Sistem Koloid

 Sistem Koloid Kelas XI Lengkap

A.  SISTEM KOLOID

Sistem koloid (selanjutnya disingkat "koloid" saja) merupakan suatu bentuk campuran (sistem dispersi) dua atau lebih zat yang bersifat homogen namun memiliki ukuran partikel terdispersi yang cukup besar (1 - 100 nm), sehingga terkena efek Tyndall. Bersifat homogen berarti partikel terdispersi tidak terpengaruh oleh gaya gravitasi atau gaya lain yang dikenakan kepadanya; sehingga tidak terjadi pengendapan, misalnya. Sifat homogen ini juga dimiliki oleh larutan, namun tidak dimiliki oleh campuran biasa (suspensi).
Koloid mudah dijumpai di mana-mana: susu, agar-agar, tinta,sampo, serta awan merupakan contoh-contoh koloid yang dapat dijumpai sehari-hari. Sitoplasma dalam sel juga merupakan sistem koloid. Kimia koloid menjadi kajian tersendiri dalam kimiaindustri karena kepentingannya.

PENGELOMPOKAN SISTEM KOLOID

Sistem koloid adalah campuran yang heterogen. Telah diketahui bahwa terdapat tiga fase zat, yaitu padat, cair, dan gas. Dari ketiga fasa zat ini dapat dibuat sembilan kombinasi campuran fase zat, tetapi yang dapat membentuk sistem koloid hanya delapan. Kombinasi campuran fase gas dan fase gas selalu menghasilkan campuran yang homogen (satu fase) sehingga tidak dapat membentuk sistem koloid. 

1.   Sistem Koloid Fase Padat-Cair (Sol)

Sistem koloid fase padat-cair disebut sol. Sol terbentuk dari fase terdispersi berupa zat padat dan fase pendispersi berupa cairan. Sol yang memadat disebut gel. Berikut contoh-contoh sistem koloid fase padat-cair.

a.  Agar-agar

Padatan agar-agar yang terdispersi di dalam air panas akan menghasilkan sistem koloid yang disebut sol. Jika konsentrasi agar-agar rendah, pada keadaan dingin sol ini akan tetap berwujud cair. Sebaliknya jika konsentrasi agar-agar tinggi pada keadaan dingin sol akan menjadi padat dan kaku. Keadaan seperti ini disebut gel.

b. Pektin

Pektin adalah tepung yang diperoleh dari buah pepaya muda, apel, dan kulit jeruk. Jika pektin didispersikan di dalam air, terbentuk suatu sol yang kemudian memadat sehingga membentuk gel. Pektin biasa digunakan untuk pembuatan selai.

c.  Gelatin

Gelatin adalah tepung yang diperoleh dari hasil perebusan kulit atau kaki binatang, misalnya sapi. Jika gelatin didispersikan di dalam air, terbentuk suatu sol yang kemudian memadat dan membentuk gel. Gelatin banyak digunakan untuk pembuatan cangkang kapsul. Agar-agar, pektin dan gelatin juga digunakan untuk pembuatan makanan, seperti jelly atau permen kenyal (gummy candies).

d. Cairan Kanji

Tepung kanji yang dilarutkan di dalam air dingin akan membentuk suatu suspensi. Jika suspensi dipanaskan akan terbentuk sol, dan jika konsentrasi tepung kanji cukup tinggi, sol tersebut akan memadat sehingga membentuk gel. Suatu gel terbentuk karena fase terdispersi mengembang, memadat dan menjadi kaku.

e. Air sungai (tanah terdispersi di dalam medium air).

f. Cat tembok dan tinta (zat warna terdispersi di dalam medium air).

g. Cat kayu dan cat besi (zat warna terdispersi di dalam pelarut organik).

h. Gel kalsium asetat di dalam alkohol.

i. Sol arpus (damar).

j. Sol emas, sol Fe(OH)3, sol Al(OH)3, dan sol belerang.

2.  Sistem Koloid Fase Padat-Padat (Sol Padat)

Sistem koloid fase pada-padat terbentuk dari fase terdispersi dan fase pendispersi yang sama-sama berwujud zat padat sehingga dikenal dengan nama sol padat. Lazimnya, istilah sol digunakan untuk menyatakan sistem koloid yang terbentuk dari fase terdispersi berupa zat padat di dalam medium pendispersi berupa zat cair sehingga tidak perlu digunakan istilah sol cair. Contoh sistem koloid fase padat-padat adalah logam campuran (aloi), misalnya stainless steel yang terbentuk dari campuran logam besi, kromium dan nikel. Contoh lainnya adalah kaca berwarna yang dalam ini zat warna terdispersi di dalam medium zat padat (kaca).

3.   Sistem Koloid Fase Padat-Gas (Aerosol Padat)

Sistem koloid fase padat-gas terbentuk dari fase terdispersi berupa padat dan fase pendispersi berupa gas. Anda sering menjumpai asap dari pembakaran sampah atau dari kendaraan bermotor. Asap merupakan partikel padat yang terdispersi di dalam medium pendispersi berupa gas (udara). Partikel padat di udara disebut partikulat padat. Sistem dispersi zat padat dalam medium pendispersi gas disebut aerosol padat. Sebenarnya istilah, aerosol lazim digunakan untuk menyatakan sistem dispersi zat cair di dalam medium gas sehingga tidak perlu disebut aerosol cair.

4.  Sistem Koloid Fase Cair-Gas (Aerosol)

Sistem koloid fase cair-gas terbentuk dari fase terdispersi berupa zat cair dan fase pendispersi berupa gas. Contoh sistem koloid ini adalah kabut dan awan. Partikel-partikel zat cair yang terdispersi di udara (gas) disebut partikulat cair. Contoh aerosol adalah hairspray, obat nyamuk semprot, parfum (body spray), cat semprot dan lain-lain. Pada produk-produk tersebut digunakan zat pendorong (propellant) berupa senyawa klorofluorokarbon (CFC).

5.   Sistem Koloid Fase Cair-Cair (Emulsi)

Sistem koloid fase cair-cair terbentuk dari fase terdispersi berupa zat cair dan medium pendispersi yang juga berupa cairan. Campuran yang terbentuk bukan berupa larutan, melainkan bersifat heterogen. Misalnya campuran antara minyak dan air. Air yang bersifat polar tidak dapat bercampur dengan minyak yang bersifat nonpolar. Untuk dapat “mendamaikan” air dan minyak, harus ada zat “penghubung” antara keduanya. Zat penghubung ini harus memiliki gugus polar (gugus yang dapat larut di dalam air) dan juga harus memiliki gugus nonpolar (gugus yang dapat larut di dalam minyak) sehingga zat penghubung tersebut dapat bercampur dengan air dan dapat pula bercampur dengan minyak.

Sistem koloid cair-cair disebut emulsi. Zat penghubung yang menyebabkan pembentukan emulsi disebut emulgator (pembentuk emulsi). Jadi, tidak ada emulsi tanpa emulgator. Contoh zat emulgator, yaitu sabun, detergen, dan lesitin. Minyak dan air dapat bercampur jika ditambahkan emulgator berupa sabun atau deterjen. Oleh karena itu, untuk menghilangkan minyak yang menempel pada tangan atau pakaian digunakan sabun atau deterjen, yang kemudian dibilas dengan air.

Susu, air santan, krim, dan lotion merupakan beberapa emulsi yang Anda kenal dalam kehidupan sehari-hari. Susu murni (dalam bentuk cair) merupakan contoh bentuk emulsi alami karena di dalam susu murni telah terdapat emulgator alami, yaitu kasein. Di dalam industri makanan, biasanya susu murni diolah menjadi susu bubuk. Susu bubuk yang terbentuk menjadi sukar larut dalam air, kecuali dengan menggunakan air panas. Oleh karena itu, digunakan zat emulgator yang berupa lesitin sehingga susu bubuk tersebut dapat mudah larut dalam air, sekalipun hanya dengan menggunakan air dingin. Susu bubuk yang dicampur dengan zat emulgator dikenal dengan istilah susu bubuk instant. Contoh lain emulsi adalah krim (emulsi yang berbentuk pasta), dan lotion (emulsi yang berbentuk cairan kental atau krim yang encer).

Sistem emulsi banyak digunakan dalam berbagai industri seperti berikut.

a. Industri kosmetik: dalam bentuk berbagai krim untuk perawatan kulit, dan berbagai lotion yang berasal dari minyak, serta haircream (minyak rambut).

b. Industri makanan: dalam bentuk es krim dan mayones.

c. Industri farmasi: dalam bentuk berbagai krim untuk penyakit kulit, sirup, minyak ikan, dan lain-lain.

Mayones terbuat dari minyak tumbuh-tumbuhan (minyak jagung atau minyak kedelai) dan air. Pada mayones ini digunakan kuning telur sebagai zat emulgator.

6.  Sistem Koloid Fase Cair-Padat (Emulsi Padat)

Sistem koloid fase cair-padat terbentuk dari fase terdispersi berupa zat cair dan medium pendispersi berupa zat padat sehingga dikenal dengan nama emulsi padat. Sebenarnya, istilah emulsi hanya digunakan untuk sistem koloid fase cair-cair. Jadi, emulsi berarti sistem koloid fase cair-cair (tidak ada istilah emulsi cair). Contoh emulsi padat, yaitu keju, mentega, dan mutiara. 

7.  Sistem Koloid Fase Gas-Cair (Busa)

Sistem koloid fase gas-cair terbentuk dari fase terdispersi berupa gas dan medium pendispersi berupa zat cair. Jika anda mengocok larutan sabun, akan timbul busa. Di dalam busa sabun terdapat rongga yang terlihat kosong. Busa sabun merupakan fase gas dalam medium cair. Contoh-contoh zat yang dapat menimbulkan busa atau buih, yaitu sabun, deterjen, protein, dan tanin.

Pada proses pencucian, busa yang ditimbulkan oleh sabun atau deterjen dapat mempercepat proses penghilangan kotoran. Busa atau buih pada zat pemadam api berfungsi memperluas jangkauan (voluminous) dan mengurangi penguapan air. Pada proses pemekatan bijih logam, sengaja ditimbulkan busa agar zat-zat pengotor dapat terapung di dalam busa tersebut.

Di dalam suatu proses industri kimia, misalnya proses fermentasi, kadang-kadang pembentukan busa tidak diinginkan sehingga dilakukan penambahan zat antibusa (antifoam), seperti silikon, eter, isoamil alkohol, dan lain-lain.

8.   Sistem Koloid Fase Gas-Padat (Busa Padat)

Sistem koloid fase gas-padat terbentuk dari fase terdispersi berupa gas dan medium pendispersi berupa zat padat, yang dikenal dengan istilah busa padat, sedangkan dispersi gas dalam medium cair disebut busa dan tidak perlu disebut busa cair. Di dalam kehidupan sehari-hari, anda dapat menemui busa padat yang dikenal dengan istilah karet busa dan batu apung. Pada kedua contoh busa padat ini terdapat rongga atau pori-pori yang dapat diisi oleh udara.

Secara garis besar, kedelapan jenis sistem koloid tersebut dapat ditunjukkan pada Tabel 1.2 berikut ini.

Tabel 2 Jenis Sistem Koloid dan Contoh-contohnya

No.	Fase Terdispersi	Medium Pendispersi	Nama Koloid	Contoh
1.	Padat	Cair	Sol	Sol emas, agar-agar, jelly, cat, tinta, air sungai
2.	Padat	Gas	Aerosol padat	Asap, debu padat
3.	Padat	Padat	Sol padat	Paduan logam, kaca berwarna
4.	Cair	Gas	Aerosol	Kabut, awan
5	Cair	Cair	Emulsi	Santan, susu, es krim, krim, lotion, mayonaise
6.	Cair	Padat	Emulsi padat	Keju, mentega, mutiara
7.	Gas	Cair	Buih, busa	Busa sabun
8.	Gas	Padat	Busa padat	Karet busa, batu apung

B.   Penggunaan Koloid

I.            Bidang Industri

-          Getah karet

Getah karet merupakan koloid tipe sol yang banyak digunakan sebagai bahan dasar idustri karet. Karet diperoleh dengan cara mengkoagulasikan getah karet dengan asam formiat (HCOOH) atau asam asetat, agar menggumpal dan terpisah dari medium pendispersinya. Gumpalan karet kemudian digiling dan dicuci kemudian diproses lebih lanjut sebaga lembaran yang disebut sheet.

Getah karet yang digunakan pada pembatan balon atau karet busa tidak digumpalkan,tetapi dibiarkan dalam wujud cair yang dikenal dengan lateks. Agar tetap dalam keadaan stabil, getah karet dicampur dengan larutan ammonia (NH_{3 (aq)}). Larutan ammonia bersifat basa akan melindungi karet didalam sol lateks dari zat-zat bersifat asam. Kondisi ni akan melindungi sol dari penggumpalan.

-          Cat

Merupakan koloid tipe sol. Partikel-partikel padat berupa zat warna, oksia logam, bahan penstabil, bahan pengawet, zat pencermelang, zat pereduksi dihaluskan hingga berukuran partikel koloid. Partikel koloid ini selanjutnya didispersikan dalam suatu cairan, agar sol tetap terjaga kestabilannya dan bahan-bahan didispersikan tidak mengendap ditambahkan emulgator atau zat pelindnung yang tergantung pada jenis medium pendispersinya. Apabila medium pendispersi berupa senyawa polar missal air dan alcohol, emulgatornya harus yang dapat larut dalam pelarut polar. Dan sebaliknya jika medium pendispersi berupa senyaw nonpolar, maka emulgator juga dapat larut dalam pelarut nonpolar

Zat pelindung  dalam cat berfungsi  untuk melindungi bahan-bahan pewarna atau bahan padat lain yang menempel pada bahan yag dicat dari pengaruh panas. Oleh karena itu, saat cairan pelarut menguap, sifat-sifat bahan pewarna dan bahan-bahan lain yang didispersikan tidak berubah oleh pengaruh cahaya matahari atau zat-zat kimia lain yang bersentuhan dengan bahan cat tersebut.

II.            Bidang makanan

Contoh dalam bidang makan adalah susu, mentega dsb. Susu merupakan emulsi yang berwarna putih kekuningan dan bersifat asam lemah.

III.            Bidang kosmetik dan farmasi

Bahan-bahan kosmetik hampir 90% dibuat dalam bentuk koloid.  Bahan berbentuk koloid mempunyai beberapa kelebihan seperti:

a.       Mudah dibersihkan

b.      Tidak merusak kulit dan rambut

c.     Mudah menyerap berbagai bahan yang berfungi sebagai pewangi,pelembut, dan pewarna

d.      Mengandung dua jenis bahan yang tidak aling melarutkan.

Beberapa tipe koloid yang digunakan dalam kosmetik sebagai berikut.

a.       Sol padat, contoh: kosmetik lipstick, mascara, dan pensil alis.

b.      Sol, contoh: kosmetik cat kuku, susu pembersih muka dan kulit, cairan mascara.

c.       Emulsi, contoh: kosmetik pembersih muka.

d.      Aerosol: kosmetik parfum semprot, hair spray, penyegar mulut bentuk semprot.

e.      Buih, contoh: sabun cukur

f.    Gel, kosmetik minyak rambut. 

Sistem koloid banyak digunakan pada kehidupan sehari-hari, terutama dalam kehidupan sehari-hari. Hal ini disebabkan sifat karakteristik koloid yang penting, yaitu dapat digunakan untuk mencampur zat-zat yang tidak dapat saling melarutkan secara homogen dan bersifat stabil untuk produksi dalam skala besar.

Ada banyak penggunaan sistem koloid baik di dalam kehidupan sehari-hari maupun dalam berbagai industri seperti industri kosmetik, makanan, farmasi dan sebagainya. Beberapa macam koloid tersebut antara lain;

1.    Aerosol

Aerosol adalah sistem koloid di mana partikel padat atau cair terdispersi dalam gas. Aerosol yang dapat kita saksikan di alam adalah kabut, awan, dan debu di udara. Dalam industri modern, banyak sediaan insektisida dan kosmetika yang diproduksi dalam bentuk aerosol, dan sering kita sebut sebagai obat semprot, Contohnya antara lain adalah hair spray, deodorant dan obat nyamuk.

2.    Sol

Sol adalah sistem koloid di mana partikel padat terdispersi dalam cairan. Berdasarkan sifat adsorpsi dari partikel padat terhadap cairan pendispersi, kita mengenal dua macam sol;

a. Sol liofil, dimana partikel-partikel padat akan mengadsorpsi molekul cairan, sehingga terbentuk suatu selubung di sekeliling partikel padat itu. Liofil artinya “cinta cairan” (Bahasa Yunani; lio=cairan; philia=cinta). Sol liofil yang setengah padat disebut gel. Contoh gel antara lain selai dan gelatin.

b. Sol liofob, dimana partikel-partikel padat tidak mengadsorpsi molekul cairan. Liofib artinya “takut cairan” (phobia=takut).

Jika medium pendispersinya berupa air, kedua macam koloid di atas masing-masing disebut koloid hidrofil (cinta air) dan koloid liofob (takut air). Contoh koloid hidrofil adalah kanji, protein, lem, sabun, dan gelatin. Adapun contoh koloid hidrofob adalah sol-sol sulfide dan sol-sol logam.

3.    Emulsi

Emulsi adalah suatu system koloid di mana zat terdispersi dan medium pendispersi sama-sama merupakan cairan. Agar terjadi suatu campuran koloid, harus ditambahkan zat pengemulsi (emulgator). Susu merupakan emulsi lemak dalam air, dengan kasein sebagai emulgatornya. Obat-obatan yang tidak larut dalam air banyak yang dibuat dan dipanaskan dalam bentuk emulsi. Contohnya emulsi minyak ikan. Emulsi yang dalam bentuk semipadat disebut krim.

Berikut ini adalah tabel aplikasi koloid:

Jenis industri	Contoh aplikasi
Industri makanan	Keju, mentega, susu, saus salad
Industri kosmetika dan perawatan tubuh	Krim, pasta gigi, sabun
Industri cat	Cat
Industri kebutuhan rumah tangga	Sabun, deterjen
Industri pertanian	Peptisida dan insektisida
Industri farmasi	Minyak ikan, pensilin untuk suntikan

Berikut ini adalah penjelasan mengenai aplikasi koloid:

1.    Pemutihan Gula

Gula tebu yang masih berwarna dapat diputihkan. Dengan melarutkan gula ke dalam air, kemudian larutan dialirkan melalui sistem koloid tanah diatomae atau karbon. Partikel koloid akan mengadsorpsi zat warna tersebut. Partikel-partikel koloid tersebut mengadsorpsi zat warna dari gula tebu sehingga gula dapat berwarna putih.

2.    Penggumpalan Darah
Darah mengandung sejumlah koloid protein yang bermuatan negatif. Jika terjadi luka, maka luka tersebut dapat diobati dengan pensil stiptik atau tawas yang mengandung ion-ion Al3+ dan Fe3+. Ion-ion tersebut membantu agar partikel koloid di protein bersifat netral sehingga proses penggumpalan darah dapat lebih mudah dilakukan.

3.    Penjernihan Air
Air keran (PDAM) yang ada saat ini mengandung partikel-partikel koloid tanah liat,lumpur, dan berbagai partikel lainnya yang bermuatan negatif. Oleh karena itu, untuk menjadikannya layak untuk diminum, harus dilakukan beberapa langkah agar partikel koloid tersebut dapat dipisahkan. Hal itu dilakukan dengan cara menambahkan tawas (Al2SO4)3.Ion Al3+ yang terdapat pada tawas tersebut akan terhidroslisis membentuk partikel koloid Al(OH)3 yang bermuatan positif melalui reaksi:
Al3+ + 3H2O à Al(OH)3 + 3H+
Setelah itu, Al(OH)3 menghilangkan muatan-muatan negatif dari partikel koloid tanah liat/lumpur dan terjadi koagulasi pada lumpur. Lumpur tersebut kemudian mengendap bersama tawas yang juga mengendap karena pengaruh gravitasi.

4.   Pembentukan delta di muara sungai
Air sungai mengandung partikel-partikel koloid pasir dan tanah liat yang bermuatan negatif. Sedangkan air laut mengandung ion-ion Na+, Mg+2, dan Ca+2 yang bermuatan positif. Ketika air sungai bertemu di laut, maka ion-ion positif dari air laut akanmenetralkan muatan pasir dan tanah liat. Sehingga, terjadi koagulasi yang akan membentuk suatu delta.

5.    Pengambilan endapan pengotor
Gas atau udara yang dialirkan ke dalam suatu proses industri seringkali mangandung zat-zat pengotor berupa partikel-partikel koloid. Untukmemisahkan pengotor ini, digunakan alat pengendap elektrostatik yang pelat logamnya yang bermuatan akan digunakan untuk menarik partikel-partikel koloid.

C.    Sifat-sifat Koloid

1. Gerak Brown

Gerak Brown adalah gerak tidak beraturan, gerak acak atau gerak zig-zag partikel koloid. Gerak Brown terjadi karena benturan tidak teratur partikel koloid dan medium pendispersi. Benturan tersebut mengakibatkan partikel koloid bergetar dengan arah yang tidak beraturan dan jarak yang pendek.

Gerak Brown kali pertama diamati pada 1827 oleh Robert Brown (1773-1858), seorang ahli Biologi berkebangsaan Inggris pada saat mengamati serbuk sari. Fenomena ini dijelaskan oleh Albert Einstein (1879-1955) pada 1905. Menurut Einstein, suatu partikel mikroskopis (hanya dapat diamati dengan mikroskop) yang melayang dalam suatu medium pendispersi akan menunjukkan suatu gerak acak atau gerak zig-zag. Gerakan ini disebabkan oleh medium pendispersi yang menabrak partikel terdispersi dari berbagai sisi dalam jumlah yang tidak sama untuk setiap sisi.

Arah gerak partikel koloid bergantung pada jumlah partikel medium pendispersi yang menabrak. Jika jumlah partikel pendispersi yang menabrak dari arah bawah banyak, partikel koloid akan bergerak ke atas. Jika jumlah partikel pendispersi yang menabrak dari kiri bawah banyak, partikel koloid bergerak ke kanan atas. Setiap gerak disertai getaran karena di sisi lain ada tabrakan dari medium pendispersi, tetapi jumlah molekul medium pendispersi ini sedikit. Gerak zig-zag akibat tabrakan dari partikel pendispersi menyebabkan sistem koloid tetap stabil, tetap homogen, dan tidak mengendap.

Apakah gerak Brown juga terjadi pada sistem larutan atau suspensi? Pada larutan, partikel terdispersi memiliki ukuran yang sangat kecil dan hampir sama dengan ukuran molekul pendispersi. Gerakan partikel pendispersi bukan terjadi karena ditabrak oleh partikel pendipersi, melainkan disebabkan oleh gerakan oleh molekul sendiri. Pada suspensi, ukuran partikel terdispersi sangat besar. Adanya partikel pendispersi yang menabrak tidak menyebabkan partikel terdispersi bergerak dan tidak menimbulkan getaran. Pada suspensi, partikel terdispersi banyak dipengaruhi oleh gaya gravitasi bumi sehingga partikel terdispersi lebih banyak bergerak ke bawah dan membentuk endapan.

2. Efek Tyndall

Jika cahaya dilewatkan ke dalam sistem koloid, cahaya yang melewati sistem koloid tersebut terlihat lebih terang. Cahaya yang terlihat lebih terang ini disebabkan oleh terjadinya efek Tyndall. Efek Tyndall adalah efek penghamburan cahaya oleh partikel koloid. Partikel koloid akan memantulkan dan menghamburkan cahaya yang mengenainya sehingga cahaya akan terlihat lebih terang. Jika kemudian cahaya ini ditangkap layar, cahaya pada layar tersebut tampak buram (lihat gambar di samping).

Di dalam kehidupan sehari-hari, efek Tyndall dapat dilihat pada gejala-gejala berikut.

1) Jika sinar matahari masuk melalui celah ke dalam ruangan, pada sinar terlihat debu-debu beterbangan (daerah ini terlihat lebih terang). Pada daerah yang tidak terlewati sinar matahari tidak akan terlihat adanya debu. Begitu juga jika sinar matahari melewati daun pepohonan di daerah yang berkabut, sinar matahari tersebut terlihat lebih jelas.

2) Jika Anda menonton film di gedung bioskop, kemudian ada asap rokok yang mengepul ke atas cahaya proyektor terlihat lebih terang dan gambar pada layar menjadi buram.

3) Sorot lampu mobil pada malam yang berkabut terlihat lebih jelas. Begitu juga pada jalan yang berdebu, sorot lampu terlihat lebih jelas, kecuali sehabis hujan yang cukup deras (sehingga jalanan tidak berdebu dan tidak ada asap). Itulah sebabnya sorot lampu mobil seakan tidak tampak (tidak terlihat), tetapi jalan terlihat jelas.