SURFAKTAN
A. DEFINISI SURFAKTAN
Surfaktan
merupakan bahan aktif permukaan. Surfaktan ini memiliki gugus hidrofilik dan
gugus hidrofobik 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 minyak/lemak (hidrofobik). Bagian polar molekul
surfaktan dapat bermuatan positif, negatif atau netral. Sifat rangkap ini yang
menyebabkan surfaktan dapat diadsorbsi pada antar muka udara-air, minyak-air
dan zat padat-air, membentuk lapisan tunggal dimana gugus hidrofilik berada
pada fase air dan rantai hidrokarbon ke udara, dalam kontak dengan zat padat
ataupun terendam dalam fase minyak. Umumnya bagian non polar (hidrofobik)
adalah merupakan rantai alkil yang panjang ”ekor”, sementara bagian yang polar
(hidrofilik) mengandung gugus hidroksil dan nampak sebagai “kepala” surfaktan.
Representasi surfaktan ditunjukan paga Gambar 1 di bawah ini.
Gambar 2. Representasi struktur
surfaktan
Gugus
hidrofilik pada surfaktan bersifat polar dan mudah bersenyawa dengan air,
sedangkan gugus hidrofobik bersifat non polar dan mudah bersenyawa dengan
minyak. Pada suatu molekul surfaktan, salah satu gugus harus lebih dominan
jumlahnya. Molekul-molekul surfaktan akan diadsorpsi lebih kuat oleh air
dibandingkan dengan minyak apabila gugus polarnya yang lebih dominan. Hal ini
menyebabkan tegangan permukaan air menjadi lebih rendah sehingga mudah menyebar
dan menjadi fase kontinyu. Sebaliknya, apabila gugus non polarnya lebih
dominan, maka molekul-molekul surfaktan tersebut akan diadsorpsi lebih kuat
oleh minyak dibandingkan dengan air. Akibatnya tegangan permukaan minyak
menjadi lebih rendah sehingga mudah menyebar dan menjadi fase kontinyu.
Penambahan
surfaktan dalam larutan akan menyebabkan turunnya tegangan permukaan larutan.
Setelah mencapai konsentrasi tertentu, tegangan permukaan akan konstan walaupun
konsentrasi surfaktan ditingkatkan. Bila surfaktan ditambahkan melebihi
konsentrasi ini maka surfaktan mengagregasi membentuk misel. Konsentrasi
terbentuknya misel ini disebut critical micelle concentration (cmc).
Tegangan permukaan akan menurun hingga cmc tercapai. Setelah cmc tercapai,
tegangan permukaan akan konstan yang menunjukkan bahwa antar muka menjadi jenuh
dan terbentuk misel yang berada dalam keseimbangan dinamis dengan monomernya.
Pada
konsentrasi kritik misel terjadi penggumpalan atau agregasi dari
molekul-molekul surfaktan membentuk misel. Misel biasanya terdiri dari 50
sampai 100 molekul asam lemak dari sabun Sifat-sifat koloid dari larutan
elektrolit natrium dedosil sulfat dapat dilihat pada Gambar 2.
Gambar 2 Sifat koloid pada natrium dodesil sulfat
Ada
beberapa faktor yang mempengaruhi nilai cmc, untuk deret homolog surfaktan
rantai hidrokarbon, nilai cmc bertambah 2x dengan berkurangnya satu atom C
dalam rantai. Gugus aromatik dalam rantai hidrokarbon akan memperbesar nilai
cmc dan juga memperbesar kelarutan. Adanya garam menurunkan nilai cmc surfaktan
ion. Penurunan cmc hanya bergantung pada konsentrasi ion lawan, yaitu makin
besar konsentrasinya makin turun cmc-nya.Secara umum misel dibedakan menjadi
dua, yaitu: struktur lamelar dan sterik seperti telihat pada Gambar 3.
Gambar 3 Struktur misel (a) sterik
dan (b) lamellar
Karena pada cmc terjadi penggumpalan
dari molekul surfaktan, maka cara penentuan cmc dapat menggunakan cara-cara
penentuan besaran fisik yang menunjukkan perubahan dari keadaan ideal menjadi
tak ideal. Di bawah cmc larutan menjadi bersifat ideal. Sedangkan diatasnya cmc
larutan bersifat tak ideal. Besaran fisik yang dapat digunakan ialah tekanan
osmosa, titik beku larutan, hantaran jenis atau hantaran ekivalen, kelarutan
solubilisasi, indeks bias, hamburan cahaya, tegangan permukaan, dan tegangan
antarmuka.
B.
JENIS-JENIS SURFAKTAN
Surfaktan
dibagi menjadi empat kelompok penting dan digunakan secara luas pada hampir
semua sektor industri modern. Jenis-jenis surfaktan tersebut adalah surfaktan
anionik, surfaktan kationik, surfaktan nonionik dan surfaktan amfoterik (Rieger
1985). Pembagian jenis-jenis surfaktan tersebut dapat dijelaskan sebagai
berikut:
·
Surfaktan
anionik.
Surfaktan ini memiliki kepala yang bermuatan negatif. Surfaktan
jenis ini banyak digunakan pada industri laundri dan juga efektif dimanfaatkan
dalam proses perbaikan atau perawatan tanah yang tercemar minyak dan senyawa
hidrofobik lainnya. Surfaktan ini dapat bereaksi dalam air cucian dengan ion
air sadah bermuatan positif seperti kalsium dan magnesium. Reaksi ini
menyebabkan deaktifasi parsial pada surfaktan. Semakin banyak ion kalsium atau
magnesium di dalam air maka makin banyak pula surfaktan anionik yang akan
dideaktifasi.
Surfaktan anionik yang banyak digunakan adalah senyaw alkil
sulfat, alkil etoksilat dan sabun. Gambar 4 menunjukkan beberapa contoh
surfaktan anionik.
Gambar 4 Contoh surfaktan anionic
·
Surfaktan
kationik
Surfaktan jenis ini memiliki kepala
yang bermuatan positif di dalam air. Terdapat tiga kategori surfaktan kationik
jika didasarkan pada spesifikasi aplikasinya, yakni:
a. Pada industri pelembut dan deterjen,
surfaktan kationik menybabkan terjadinya kelembutan. Penggunaan utamanya adalah
pada produk-produk laundri sebagai pelembut. Salah satu contoh surfaktan
kationik adalah esterquat.
b. Pada laundri deterjen, surfaktan
kationik (muatan positif) meningkatkan packing molekul surfaktan anionik
(muatan negatif) pada antarmuka air. Contoh surfaktan ini adalah surfaktan dari
sistem mono alkil kuartener.
c. Pada pembersih rumah dan kamar
mandi, surfaktan kationik sebagai agen disinfektan.
Contoh-contoh surfaktan kationik
ditampilkan pada Gambar 5.
Gambar 5 Contoh surfaktan kationik.
·
Surfaktan
nonionic
Surfaktan ini tidak memiliki muatan,
sehingga menjadi penghambat bagi dekativasi kesadahan air. Kebanyakan surfaktan
nonionik berasal dari ester alkohol lemak. Contoh surfaktan ini adalah ester
gliserin asam lemak dan ester sorbitan asam lemak. Gambar 6 menunjukkan
representasi surfaktan nonionik.
Gambar 6 Representasi surfaktan
nonionik.
·
Surfaktan
amfoter/zwiterionik
Surfaktan ini memiliki muatan
positif dan negatif. Ia dapat berupa anionik, kationik atau ninionik dalam
suatu larutan tergantung pada pH air yang digunakan. Surfaktan ini bisa terdiri
dari dua gugus muatan dengan tanda yang berbeda. Contoh dari surfaktan amfoter
adalah alkil betain seperti ditunjukkan pada Gambar 7.
Gambar 7 Contoh surfaktan amfoter
C.
Sifat Larutan Yang
Mengandung Surfaktan
·
Larutan surfaktan dalam air menunjukkan perubahan sifat fisik yang
mendadak pada daerah konsentrasi yang tertentu. Perubahan yang mendadak ini
disebabkan oleh pembentukan agregat atau penggumpalan dari beberapa molekul
surfaktan menjadi satu, yaitu pada konsentrasi kritik misel (CMC) .
·
Pada konsentrasi kritik misel terjadi penggumpalan atau agregasi dari
molekul-molekul surfaktan membentuk misel.
·
Ada
beberapa faktor yang mempengaruhi nilai cmc, untuk deret homolog surfaktan
rantai hidrokarbon, nilai cmc bertambah 2x dengan berkurangnya satu atom C
dalam rantai. Gugus aromatik dalam rantai hidrokarbon akan memperbesar nilai
cmc dan juga memperbesar kelarutan. Adanya garam menurunkan nilai cmc surfaktan
ion. Penurunan cmc hanya bergantung pada konsentrasi ion lawan, yaitu makin
besar konsentrasinya makin turun cmc-nya.
D.
Mekanisme
Kerja Surfaktan
Pada aplikasinya sebagai bahan
pembersih untuk material kain, tanah dan sejenisnya, surfaktan dapat bekerja
melalui tiga cara yang berbeda, yakni roll up, emulsifikasi dan solubilisasi.
a. Roll up
Pada mekanisme ini, surfaktan
bekerja dengan menurunkan tegangan antarmuka antara minyak dengan kain atau
material lain yang terjadi dalam larutan berair.
b. Emulsifikasi
Pada mekanisme ini
surfaktanmenurunkan tegangan antarmuka minyak-larutan dan menyebabkan proses
emulsifikasi terjadi.
c. Solubilisasi
Melalui interaksi dengan misel dari
surfaktan dalam air (pelarut), senyawa secara simultan terlarut dan membentuk
larutan yang stabil dan jernih.
Mekanismenya roll up dan
emulsifikasi terdapat pada Gambar 8.
Gambar 8 Mekanisme kerja surfaktan
(a) roll up dan (b) emulsifikasi
·
Contoh Soal 1:
Sebuah surfaktan yang mempunyai
harga HLB 8 akan digunakan sebagai emulsifier untuk emulsi minyak pada lanolin.
Sarankan minimal 2 campuran surfaktan yang harus digunakan oleh seorang ahli
kimia dengan minimal harus menggunakan cetyl alcohol 10%.
·
Jawaban:
Sebuah surfaktan yang mempunyai harga HLB 8 akan digunakan sebagai emulsifier
untuk emulsi minyak pada lanolin. Jika dibuthkan minimal 2 campuran surfaktan
yang harus digunakan oleh seorang ahli kimia dengan minimal harus menggunakan
cetyl alcohol 10%, maka campurannya harus dihitung berdasarkan nilai HLB
masing-masing surfaktan dan fraksinya dalam campuran tersebut.
HLB merupakan singkatan dari Hydrophile-Lipophile Balance,
merupakan perbandingan bagian yang larut oleh minyak dan larut oleh air dari
suatu molekul. Sistem ini sebenarnya dikembangkan untuk prosuk teretoksilasi.
Semakin tinggi nilai HLB maka akan semakin besar kelarutannya pada air. Tabel
di bawah ini menunjukkan pendekatan nilai HLB untuk surfaktan sebagai fungsi
kelarutan dalam air.
Kelarutan di Air
|
Nilai HLB
|
Deskripsi
|
Tak larut
|
4 - 5
|
Pengemulsi W/O
|
Terdispersi sedikit (seperti susu)
|
6 - 9
|
Agen pembasah
|
Tembus cahaya sampai jernih
|
10 - 12
|
Deterjen
|
Sangat larut
|
13 – 18
|
Pengemulsi O/W
|
Terdapat dua jenis utama emulsi pada sistem HLB, yakni
minyak dalam air (O/W) dan air dalam minyak (W/O). Fasa O/W merupakan fasa
kontinyu. Bancroft mempostulatkan jika terdapat campuran antara dua fasa dengan
keberadaan surfaktan, maka pengemulsi membentuk fasa ketiga sebagai film pada
antarmuka diantara dua fasa yang bercampur bersama.
Pada proses emulsifikasi dengan
menggunakan kombinasi beberapa pengemulsi maka hilai HLB dihitung menggunakan
persamaan:
HLB rata-rata = X1 HLB1 + X2
HLB2
dimana X1 dan X2 merupakan
fraksi berat surfaktan 1 dan 2 sementara HLB1 dan HLB2 adalah
harga individu HLB surfaktan 1 dan 2.
Nilai masing-masing HLB surfaktan
ditampilkan pada tabel di bawah ini:
Sehingga apabila suatu campuran
surfaktan dengan nilai HLB rata-rata 8, yang harus dibuat dengan 10% cetyl
alcohol (HLB cetyl alcohol = 15), maka campuran surfaktan satunya adalah
sebagai berikut:
Jika diasmsikan fraksi total = 100%
HLB rata-rata = 8
HLB cetyl alcohol (HLB1) = 15
Fraksi cetyl alcohol (X1) = 10% sehingga
farksinya = 0,1
Fraksi 2 (X2) = 90% atau 0,9
Maka dengan memasukkan ke persamaan
HLB rata-rata = X1 HLB1 + X2
HLB2
Menjadi
8 = 0,1 . 15 + 0,9 . HLB2
8 = 1,5 +0,9 HLB2
0,9 HLB2 = 6,5
HLB2 = 6,5/0,9
HLB2 = 7,2
Berdasarkan tabel diatas, surfaktan yang memiliki nilai HLB
berkisar antara 7,2 adalah Petrolatum.
Sehingga bisa disimpulkan campuran surfaktan untuk mengemulsi minyak pada lenolin terdiri dari campuran 10% cetyl alkohol dan 90% petrolatum.
Sehingga bisa disimpulkan campuran surfaktan untuk mengemulsi minyak pada lenolin terdiri dari campuran 10% cetyl alkohol dan 90% petrolatum.
Contoh Soal 2:
(20%) Sebuah gelembung busa
mengapung dalam suatu system yang mempunyai harga wSL dan ɣL 20 erg/cm2 dan 30
erg/cm2. Hitunglah harga ΔG1, ΔG2 dan Wprakt
·
Jawaban:
Diketahui:
WSL = 20 erg/cm2
É£L = 30 erg/cm2
r = 0,15 cm
Ditanya: ΔG1
……?
ΔG2…….?
Wprakt....?
Jawab:
a) ΔG1 = (ΔASL) . ɣL
= (π r2) . ɣL
= (Ï€ (0,15)2 cm2) . 30
erg/cm2
= 0,07065 cm2 . 30 erg/cm2
= 2,1195
erg
b)
WJL = 2 (ɣS . ɣL)1/2
20 erg/cm2 = 2 (É£S. 30 erg/cm2)1/2
10 = (É£S . 30)1/2
100 = ɣS. 30
É£S
= 100 /3
É£S
= 3,33 erg/cm2
É£SL
= -17,88
ΔG2 = (ɣS - ɣSl - ɣL) ASL
= (3,33 – (-17,88) – 30) 0,07065
= - 0,621
c) Wprak = - WSL. ASL + ɣL. ASL
= -20 . 0,07065 + 30 . 0,07065
= -1,413 + 2,1195
= 0,7065
E.
Contoh Penggunaan Surfaktan Dalam
Kehidupan Sehari-hari
1.
Sabun
Sabun adalah surfaktan yang digunakan
dengan air untuk mencuci
dan membersihkan. Sabun biasanya berbentuk padatan tercetak yang
disebut batang karena sejarah dan bentuk umumnya. Penggunaan sabun cair juga telah
telah meluas, terutama pada sarana-sarana publik. Jika diterapkan pada suatu
permukaan, air bersabun secara efektif mengikat partikel dalam suspensi mudah dibawa
oleh air bersih. Di negara berkembang, deterjen sintetik telah
menggantikan sabun sebagai alat bantu mencuci atau membersihkan.
Banyak sabun
merupakan campuran garam natrium atau kalium dari asam
lemak yang dapat diturunkan dari minyak atau lemak dengan
direaksikan dengan alkali (seperti natrium atau kalium
hidroksida) pada suhu 80–100 °C melalui suatu proses yang
dikenal dengan saponifikasi. Lemak akan terhidrolisis oleh basa, menghasilkan gliserol dan sabun
mentah. Secara tradisional, alkali yang digunakan adalah kalium yang dihasilkan
dari pembakaran tumbuhan, atau dari arang kayu. Sabun
dapat dibuat pula dari minyak tumbuhan, seperti minyak
zaitun.
2.
Sodium lauryl
sulfate.
Sodium
lauryl sulfate
|
|
Sodium
dodecyl sulfate
|
|
Sodium
monododecyl sulfate; Sodium lauryl sulfate; Sodium monolauryl sulfate; Sodium
dodecanesulfate; dodecyl alcohol, hydrogen sulfate, sodium salt; n-dodecyl
sulfate sodium; Sulfuric acid monododecyl ester sodium salt;
|
|
Identifikasi
|
|
[151-21-3]
|
|
CCCCCCCCCCCCOS(=O)([O-])=O.[Na+]
|
|
Sifat
|
|
NaC12H25SO4
|
|
288.38
g mol−1
|
|
1.01
g/cm³
|
|
206 °C
|
|
Kecuali dinyatakan sebaliknya,
data di atas berlaku
pada temperatur dan tekanan standar (25°C, 100 kPa) |
Sodium lauryl
sulfate (SLS), sodium laurilsulfate atau sodium
dodecyl sulfate (SDS atau NaDS) (C12H25SO4Na) adalah surfaktan anion yang
biasa terdapat dalam produk-produk pembersih. Garam kimia ini adalah organosulfur
anion yang
mengandung 12-ekor karbon terikat ke gugus sulfat, membuat zat kimia ini
mempunyai sifat ambifilik yang merupakan
syarat sebagai deterjen.
SLS adalah
jenis surfaktan yang sangat kuat dan umum digunakan dalam produk-produk
pembersih noda minyak dan kotoran. Sebagai contoh, SLS ini banyak ditemukan
dalam konsentrasi tinggi pada produk-produk industri seperti pembersih mesin (engine
degreaser), pembersih lantai, dan shampo mobil. SLS digunakan dalam kadar
rendah di dalam pasta gigi, shampo dan busa pencukur. Zat kimia ini merupakan
bahan utama di dalam formulasi kimia untuk mandi busa karena efek pengentalnya
dan kemampuan untuk menghasilkan busa.
Telah diteliti
bahwa SLS bukan bahan karsinogen ketika
dioleskan ke kulit maupun dikonsumsi.
Tetapi dari percobaan ditemukan SLS dapat menyebabkan iritasi kulit dan
wajah ketika dioleskan dalam waktu yang lama dan terus menerus (lebih dari 1
jam) pada remaja. Studi klinik terhadap 30 pasien yang sering mengeluhkan
sariawan, membuktikan pasta gigi yang mengandung SLS dapat menyebabkan sariawan
lebih besar dibandingkan dengan pasta gigi bebas detergen. Sebuah studi klinik
lain membuktikan tidak ada efek yang signifikan untuk penderita sariawan ketika
dibandingkan menggunakan pasta gigi dengan dan tanpa SLS.
DAFTAR
PUSTAKA
Adamson, A.W., 1982., Physical
chemistry of surface., A wiley-Interscience Publication, USA.
Anonim., 2005., Surfactant., diakses
dari
(http://www.scienceinthebox.com/en_UK/glossary/surfactants_en.html#five
pada hari Sabtu, 3 Maret
2012 pukul 14.00
Camazano,
M.S., Cruz, R.M.S. dan Martin, S.M., 2003., Evaluation of component
characteristics of
soil-surfactant–herbicide
system that affect enhanced desorption of linuron and atrazine preadsorbed by
soil.,
Environ.Sci.Technol., 37, 2759-2766.
Cruz,
R.M.S., Martin, S.M.J. dan Camazano., 2006. Surfactant-enhanced desorption of
atrazine and
linuron
residues as affected by agung of herbicides in soil., Arc.Environ.Contam.Toxicol.,
50, 128-137.
Marrakchi S,
Maibach HI (2006). "Sodium lauryl sulfate-induced irritation in the human
face: regional
John Wiley & Sons.
Sawyer, Clair N., McCarty, Perry L.,
dan Parkin, Gene, (1994), Chemistry for Environmental
Engineering, 4th edition,
Mc Graw- Hill Inc, New YorK.
Suryani, A.,
Sri Windarwati dan Erliza Hambali. 2007. Pemanfaatan Gliserin Hasil Samping
ProduksI
Biodiesel dari
Berbagai Bahan Baku (Sawit, Jarak, Kelapa) untuk Sabun Transparan.
Zuhrina,
Masyithah. Optimasi
Sintesis Surfaktan Alkanolamida Dari Asam Laurat Dengan