Kela Rutan

KELARUTANKimia Fisika 2013Oleh : Erindyah R. W., Ph.D.

Tujuan pembelajaran:Mendefinisikan larutan jenuh, kelarutan dan larutan lewat jenuh.Menggambarkan dan memberikan contoh pelarut polar, non polar dan semi polar.Mendiskusikan efek tekanan, temperature, salting-out dan reaksi kimia terhadap kelarutan gas dalam cairan.Mendefinisikan kelarutan sempurna dan sebagian (parsial).Memahami faktor-faktor yang mengontrol kelarutan elektrolit kuat dan elektrolit lemah.Menggambarkan pengaruh solven dan surfaktan terhadap kelarutan.

Pentingnya kelarutan dalam farmasi :Memilih solven yang tepat untuk obat atau kombinasi obat tertentu.Mengatasi masalah kelarutan yang timbul saat membuat sediaan farmasiMenyiapkan larutan untuk standar atau uji kemurnianMemberikan informasi tentang struktur molekul dan ikatan intermolekular

KELARUTAN (solubility):Konsentrasi solut yang dapat dilarutkan oleh solven pada suhu tertentuKonsentrasi solut pada larutan jenuh saat tercapai kesetimbanganKadar jenuh solut dalam suatu solven pada temperatur tertentu.

Kelarutan sifat fisik, dipengaruhi oleh temp, utk masing2 zat murni dapat dilihat pada literatur (FI, Merck Index)Konsentrasi lrt jenuh kelarutan solut pada temperatur tsb.Solut : zat terlarutSolven : media / pelarut

Ekspresi kelarutan:Volume solven yg dibutuhkan 1 gram solut untuk melarut (USP / FI)Ex : 1 gram asam borat larut dalam 18 ml air, dalam 18 ml alkohol, dan dalam 4 ml gliserinMolar (mol/L)Molalitas (mol/1000 g)Persen (g/100 ml)Fraksi mol

IstilahBagian solven per satu bagian solutSangat mudah larut< 1Mudah larut1 10Larut10 30Agak larut30 100Sukar larut100 1000Sangat sukar larut1000 10.000Praktis tidak larut> 10.000

Faktor2 yg mempengaruhi kelarutan :1. Tekanan kelarutan gas dalam cairan2. Temperatur angka kelarutan dilaporkan pada suhu tertentu.

S = kelarutan dalam M (mol/liter)

3. Struktur kimia : momen dipol, sifat dielektrik, ikatan hidrogen

Momen dipol : ukuran polaritasEfek dipol kuat polar larut dalam pelarut polar

Sifat dielektrik : kemampuan utk menyimpan muatanAir : konstanta dielektrik = 80Alkohol : konstanta dielektrik = 25

Ikatan hidrogen Syw dg gugus OH, NH, dan SH dapat membentuk ikt hidrogen mudah lrt dlm air

4. Kompleksasidg ion anorganik me klrtdg ion logam me klrt

5. Ukuran partikelBesar/kecil tdk mempengaruhi klrt, hanya lama pelarutanUkuran micronized mempengaruhi

6. Ionisasi me klrt

7. Solut organik : dipengaruhi oleh bentuk kristal, pH, MW

Interaksi solven-solutSOLVEN POLAR

Konstanta dielektrik tinggi (air=80) mengurangi gaya tarik antar ion dalam kristal (mis: NaCl)Amphiprotic dapat memutus ikatan kovalen elektrolit kuat dg reaksi asam basa

HCl + H2O H3O+ Cl-RCOOH + NaOH RCOO- Na+

Dapat mensolvasi molekul dan ion melalui gaya interaksi dipol, ikatan hidrogen

SOLVEN NONPOLAR

Konstanta dielektrik rendah kloroform 5, benzene 2Solven aproticTidak dapat membentuk ikatan hidrogenDapat melarutkan solut dengan tekanan internal yang sama melalui interaksi dipol terinduksi (ikatan lemah van der Waals-London)Contoh: CCl4, benzena, mineral oil

SOLVEN SEMIPOLAR

Contoh: keton, alkoholSolven intermediate menginduksi polaritas solven non polar menjadi larut dalam solven polarAseton : meningkatkan kelarutan eter dalam airAlkohol : air-castor oilPropilen glikol : air-peppermint oil

Klasifikasi polaritas solven-solut

Konstanta dielektrik solven ()solvensolut80AirGaram inorganik, garam organik50GlikolGula, tanin30Metil alkohol, etil alkoholMinyak jarak, lilin20Aldehida, keton, alkohol dg rantai yg lebih panjang, eter, ester, oksidaResin, volatile oil, elektrolit lemah

5Heksana, benzena, CCl4, etil eter, PEMinyak, lemak, petrolatum, parafin, hidrokarbon lain0Minyak mineral, minyak nabati

Aturan umum utk memprediksi klrt:Like dissolves likeKlrt dalam air naik dg naiknya kapasitas membentuk ikt hidrogen (OH, NH2, SO3H, COOH)Klrt dalam air dengan naiknya jumlah atom karbon (MW )Utk molekul organik, TL klrt Isomer cis lebih larut drpd isomer transSemakin tidak jenuh klrt dlm air Solut anhidrat lebih mudah larut drpd kristal

Jenis kelarutan :Kelarutan gas dalam cairanKelarutan cairan dalam cairanKelarutan padatan dalam cairan

Konsentrasi gas terlarut yang berada dalam kesetimbangan dengan gas murni di atas larutan

Dalam sed farmasi :Asam hidrokloridaAir ammoniaSed effervescent mengandung CO2Sed aerosol dg propelan CO2 atau N2Oksigen dalam tubuh : Sbg gas terlarut dalam kandungan sel darah merahSbg molekul O2 terikat pada atom Fe hemoglobin

KELARUTAN GAS DLM CAIRAN

Kelarutan gas dipengaruhi oleh :Tekanan Hk. Henry

C2 = kelarutan gas dalam larutan = kebalikan konstanta Henry (k) atau koefisien kelarutanp = tekanan parsial gas yg tdk terlarut di permukaan cairanTekanan kelarutan gas

TemperaturTemperatur kelarutan gas Salting outAdanya garam (NaCl) atau sukrosa kelarutan gas Reaksi kimiaCO2, ammonia, HCl menunjukkan deviasi krn reaksi kimia dg solven

Perhitungan kelarutan : = koef. absorpsi Bunsen

GAS00C250CH20.02150.0175N20.02350.0143O20.04780.0284CO21.7130.759

Soal 1.Jika 0,016 g oksigen dilarutkan dlm 1 liter air pada temp 250C dan pada tekanan oksigen 300 mmHg. Hitung (a) (b) (c) Berapa banyak O2 yg bisa dilarutkan dlm 250 larutan jika tekanan total di atas lrt adalah 760 mm Hg? Tekanan partial O2 dlm lrt adalah 0,263 atm pd suhu 250C.

Jawab :(a) = C2 / p = 0,016 /300 = 5,33 x 10-3(b) = ?V = n R T / pVgas,STP = ? = Vgas / (Vlrt.p) = ?

(c) = C2 / p C2 = ?

KELARUTAN CAIRAN DLM CAIRANLarutan ideal : mengikuti Hk. Raoult

Larutan nyata : tdk mengikuti Hk. RaoultDeviasi negatif : biasanya tbtk ikt H atr 2 syw polar kelarutan Deviasi positif : tbtk dimer atau polimer karena tingginya internal pressure dr syw kelarutan bercampur sebagian

Bercampur sempurnapd segala perbandinganSolven polar & semi polar, mis : air dan alkohol, alkohol dan aseton

Bercampur sebagianmis : fenol dan air, eter dan airdipengaruhi oleh tempdari diagram fase dapat dihitung komposisi tiap fase

Pengaruh bahan lain pada sistem biner sistem terner lihat diagram segitigaHubungan molekulerKier & Hall meneliti kelarutan hidrokarbon cair, alkohol, eter, ester dalam air

Luas permukaan molekul

KELARUTAN PADATAN DLM CAIRANLarutan ideal kelarutan solut tidak dipengaruhi solven

Larutan non idealDipengaruhi koefisien aktivitas ( 2 ) Gaya yang timbul akibat interaksi solven-solut

Tahap 1 : Pelepasan satu molekul solut (w22)

Tahap 2 : Pembentukan celah/rongga pada pelarut (w11)

Tahap 3 : Penempatan solut ke dalam rongga pelarut (-2w12)

++PROSES PELARUTAN

Scatchard & Hildebrand :

Konstanta dielektrik dan kelarutanParuta dkk (1965) telah meneliti hubungan antara konstanta dielektrik solven dan parameter kelarutan solven dengan kelarutan solut

Kelarutan elektrolit lemahSangat dipengaruhi pH

pHp = pH di mana di bawah pH tersebut obat mengendap dari larutan sbg asam tak terdisosiasiUntuk basa lemah :

Soal 2Pada pH di bawah berapakah fenobarbital bebas akan mengendap dari larutan dengan konsentrasi awal 1 g/100 ml fenobarbital Na pada 250C. Diket : S0 = 0,005; pKa = 7,41; BM fenobarbital Na= 254

Jawab :Konsentrasi awal garam yg ditambahkan =S=g/liter = 10 = 0,039 mol/liter BM 254S0=0.00 5Pka=7,41pHp = 7,41 + log(0,039-0,005) = 8,24 0,005

PENGARUH SOLVEN THD KELARUTAN OBAT

Elektrolit lemah tgt pHmolekul terion kelarutan tinggimolekul tak terion kelarutan rendahKOSOLVENSI :fenomena di mana campuran solven membantu meningkatkan kelarutan solutKosolven :solven yang membantu meningkatkan kelarutan solut

Contoh : kelarutan fenobarbital dalam campuran air, alkohol dan gliserin pada 250C (Krause & Cross, 1951)

Efek kombinasi pH dan solvenPenambahan alkohol pd lrt elektrolit lemah dlm dapar me kelarutan spesies unionik dg me polaritasKurang polar dibandingkan air, alkohol menurunkan konstanta disosiasi elektrolit lemah (me pKa)

Pengaruh alkohol thd pKa fenobarbital

Contoh soal 1:pKa fenobarbital (7,41) naik menjadi 7,92 dlm lrt 30% alkohol. So nya naik dari 0,12% (0,005 M) dlm air menjadi 0,64% (0,028 M). Berapa pH minimum yang diperlukan agar larutan 6 g fenobarbital Na dpt larut sempurna dalam 100 ml larutan mengandung 30% alkohol ? Diket BM = 254,22 g/mol

Jawab :

pH minimum utk lrt tanpa alkohol :

Pengaruh surfaktan thd kelarutan obat

Surfaktan = surface active agent= zat aktif permukaanAnionik, ex : NLS, TEA lauril sulfatKationik, ex : dodecyltrimetilamonium sulfatNonionik, ex : tween, spanAmfoter, ex : lauril imidazol

Misel sferis[D] [D]miselaqueous(D) (D)KK

Rippie dkk menyelidiki kelarutan obat elektrolit lemah dlm misel dlm medium berair dr polisorbat 80 (tween 80)Fase non miselFase miselDT = kelarutan obat total0 = konsentrasi relatif thd volume fase masing2, Bukan thd volume total sistem

Dalam bentuk volume total :[x] = M = fraksi volume surfaktan sbg misel dalam larutanKarena dlm lrt sejati jumlahnya kecil, maka dapat diabaikan, shg :[1-x] = 1Maka persamaan menjadi :

Jumlah total obat yg mengandung surfaktan : DTJumlah total obat tanpa surfaktan : DT*

Sehingga :Jumlah total obat tanpa surfaktan : DT*

Rasio :

Mekanisme : solubilisasi miselarDimana :DT = kelarutan total dg adanya surfaktanDT* = kelarutan total tanpa adanya surfaktan(M) = fraksi volume misel dr surfaktanK = koefisien partisi obat tak terionK = koefisien partisi obat terion

Contoh soal 2.Hitung kelarutan sulfisoxazole pada 250C dalam :Dapar pH 6,0Dapar pH 6,0 yang mengandung 4% v/v Tween 80Diket. Klrt sulfisoxazole tak terion dlm air adl 0,15 g/liter; Ka = 7,6 x 10-6; Koefisien distribusi nyata utk molekul obat, K dan anionnya, K di antara misel tween 80 dan air adalah 79 dan 15

Jawab :a.

b.

Untuk obat basa lemah :

Pengaruh kadar surfaktan (polisorbat) dan pH terhadap kelarutan asam 4-klorobenzoat

R = rasio kelarutan, = DT/DT*

SOAL-SOAL1. Hitung kelarutan sulfisoxazole pada 250C dalam :Dapar pH 5,12Dapar pH 5,12 yang mengandung 3% v/v Tween 80Diket. Klrt sulfisoxazole tak terion dlm air adl 0,15 g/liter; Ka = 7,6 x 10-6; K=79; K=15Hitung fraksi sulfisoxazole yg terlarut dlm misel tween 80 dlm lrt tsb.

2. Berapa pHp dari larutan 2% b/v fenobarbital Na dalam lrt hidroalkoholik mengandung 15% v/v alkohol ?

Diket. pKa fenobarbital dalam larutan tersebut adl 7,6. BM fenobarbital Na = 254,22 g/mol dan BM fenobarbital = 232,23 g/mol. S0 = 0, 22%

S = (2 g/254,22 * 1000/100) MS0 = (0,22 g / 232,23 * 1000/100) M

3. Kelarutan dlm air prokain basa pd 250C adl 5 g/L, Ka nya 1,4 x 10-9 dan koef. Distribusi utk basa molekular adl 30, utk kationiknya 7,0.Hitung :Kelarutan prokain dlm dapar pH 7,4Kelarutan dlm dapar tsb jika ditambahkan 3% b/v polisorbat 80Hitung rasio DT*/DT nyaApa kesimpulan dr soal a dan b ?Berapa fraksi obat dalam fase air dan fraksi dlm misel ?