Kimia Permukaan dan Koloid

Bab ini berfokus pada sifat-sifat khusus materi yang timbul karena area permukaan yang besar relatif terhadap volume total.

7.1. Energi Permukaan dan Tegangan Permukaan

Energi Permukaan: Molekul di bagian dalam fasa cair ditarik secara merata ke segala arah oleh molekul tetangga. Sebaliknya, molekul pada permukaan ditarik hanya ke samping dan ke bawah. Untuk membawa molekul dari dalam ke permukaan, diperlukan kerja, yang menghasilkan Energi Permukaan bebas.
Tegangan Permukaan ($\gamma$): Gaya per satuan panjang yang bekerja sejajar dengan permukaan untuk meminimalkan luas permukaan. Tegangan permukaan adalah ukuran kuantitatif dari energi permukaan.$$\mathbf{\gamma = \frac{\text{Kerja}}{\Delta \text{Area}}}$$

7.2. Fenomena Permukaan pada Antarmuka Padat-Cair

Adsorpsi: Proses di mana molekul (adsorbat) menempel pada permukaan padatan atau cairan (adsorben). Adsorpsi berbeda dari Absorpsi, di mana molekul diserap ke dalam volume fasa (misalnya, spons menyerap air).
- Fisisorpsi (Fisik): Disebabkan oleh gaya Van der Waals yang lemah. Mudah dibalikkan dan energi ikat rendah.
- Kemosorpsi (Kimia): Melibatkan pembentukan ikatan kimia. Sulit dibalikkan, energi ikat tinggi, dan seringkali terbatas pada lapisan tunggal (monolayer).
Isoterm Adsorpsi: Hubungan matematis antara jumlah zat yang teradsorpsi dan tekanan/konsentrasi pada suhu konstan.
- Isoterm Langmuir: Model yang mengasumsikan adsorpsi monolayer pada situs-situs yang homogen dan terbatas. Ini penting dalam studi katalisis.
- Isoterm BET: Model yang lebih kompleks, memperhitungkan adsorpsi multilayer.

7.3. Katalisis Heterogen

Katalisis Heterogen (katalis dan reaktan berada dalam fasa yang berbeda, biasanya padat dan gas/cair) adalah aplikasi utama kimia permukaan.

Mekanisme: Katalis padat menyediakan permukaan untuk reaktan untuk mengadsorpsi, melemahkan ikatan reaktan, dan memungkinkan reaksi terjadi dengan energi aktivasi yang lebih rendah (seperti yang dibahas pada Bab 4).

7.4. Sistem Koloid

Koloid adalah dispersi di mana partikel terlarut memiliki ukuran antara larutan sejati (molekul kecil) dan suspensi (partikel besar yang mengendap). Ukuran partikel koloid biasanya antara $1 \text{ nm}$ hingga $1000 \text{ nm}$.

Sifat	Larutan Sejati	Koloid	Suspensi
Ukuran Partikel	Kecil (ion, molekul)	$1-1000 \text{ nm}$	Besar (dapat dilihat)
Keterlihatan	Transparan	Keruh/Translusen	Tidak Translusen
Pengendapan	Tidak Mengendap	Tidak Mengendap	Mengendap

Sifat Khas Koloid

Efek Tyndall: Partikel koloid cukup besar untuk menyebarkan cahaya, membuat berkas cahaya terlihat saat melewati koloid.
Gerak Brown: Gerakan acak dan zig-zag partikel koloid yang disebabkan oleh tumbukan dengan molekul pelarut. Gerak ini mencegah koloid mengendap.
Elektroforesis: Gerakan partikel koloid bermuatan menuju elektroda yang berlawanan di bawah pengaruh medan listrik. Ini menunjukkan bahwa partikel koloid biasanya memiliki muatan permukaan (positif atau negatif).

7.5. Emulsi dan Surfaktan

Emulsi: Dispersi koloid dari satu cairan dalam cairan lain (misalnya, minyak dalam air, atau air dalam minyak).
Surfaktan (Agen Aktif Permukaan): Molekul yang mengurangi tegangan permukaan antar fasa. Mereka memiliki bagian kepala yang hidrofilik (suka air) dan ekor yang hidrofobik (takut air). Surfaktan penting dalam sabun, deterjen, dan penstabil emulsi.

Dengan Kimia Permukaan dan Koloid, kita telah melihat bagaimana prinsip-prinsip energi dan interaksi memengaruhi antarmuka fasa dan partikel kecil. Ini melengkapi rangkaian dasar Kimia Fisika.