BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
2.1.Deterjen
Suatu deterjen dari bahasa Latin detergere, menyeka adalah molekul yang sama seperti sabun, membentuk missel dalam air dan emulsi lemak dan minyak.
Deterjen sintetis yang biasa sering digunakan adalah natrium alkilbenzenesulfonat, Deterjen mirip dengan sabun yang memiliki sebuah grup ion dan suatu
hidrokarbon berantai panjang tetapi pasti menguntungkan. Ketidak untungan sabun muncul bila digunakan dalam air sadah, yang mengandung kation logam-logam
tertentu seperti Ca, Mg, Ba, Fe, dan Fe. Kation-kation tersebut menyebabkan garam- garam natrium atau kalium dari asam karboksilat yang semula larut menjadi garam-
garam karboksilat yang tidak larut.
5
Rantai alkil sebaiknya tidak bercabang. Alkil benzenasulfonat yang bercabang bersifat tidak dapat didegradasi oleh jasad renik biodegradable. Deterjen ini
mengakibatkan masalah polusi berat pada tahun 1950-an, yaitu berupa buih pada unit- unit penjernihan serta di sungai dan danau-danau. Sejak tahun 1965, digunakan alkil
benzenasulfonat yang tidak bercabang. Deterjen jenis ini mudah didegradasi secara biologis oleh mikroorganisme dan tidak berakumulasi di lingkungan kita.
6
Deterjen pertama kali dikenalkan pada tahun 1933 yang dianggap lebih efektif dalam air sadah. Deterjen memiliki dua kesamaan karakteristik struktur yang
dilakukan oleh sabun:
5
Richey, G.H., 1983. Chemistry. The Pennsylvania State University. New Jersey.
6
http:www.chem-is-try.orgmateri_kimiadefinisi-detergen .
Universitas Sumatera Utara
1. Memiliki suatu rantai panjang, nonpolar, hidrofobik, hidrokarbon, yang mana
larut dalam lemak dan minyak 2.
Mereka memiliki suatu ujung polar dan hidrofilik yang mana larut dalam air.
Sebagian besar deterjen sekarang ini adalah biodegradable. Yang berarti bahwa deterjen tersebut dapat secara cepat dimetabolisme oleh mikroorganisme dalam suatu
kotoran pembuangan tanaman dan tidak dibebaskan kedalam lingkungan. Untuk deterjen yang biodegradable, rantai panjang alkil harus diputus. Deterjen yang
digunakan pada tahun 1950-1960an memiliki rantai bercabang yang tidak biodegradable.
7
Sebagian besar kotoran pada pakaian atau kulit melekat menjadi suatu lapisan tipis dari minyak. Jika lapisan minyak dapat diubah menjadi partikel-partikel kotoran
maka akan mudah dibersihkan. Suatu molekul sabun terdiri dari panjangnya hidrokarbon dimana rantai atom karbon dengan sifat polar atau grup ionik pada
ujungnya. Rantai karbon adalah lipofilik mengikat atau larut dalam lemak dan minyak, dan ujung polarnya adalah hidrofilik mengikat atau larut dalam air. Ketika
sabun tercampur dengan air, akan terbentuk suatu dispersi koloid. Larutan sabun ini terdiri dari agregat molekul sabun yang disebut misel. Ujung nonpolar atau hidrofilik
dari molekul secara langsung menuju pusat micelles ujung molekul yang polar atau hidrofilik membentuk ’permukaan’ dari misel yang hadir pada air. Ekor lipofilik pada
molekul sabun tidak larut dalam minyak. Ujung hidrofilik memperpanjang minyak jatuh ke dalam air.
8
7
Bailey, S.P,. 1985. Organic Chemistry. Third edition. California Polytechnic State University.
San Luis Obispo.
8
Hart, H., 1991. Organic Chemistry A Short Course. Eight edition. Houghton Mifflin Company.
Boston.
Universitas Sumatera Utara
Pencucian adalah proses membersihkan suatu permukaan benda padat dengan bantuan larutan pencuci melalui suatu proses kimia-fisika yang disebut deterjenasi.
Sifat utama dari kerja deterjenasi adalah membasahi permukaan yang kotor kemudian melepaskan kotoran. Pembasahan berarti penurunan tegangan muka padatan-cair.
Pencucian pada permukaan atau pelepasan kotoran berlangsung dengan jalan mendispersikan dan mengemulsi kotoran, lalu dengan bantuan aksi mekanik kotoran
menjadi terlepas dari permukaan benda padat. Kotoran padat dapat melekat karena adanya pengaruh: ikatan minyak, gaya listrik statik, dan ikatan hidrogen. Penambahan
sedikit alkali membantu daya deterjensi dari sabun, tetapi dapat mendorong terjadinya hidrolisa. Alkali digunakan untuk menjaga pH larutan. Deterjen cair biasanya
menggunakan bahan pelarut organik sebagai pelengkap dan penambah daya deterjenasi dan diperlukan untuk kotoran-kotoran yang sulit dihilangkan atau
berlemak.
9
2.2.Komponen Penyusun Deterjen
Pada umumnya, deterjen mengandung bahan-bahan berikut:
2.2.1.Builder
Builder adalah suatu bahan yang dapat menambah kerja dari bahan penurun tegangan permukaan dengan cara menonaktifkan mineral penyebab kesadahan air.
Builders digunakan untuk melunakkan air sadah dengan cara mengikat mineral- mineral yang terlarut, sehingga surfaktan dapat berkonsentrasi pada fungsi utamanya.
Builder juga membantu menciptakan kondisi keasaman yang tepat agar proses pembersihan dapat berlangsung lebih baik serta membantu mendispersikan dan
mensuspensikan kotoran yang telah lepas.
9
Schwartz, A.M. 1958. Surface Aktive Agents and Detergents. Interscience Publisher,
Inc, New York
Universitas Sumatera Utara
Dalam pembuatan detergen, builder sering ditambahkan dengan maksud menambah kekuatan daya cuci dan mencegah mengendapnya kembali kotoran-
kotoran yang terdapat pada pakaian yang akan dicuci. Contohnya: Sodium Tri Poli Phosphat STPP, Nitril Tri Acetat NTA, Ethylene Diamine Tetra Acetate EDTA
2.2.2.Filler
Filler pengisi adalah bahan tambahan deterjen yang tidak mempunyai kemampuan meningkatkan daya cuci, tetapi menambah kuantitas Bahan ini berfungsi
sebagai pengisi dari seluruh campuran bahan baku. Pemberian bahan ini berguna untuk memperbanyak atau memperbesar volume. Keberadaan bahan ini dalam
campuran bahan baku sabun semata-mata ditinjau dari aspek ekonomis. Namun selain digunakan sebagai pembantu proses, bahan pengisi ini juga berfungsi meningkatkan
kekuatan ionik dalam larutan pencuci. Contoh Sodium sulfat, sodium klorida.
2.2.3.Aditif
Aditif adalah bahan suplemen tambahan untuk membuat produk lebih menarik, misalnya pewangi, pelarut, pemutih, pewarna dst, tidak berhubungan
langsung dengan daya cuci deterjen. Additives ditambahkan lebih untuk maksud komersialisasi produk. Contoh : Enzim, Boraks, Sodium klorida, Carboxy Methyl
Cellulose CMC.
2.2.4.Surfaktan
Surfaktan surface active agent merupakan zat aktif permukaan yang sekaligus memiliki gugus hidrofilik dan gugus lipofilik sehingga dapat
mempersatukan campuran yang terdiri dari air dan minyak. Aktifitas surfaktan diperoleh karena sifat ganda dari molekulnya. Molekul surfaktan memiliki bagian
polar yang suka akan air hidrofilik dan bagian non polar yang suka akan minyaklemak lipofilik. Bahan aktif ini berfungsi menurunkan tegangan permukaan
air sehingga dapat melepaskan kotoran yang menempel pada permukaan bahan.
10
10
http: wordpress.com20100828surfaktant-deterjen-sabun-revisi
Universitas Sumatera Utara
ekor hidrofobik ekor
hidrofilik
Gambar.2.1. Lambang umum untuk suatu surfaktan 2.2.4.1. Pembagian Surfaktan
a. Surfaktan anionik
Surfaktan anionik merupakan surfaktan dengan bagian aktif pada permukaannya mengandung muatan negatif. Contoh dari jenis surfaktan anionik adalah Linier Alkil
Benzene Sulfonat LAS, Alkohol Sulfat AS, Alkohol Eter Sulfat AES, Alpha Olefin Sulfonat AOS.
SO
3 -
Na
+
Gambar 2.2. Struktur Linier Alkilbenzen Sulfonat
b. Surfaktan kationik
Surfaktan ini merupakan surfaktan dengan bagian aktif pada permukaannya mengandung muatan positif. Surfaktan ini terionisasi dalam air serta bagian aktif pada
permukaannya adalah bagian kationnya. Contoh jenis surfaktan ini adalah ammonium kuarterner.
c. Surfaktan nonionik
Surfaktan yang tidak terionisasi di dalam air adalah surfaktan nonionik yaitu surfaktan dengan bagian aktif permukaanya tidak mengandung muatan apapun, contohnya:
alkohol etoksilat, polioksietilen R-OCH
2
CH.
Universitas Sumatera Utara
d. Surfaktan ampoterik
Surfaktan ini dapat bersifat sebagai non ionik, kationik, dan anionik di dalam larutan, jadi surfaktan ini mengandung muatan negatip maupun muatan positip pada bagian
aktif pada permukaannya. Contohnya: Sulfobetain RN
+
CH
3 2
CH
2
CH
2
SO
3 -
. Surfaktan-surfaktan menurunkan tegangan permukaan air dengan mematahkan
ikatan-ikatan hidrogen pada permukaan. Mereka melakukan ini dengan menaruh kepala-kepala hidrofiliknya pada permukaan air dengan ekor-ekor hidrofobiknya
terentang menjauhi permukaan air.
11
2.3.Koloid
Koloid merupakan dispersi partikel kecil dari suatu material ke dalam material lain. “kecil” berarti diameternya kurang dari 500 nm sekitar panjang gelombang
sinar. Secara umum, partikel itu merupakan kumpulan dari sejumlah atom atau molekul, tetapi terlalu kecil untuk dilihat dengan mikroskop optik biasa. Partikel ini
melewati kertas saring, tetapi dapat dideteksi dengan hamburan sinar, sedimentasi dan osmosis.
Nama yang diberikan kepada koloid bergantung pada kedua fasa yang terlibat. Sol adalah disperse padatan dalam cairan seperti kumpulan atom panas dalam air
atau padatan dalam padatan seperti kaca rubi, yang merupakan sol emas dalam kaca, dan mendapatkan warnanya karena hamburan. Aerosol merupakam dispersi cairan
dalam gas seperti kabut dan padatan dalam gas seperti asap; partikelnya seringkali cukup besar untuk dilihat dengan mikroskop. Emulsi merupakan disperi cairan dalalm
cairan seperti susu.
12
11
Myers, D. 2006. Surfactant Science and Technology. New Jersey : Jhon Wiley
and Son, Inc.
Universitas Sumatera Utara
12
Atkins, P.W. 1996. Kimia Fisik. Jilid 2. Erlangga. Jakarta.
2.3.1.Pembagian Koloid
Berdasarkan cara pembentukannya koloid dibedakan menjadi koloid disperse, koloid
asosiasi dan koloid makromolekul.
1. 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: disperse koloid emas Au dan Belerang S 2.
Koloid asosiasi, yaitu kolid 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 deterjen.
3.
Koloid Makromolekul, yaitu koloid yang terbentuk dari molekul tunggal yang sangat besar makromolekul, contoh: protein dan polimer tinggi sepereti karet
dan plastik. Partikel-partikel suatu zat senantiasa bergerak. Gerakan tersebut dapat bersifat
acak seperti pada zat cair dan gas, atau hanya bervibrasi di tempat seperti pada zat padat. Untuk sistem koloid dengan medium pendispersi zat cair atau gas, pergerakan
partikel-partikel akan menghasilkan tumbukan dengan partikel-partikel koloid itu sendiri. Tumbukan tersebut berlangsung dari segala arah. Oleh karena ukuran partikel
cukup kecil, maka tumbukan yang terjadi cenderung tidak seimbang. Sehingga terdapat suatu resultan tumbukan yang menyebabkan perubahan arah gerak partikel
sehingga terjadi gerak zigzag atau gerak Brown. Semakin kecil ukuran partikel koloid, semakin cepat gerak Brown terjadi.
Demikian pula, semakin besar ukuran partikel kolopid, semakin lambat gerak Brown yang terjadi. Hal ini menjelaskan mengapa gerak Brown sulit diamati dalam larutan
dan tidak ditemukan dalam zat padat suspensi.
Universitas Sumatera Utara
Gerak Brown juga dipengaruhi oleh suhu. Semakin tinggi suhu sistem koloid, maka semakin besar energi kinetik yang dimiliki partikel-partikel medium
pendispersinya. Akibatnya, gerak Brown dari partikel-partikel fase terdispersinya semakin cepat. Demikian pula sebaliknya, semakin rendah suhu sistem koloid, maka
gerak Brown semakin lambat
2.4.Kegunaan Koloid pada Bahan Pencuci
Larutan pencuci atau deterjen dapat digunakan untuk membersihkan kotoran pada pakaian. Fungsi dari zat ini adalah sebagai pengemulsi minyak dalam air. Sabun
akan terionisasi dalam air menjadi Na
+
dan anion asam lemak. Bagian ujung lemak yang bermuatan negatip bersifat polar sehingga larut dalam air dan ujung lainnya
bersifat non polar dan cenderung larut dalam minyak. Hal ini menyebabkan kotoran yang berupa tetesan-tetesan minyak larut dalam air sehingga mudah lepas pada saat
pembilasan.
2.5.Tegangan Permukaan
Permukaan zat cair mempunyai sifat ingin meregang, sehingga permukaannya seolah-olah ditutupi oleh suatu lapisan yang elastis. Hal ini disebabkan adanya gaya
tarik menarik antara partikel sejenis di dalam zat cair sampai ke permukaan. Di dalam cairan, tiap molekul ditarik oleh molekul lain yang sejenis di
dekatnya dengan gaya yang sama ke segala arah. Akibatnya tidak terdapat sisa resulton gaya yang bekerja pada masing-masing molekul. Pada permukaan cairan,
tiap molekul ditarik oleh molekul sejenis di dekatnya dengan arah hanya kesamping dan ke bawah, tetapi tidak ditarik oleh molekul di atasnya karena diatas permukaan
cairan berupa fase uapudara dengan jarak antara molekul sangat renggang.
Universitas Sumatera Utara
Akibatnya terdapat perbedaan gaya tarik, sehingga ada sisa gaya yang bekerja pada lapisan atas cairan. Gaya tersebut mengarah ke bawah karena molekul di bawah
permukaan cairan jumlahnya lebih banyak dan jarak antara molekul lebih rapat. Adanya gaya atau tarikan ke bawah menyebabkan permukaan cairan berkontraksi dan
berada dalam keadaan tegang. Tegangan ini disebut dengan tegangan permukaan. Adanya tegangan permukaan menyebabkan permukaan cairan sepereti ditutupi
oleh hamaparan selaput yang elastis, sehingga mampu menahan suatu benda untuk terapung. Selain itu, akibat adanya tegangan permukaan zat cair selalu berusaha untuk
menyusut atau mendapatkan luas permukaan terkecil karena bentuk ini dianggap mempunyai energi yang paling rendah paling stabil. Bentuk yang paling memenuhi
keadaan ini adalah bujur telursferik. Sifat cenderung untuk memperkecil luas permukaan inilah yang menyebabkan tetesan-tetesan cairan berbentuk bulat
Fenomena lain yang berhubungan dengan tegangan permukaan adalah terbentuknya meniscus apabila cairan dimasukkan ke dalam tabung reaksi. Air yang
membasahi dinding kapiler dan akan naik sehingga lebih tinggi daripada permukaan air sekitarnya, spons yang dapat menyerap air ataupun air yang dapat meresap ke
dalam tanah merupakan beberapa contoh yang menunjukkan bahwa tegangan permukaan itu memang ada.
13
Tegangan permukkan γ suatu cairan dapat didefinisikan sebagai banyaknya
kerja yang dibutuhkan untuk memperluas permukaan cairan sebanyak satu satuan luas. Pada satuan cgs,
γ dinyatakan dalam erg cm
-2
atau dyne cm
-1
. Dalam satuan SI, γ
dinyatakan dalam N m
-1
. Kedua besaran tadi saling berhubungan berdasarkan hubungan 1 dyne cm
-1
= 10
-3
N m
-1
.
14
13
Yazid. E. 2005. Kimia Fisika Untuk Paramedis. Penerbit Andi Offset. Yogyakarta.
14
Dogra, S. K. 1990. Kimia Fisik dan Soal-Soal. Cetakan Pertama. UI-Press. Jakarta
Universitas Sumatera Utara
2.5.1.Faktor-faktor yang Mempengaruhi Tegangan Permukaan
Tegangan permukaan cairan γ, berbeda-beda bergantung pada jenis cairan dan
suhu. Pada umumnya cairan yang memiliki gaya tarik antara molekulnya besar seperti air, maka tegangan permukaannya juga besar. Sebaliknya pada cairan seperti bensin
karena gaya tarik antara molekulnya kecil, maka tegangan permukaannya juga kecil. Perubahan pada temperatur menyebabkan suatu perubahan dalam tegangan
permukaan suatu cairan. Ketika temperature dinaikkan, ada peningkatan energi kinetic dari molekul cairan KE
∞T dimana molekul-molekul cairan bergerak lebih cepat dan pengaruh interaksi antara molekul berkurang sehingga tegangan permukaannya
menurun atau adanya penurunan gaya intermolecular. Ini menghasilkan penurunan pada fungsi tekanan kedalam pada permukaan dari cairan. Dengan kata lain tegangan
permukaan menurun dengang meningkatnya temperatur.
15
Adanya zat terlarut pada cairan dapat menaikkan atau menurunkan tegangan permukaan tergantung sifat zat teralarutnya. Zat terlarut dengan susunan kimia sama
hampir tidak berpengaruh. Untuk air adanya elektrolit anorganik dan non elektrolit tertentu seperti sukrosa dan gliserin menaikkan tegangan permukaan. Sedangkan
adanya zat-zat sepereti sabun, detergen dan alcohol adalah efektif dalam menurunkan tegangan permukaan atau tegangan antara muka. Zat ini sering disebut dengan surface
active agents atau surfaktan. Penurunan tegangan permukaan oleh sabun menyebabkan perlusan film air
dengan pembentukan gelembung atau busa. Ada hubungan antara besar kecilnya tegangan permukaan cairan dengan kemampuannya untuk membasahi benda. Makin
kecil nilai γ suatu cairan, makin besar kemampuan cairan tersebut membasahi benda.
.
15
Bahl, B.S., 1994. Essentials of Physical Chemistry. S.Chand Company LTD. New Delhi
Universitas Sumatera Utara
Hubungan ini banyak dimanfaatkan dalam kehidupan sehari-hari; misalanya unutk menghasilkan cucian pakaian agar lebihi bersih dapat digunakan air panas atau air
sabun. Keduanya dapat menurunkan γ air,sehingga meningkatkan kemampuapn air
membasahi kotoran pakaaian. Akibatnya kotoran mudah larut dan terbawa oleh air pada saat pembilasan. Alcohol dan antiseptic yang dipakai mengobati luka selain
memiliki daya bunuh kuman yang baik juga memiliki γ yang rendah, sehingga dapat
membasahi seluruh permukaan luka.
16
2.5.2.Pengukuran Tegangan Permukaan 2.5.2.1.Metode Kenaikan Pipa Kapiler
Tegangan permukaan yang dapat diukur selain antara permukaan cairan dan gas, juga tegangan permukaan antara suatu cairan dengan cairan lain.
Cara yang paling sederhana dan mudah adalah dengan menggunkan metode kapiler. Pada metoda ini, sebuah tabung kapiler yang bersih dengan jari-jari
diamasukkan ke dalam cairan yang akan diukur tegangan permukaannya. Permukaan cairan akan naik sampai gaya gravitasi sama dengan gaya ke atas yang disebabkan
tegangan permukaan.
17
Pada gambar 2.4 ditunjukkan suatu pipa kapiler kaca dimasukkan kedalam suatu wadah berisi air yang akan ditentukan. Semua cairan yang membasahai gelas akan
naik ke dalam pipa, dan inilah kenaikan pipa kapiler yang dapat digunakan untuk menentukan tegangan permukaaan.
16
Yazid, E, Op Cit.
17
Bird, T. 1985. Kimia Fisik Untuk Universitas. P.T. Gramedia. Jakarta.
Universitas Sumatera Utara
Gambar2.3. Proses Kenaikan Cairan pada Pipa Kapiler
Kenaikan cairan dapat dimengerti jika ini diasumsikan bahwa film tipis diadsorbsi dari cairan yang ada dalam dinding kapiler. Supanya mengurangi total area
permukaan, cairan manaiki pipa. Kesetimbangan dicapai ketika energi bebas pada keadaan minimum, dengan kata lain kenaikan dapat mengeluarkan energy bebas yang
berlebih ke dalam kerja yang tersusun pada kolom cairan yang disimpan dengan penurunan tegangan permukaan.
Penurunan pada area permukaan yang dihasilkan dari kenaikan cairan dengan suatu jumlah dl adalah 2
πr dl, dan hubungan penurunan dalam energy permukaan adalah: dG
energy permukaan
= γ d A
= γ 2 π r dl
Pengeluaran energy bebas dalam kenaikan suatu jumlah cairan dengan volume π r
2
dl dan densitas
ρ terhadap tinggi l adalah: dG
gravitasi
= π r
2
dl ρ gl
ketika kolom cairan telah dinaiki pada kapiler hingga mencapai tinggi yang setimbang, kedua energy bebas setimbang, sehingga:
18
Universitas Sumatera Utara
γ 2πr dl =
πr
2
dl ρgl
dan: γ =
2.5.2.2.Metode Cincin du NuOy
Prinsip dari Metode cincin du Nouy bergantung pada kenyataan bahwa gaya yang diperlukan untuk melepaskan suatu cincin platina-iridium yang dicelupkan pada
permukaan adalah sebanding dengan tegangan permukaan atau tegangan antarmuka. Gaya yang diperlukan untuk melepaskan cincin dengan cara ini diberikan oleh suatu
kawat spiral dan dicatat dalam suatu dyne pada suatu penunjuk yang dikalibrasi.
19
Gambar 2.4. Tensiometer Du Nuoy
cincin keliling
x dyne
dalam dial
pembacaan 2
x faktor koreksi
18
Borrow, G.M., 1961. Physical Chemistry. Mc Graw Hill Book Company,Inc. New York.
19
Martin,A., 1993, Farmasi Fisik, Penerbit Universitas Indonesia, Jakarta
2.5.2.3. Metode Tekanan Gelembung Maksimum
Universitas Sumatera Utara
Pertama tekanan dikenakan, jari-jari gelembung sangat besar, sementara gelembung itu mengembang, jari-jarinya akan semakin kecil sampai mencapai nilai
minimum. Pada keadaan ini jari-jari gelembung sama dengan jari-jari tabung gelas. Bila tekanan terus dinaikkan, jari-jari gelembung akan membesar kembali sampai
akhirnya gelembung itu lepas dari tabung gelas dan naik ke permukaan cairan. Tekanan maksimum diperoleh pada saat jari-jari minimum.
Tekanan maksimum ini bukan hanya disebabkan perbedaan tekanan pada kedua sisi gelembung, tetapi juga disebabkan oleh karena adanya tekanan hidrostatik
yang bergantung pada ketinggian tabung gelas dalam cairan. Jadi tekanan maksimum yang terbaca pada manometer:
ΔP
maks
= + g h
ρ – ρ
Dimana: r : jari-jari tabung
h: jarak ujung tabung gelas dari permukaan cawan ρ: densitas larutan
ρ : densitas uap cairan biasanya diabaikan karena
ρ ρ
20
Danill, F., 1956. Experimental Physical Chemistry. Sixth Edition. McGraw Hill Book Company,Inc.
New York.
Universitas Sumatera Utara
BAB 3 BAHAN DAN METODE PENELITIAN