Cairan

Antarmuka cairan terjadi antara fase cair dan fase gas (uap). Gaya tarik menarik antar molekul pada permukaan cairan berbeda dengan molekul di dalam cairan. Molekul di dalam cairan memiliki gaya tarik ke segala arah, sedangkan molekul di permukaan memiliki gaya tarik yang terbatas. Tegangan permukaan divisualisasikan sebagai gaya yang menarik beban pada sisi tebing secara horizontal.

Jenis-Jenis Antarmuka

Antarmuka terjadi ketika fase-fase yang berbeda berada dalam lingkungan yang sama. Beberapa jenis antarmuka meliputi: gas-cair (permukaan cairan), gas-padat (permukaan padat), cair-cair (emulsi), cair-padat (suspensi), dan padat-padat (pada sediaan solid). Gaya kohesif terjadi antara molekul-molekul yang berdekatan dalam keadaan cair. Molekul di permukaan hanya dapat mengembangkan gaya tarik kohesif dengan molekul cair lain di bawah atau samping mereka, serta gaya adhesif dengan molekul fase lain.

Tegangan Permukaan dan Antar Muka

Tegangan permukaan adalah gaya per satuan panjang yang diberikan sejajar pada permukaan untuk mengimbangi tarikan ke dalam. Tegangan antar muka adalah gaya per satuan panjang pada antar muka dua fase cair yang tidak bercampur. Tegangan antar muka biasanya lebih rendah dari tegangan permukaan karena gaya adhesi antara dua fase cair lebih besar daripada antara fase cair dan gas. Jika dua cairan bercampur sempurna, tidak ada antarmuka yang terjadi.

Skema Tegangan Permukaan

Tegangan permukaan dapat digambarkan sebagai lapisan film balon yang ditarik menggunakan kawat dengan panjang L dan beban. Persamaan tegangan permukaan adalah γ = F/2L, di mana γ adalah tegangan permukaan, F adalah gaya, dan L adalah panjang batang yang digerakkan. Contoh soal diberikan untuk menghitung tegangan permukaan larutan sabun.

Energi Bebas Permukaan

Energi bebas permukaan adalah kerja yang dilakukan dalam memperbesar luas permukaan. Persamaan energi bebas permukaan adalah DW = γ * DA, di mana DW adalah perubahan energi bebas, γ adalah tegangan permukaan, dan DA adalah perubahan luas permukaan. Contoh soal diberikan untuk menghitung kerja yang dibutuhkan untuk menarik kawat ke bawah.

Perbedaan Tekanan Antara Dua Lengkungan Antarmuka

Tinjau sebuah gelembung sabun dengan jari-jari R. Total energi bebasnya adalah W = 4πγR². Perubahan energi bebas permukaan sama dengan 8πγdR. Perubahan tekanan (ΔP) antara kedua lengkungan dinding gelembung dapat dihitung dengan ΔP = 2γ/R. Jika jari-jari gelembung mengecil, tekanan udara di dalam relatif bertambah terhadap tekanan udara luar.

Metode Pengukuran Tegangan Permukaan

Ada dua metode utama untuk mengukur tegangan permukaan: metode kenaikan kapiler dan metode Du Noüy ring. Metode kenaikan kapiler melibatkan pengukuran ketinggian cairan yang naik dalam pipa kapiler. Metode Du Noüy ring mengukur gaya yang diperlukan untuk melepaskan cincin platina iridium dari permukaan cairan.

Kerja Adesi dan Kohesi

Kerja adesi (Wa) adalah energi yang dibutuhkan untuk mematahkan tarik menarik antara molekul-molekul tidak sejenis. Kerja kohesi (Wc) adalah energi yang diperlukan untuk memisahkan molekul-molekul cairan sejenis. Penyebaran minyak di atas permukaan air terjadi jika kerja adesi lebih besar dari kerja kohesi. Koefisien sebar (S) dihitung dengan S = Wa - Wc.

Adsorpsi pada Antarmuka Cairan

Adsorpsi adalah proses penyerapan molekul pada permukaan, sedangkan absorpsi adalah penyerapan ke dalam seluruh volume. Molekul dan ion yang diadsorpsi pada antarmuka menghasilkan zat aktif permukaan (surfaktan). Molekul asam lemak pada air dan udara memiliki orientasi tertentu, dengan kepala hidrofilik menghadap air dan ekor lipofilik menghadap udara.

Sistem HLB (Hydrophilic-Lipophilic Balance)

Sistem HLB adalah ukuran keseimbangan hidrofilik-lipofilik surfaktan. Semakin tinggi nilai HLB, semakin hidrofilik senyawa tersebut. Nilai HLB digunakan untuk menentukan efisiensi optimum surfaktan dalam berbagai aplikasi, seperti solubilisasi, deterjensi, dan emulsifikasi. Contoh perhitungan nilai HLB untuk emulsi minyak dalam air diberikan.

Jenis-Jenis Lapisan Tunggal pada Permukaan Cair

Bahan yang diadsorpsi dapat membentuk lapisan tunggal larut atau film tidak larut. Amfifil pada konsentrasi tertentu membentuk misel berukuran koloid. Adsorpsi pada antarmuka cairan penting dalam aktivitas antibakteri dan pembentukan busa.

Konsentrasi Misel Kritis (CMC)

Konsentrasi misel kritis (CMC) adalah konsentrasi di mana misel mulai terbentuk dalam larutan. CMC dapat ditentukan dengan memplot tegangan permukaan terhadap log konsentrasi surfaktan.

Adsorpsi pada Antarmuka Padatan

Adsorpsi pada antarmuka padatan dapat terjadi dari fase cair maupun gas. Prinsip ini digunakan dalam masker gas, penentuan ukuran partikel, kromatografi, dan penghilangan warna larutan. Adsorpsi dapat berupa fisika (reversibel) atau kimia (ireversibel).

Isoterm Adsorpsi

Isoterm adsorpsi menggambarkan hubungan antara jumlah gas yang diadsorpsi pada padatan dan tekanan pada temperatur konstan. Alat untuk mengukur isoterm adsorpsi melibatkan neraca dalam sistem vakum.

Antarmuka Padatan-Cairan

Antarmuka padatan-cairan penting dalam formulasi obat. Adsorpsi molekul zat terlarut dari larutan dapat dianalogikan dengan adsorpsi molekul pada antarmuka padat-gas. Contohnya, atapulgit lebih baik dalam mengadsorpsi toksin difteri dibandingkan kaolin.

Agen Pembasah (Wetting Agent)

Agen pembasah (surfaktan) menurunkan sudut kontak dan memindahkan fase udara pada permukaan, menggantikannya dengan fase cair. Usaha untuk menurunkan sudut kontak dapat dihitung dengan persamaan tertentu. Aplikasi agen pembasah meliputi deterjen dan surfaktan paru.