GudangIlmuFarmasi – Suatu sistem material dimana suatu jenis materi, biasanya berupa partikel halus, didistribusikan ke dalam materi (fase) lainnya disebut dispersi. Pada tahun 1925, H.Freundlich mengklasifikasikan dispersi menjadi 3 golongan besar. yaitu larutan, larutan koloid dan suspensi. Dimana klasifikasi ini didasarkan atas 4 perbedaan, adapun perbedaan yang pling penting untuk membedakan ketiganya adalah ukuran partikel. Ukuran partikel suspensi adalah yang paling besar dengan ukuran >100 nm, larutan koloid 1-100 nm, dan larutan sejati memiliki ukuran partikel <1 nm (Young, 2016).

Diantara ketiga jenis golongan dispersi, koloid dan suspensi digolongkan dalam campuran heterogen, karena partikel-partikel yang terlarut di dalamnya masih dapat terlihat, sedangkan untuk larutan sejati, antara zat pelarut dan terlarut sudah tidak bisa dibedakan lagi. Suspensi adalah sistem dispersi yang mudah mengalami pengendapan (sedimentasi) karena ukuran partikelnya besar sehingga akan menghasilkan endapan zat terlarut. Sedangkan untuk koloid, dia cenderung lebih lama untuk mengendap dibandingkan suspensi karena ukuran partikelnya kecil, selain itu koloid mengikuti gerak Brown, dimana gerak ini adalah gerak partikelnya tidak berhenti karena adanya tumbukan dengan molekul pelarut (Najmudin, 2018)

Koloid adalah sistem yang cenderung stabil dan tidak mudah mengendap, dan merupakan bentuk dispersi yang sering kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari, seperti gula, gelatin, susu dan lain sebagainya. Oleh karena itu pada artikel ini dibahas mengenai sistem koloid, karakteristik, aplikasi dan kestabilannya. 

Tegangan Antarmuka

Molekul-molekul yang ada di alam terdiri dari tiga jenis berdasarkan bentuknya. Bentuk gas, cair dan padat. Apabila dua molekul yang berbeda baik wujud dan karakteristikanya digabungkan, akan terdapat energi antarmuka diantara kedua molekul. Tegangan antarmuka dari dua fase inilah yang akan membuat molekul-molekul sulit untuk digabungkan. Khususnya dalam kasus pembentukan molekul kompleks, orientasi pada lapisan permukaan atom menjadi factor penentu utama dalam reaksi permukaan (Birdi, 2009).

Gaya intramolekul yang bekerja dengan demikian akan berbeda dalam dua kasus ini. Lebih jauh, telah ditunjukkan bahwa yang padat fluida, gaya tolak mendominasi struktur cairan. Efek utama dari gaya tolak adalah memberikan potensi latar belakang seragam dimana molekul bergerak sebagai bola keras. Gaya atraktif yang bekerja pada setiap molekul dalam fasa curah bersifat isotropic jika dipertimbangkan dalam jangka waktu rata-rata. Ini berarti bahwa gaya total resultan ke segala arah tidak ada. Bidang yang  menimbulkan hal  ini disebut tegangan permukaan (ST) atau tegangan  antarmuka  (IFT)  (Birdi,  2009).
    Tegangan permukaan adalah perbedaan perubahan energi bebas dengan perubahan permukaan daerah. Peningkatan luas permukaan membutuhkan molekul dari fase massal dibawa ke fase permukaan. Ini berlaku bila ada dua fluida atau padatan dan sebuah cairan, dan biasanya disebut tegangan antarmuka (Birdi, 2010). 

Tegangan antarmuka dan tegangan permukaan adalah tantangan dalam formulasi sebuah sediaan. Namun, Gibbs telah berhasil menemukan teori adsorpsi yang menganggap permukaan cairan menjadi lapisan tunggal. Tegangan permukaan air berkurang secara signifikan dengan penambahan jumlah kecil sabun atau deterjen. Teori ini menghubungkan perubahan tegangan permukaan dengan perubahan konsentrasi sabun. (Birdi, 2010).

Sekarang penggabungan dua molekul yang berbeda sudah banyak dilakukan dengan bantuan bahan yang dapat menurunkan tegangan permukaan. Adapun bahan yang sering digunakan adalah sukrfaktan yang dapat menurunkan tegangan permukaan dan tegangan antarmuka, sehingga kedua molekul yang berbeda dapat tercampur secara homogen.

Koloid 

Sistem koloid dianggap memiliki karakter heterogen, terdiri dari dua fase. Zat yang didistribusikan sebagai partikel koloid disebut fase Dispersi. Fase kontinyu kedua di mana partikel koloid terdispersi disebut medium Dispersi. Misalnya, untuk larutan koloid tembaga dalam air, partikel tembaga merupakan fasa terdispersi dan menyirami media dispersi. Fase terdispersi mengacu pada fase yang membentuk partikel. Media dispersi adalah media tempat terjadinya dispersi partikel. Seperti dinyatakan di atas, sistem koloid dibuat dari fase terdispersi dan media dispersi. Karena fasa terdispersi atau medium dispersi dapat berupa gas, cair atau padat, ada delapan jenis sistem koloid yang mungkin. Dispersi koloid dari satu gas ke gas lainnya tidak dimungkinkan karena kedua gas akan menghasilkan campuran molekul yang homogen (Ogemdi, 2019).

Berikut ini adalah klasifikasi koloid berdasarkan fase terdispersi dan pendispersinya (Kuchibhatla, 2005)

Pada konsentrasi tertentu, sistem mikro heterogen menampilkan banyak karakteristik yang sama dengan koloid karena banyak partikel berada dalam kisaran koloid. Namun karena fakta bahwa persentase kritis partikel lebih besar dari 100 nm, banyak di antaranya cenderung mengendap. Sistem mikro heterogen memiliki warna yang berbeda dari warna yang sesuai sistem koloid. Warnanya akan cenderung lebih ke arah hitam karena cahaya diblokir oleh partikel yang lebih kasar (Young, 2016).

Karakteristik Koloid

Koloid memiliki karakteristik ukuran partikel yang berkisar antara 1-100 nm. Karena mikron adalah sepersejuta meter, dan satu meter berukuran sekitar 40 inci, satu mikron adalah empat seperseratus ribu satu inci. Jadi, ukuran koloid sekitar empat sepersejuta inci menjadi sekitar empat seperseratus juta inci, atau 10 angstrom di ujung yang lebih kecil dari rentang tersebut. Ini menempatkan ukuran paling kecil koloid berukuran sekitar 10 kali ukuran atom hydrogen (Young, 2016).

Ketika seberkas cahaya yang kuat melewati sol dan dilihat dari sudut kanan, jalur cahaya muncul sebagai berkas kabur atau kerucut. Ini disebabkan oleh fakta bahwa partikel sol menyerap energi cahaya dan kemudian memancarkannya ke segala arah di ruang angkasa. ‘Hamburan cahaya’ ini, demikian sebutannya, menerangi jalur berkas dalam dispersi koloid. Fenomena hamburan cahaya oleh partikel sol disebut efek Tyndall. Berkas atau kerucut yang diterangi yang dibentuk oleh hamburan cahaya oleh partikel sol sering disebut sebagai berkas Tyndall atau kerucut Tyndall. Ini dapat membedakan antara koloid dan larutan sejati (Ogemdi, 2019). 

Sifat kinetik koloid mengikuti gerak Brown. Gerak ini pertama kali ditemukan oleh Robert Brown, dimana gerak ini menunjukan adanya gerak yang senantiasa bergerak terus menerus dengan gerakan zigzag. Gerak inilah yang menyebabkan koloid stabil. Gerakan partikel koloid yang bergerak terus menerus sehingga dapat mengimbangi gaya gravitasi, sehingga koloid tidak akan mengendap (Ogemdi, 2019).  

Koloid dapat mengadsorpsi hal ini disebabkan oleh ukuran partikelnya yang kecil sehingga luas permukaannya besar dan menyebabkan kemampuan adsorbsinya besar. Koloid dapat mengadsorbsi ion sehingga membuatnya bermuatan listrik dan dapat bergerak dalam medan listrik atau yang disebut dengan elektroforesis (Sulistyani, 2011).

Stabiltas Koloid 

Stabilitas koloid (sebagai padatan atau cairan) ditentukan oleh energi bebas (energi bebas permukaan atau energi bebas antarmuka) dari sistem. Parameter utama yang menarik adalah luas permukaan besar yang terpapar antara fase terdispersi dan fase berkelanjutan. Karena partikel koloid bergerak secara konstan, energi dispersi mereka  ditentukan oleh gerak Brown. Energi yang diberikan oleh tabrakan dengan molekul di sekitarnya pada suhu T = 300 K adalah 3/2 kBT = 3/2 1,38 10−23 300 = 10−20 J (di mana kB adalah konstanta Boltzmann). Energi dan gaya antarmolekul ini dengan demikian akan menentukan stabilitas koloid (Birdi, 2010).

Koloid secara umum dibedakan menjadi dua kategori, yaitu koloid liofilik (jenis koloid yang fase terdispersinya dapat mengikat atau menarik medium pendispersinya) dan liofobik (yang tidak dpaat mengikat medium pendispersinya). Koloid liofilik stabil secara termodinamika, sedangkan koloid liofobik tidak stabil bahkan pada konsentrasi serendah 0,01M (Kuchibhatla, 2005).

Stabilitas koloid dapat terganggu karena pemanasan dan pendinginan yang akan merupak gerak Brown partikel, dan pencampuran elektrolit. Pencampuran atau penambahan elektrolit akan mengurangi stabilitas koloid karena pada dasarnya, koloid dapat mengadsorbsi ion. Apabila ditambahkan elektrolit maka partikel koloid akan menarik ion negatif positi bergantian, hal ini akan membentuk selubung dan apabila selubung ini terlalu dekat maka selubung itu dapat menetralkan kolid sehingga terjadi flokulasi. Dengan kata lain, semakin kuat besar muatan ion, makin kuat daya tariknya dengan partikel koloid, sehingga terjadilah penggumpalan partikel koloid (koagulasi) dan stabilitasnya menurun (Sulistyani, 2011).

Stabilitas dengan energi interaksi dari partikel dalam larutan. Interaksi antar partikel bisa dibagi menjadi gaya tarik van der Waals dan listrik tolak kekuatan lapisan ganda. Jika jumlah gaya tolak lebih tinggi dari itu dari gaya tarik, sistem yang dijelaskan dapat dianggap stabil . Dengan kata lain bila gaya tarik (disebabkan oleh permanen interaksi dipol-dipol permanen) gaya dipol yang diinduksi dipol permanen dan gaya dipol transitori-dipol-transitori lebih kuat dari gaya tolak, partikel melekat satu sama lain dan akibatnya terjadi flokulasi. Itu penambahan zat yang berbeda serta faktor lain seperti konsentrasi, kekuatan ion atau pH dapat mengubah energi potensial total interaksi. Dalam kasus makromolekul, penambahan stabilitas suspensi koloid tergantung pada mekanisme stabilisasi (Matusiak, 2017).

Metode stabilisasi koloid terdiri dari beberapa cara, yang pertama adalah mekanisme stabilisasi sterik.  Mekanisme stabilisasi sterik dan elektrosterik berlaku untuk situasi ketika polimer melekat pada permukaan partikel. Dalam kasus stabilisasi sterik, polimer yang teradsorpsi tidak memiliki muatan elektrostatis. Stabilisasi elektrosterik mengacu pada sistem di dimana polimer memiliki sifat nonionik (Matusiak, 2017). Menggunakan polimer nonionik juga akan membantu partikel koloid tidak bermuatan, sehingga akan mencegah dari flokulasi (Napper, 2006).

Mekanisme terakhir yaitu stabilisasi penipisan, berlaku untuk situasi di mana polimer tidak teradsorpsi pada partikel padat. rantai polimer bebas itu, yang dapat membuat struktur berbeda, ditempatkan antara partikel padat yang menyebabkan penurunan tarikan antar partikel dan akibatnya, dapat mempengaruhi stabilitas. Walaupun penambahan makromolekul ke sistem dapat menyebabkan peningkatan stabilisasi, dan juga dapat menyebabkan destabilisasi. Kebalikan dari proses stabilisasi adalah flokulasi, yang terjadi saat penjumlahan gaya tarik lebih kuat dari gaya tolak. Dua tipe utama flokulasi yang disebabkan oleh polimer dapat dijelaskan. Ada menjembatani dan penipisan flokulasi (Matusiak, 2017).

Flokulasi penghubung terjadi ketika dua atau lebih koloid partikel dihubungkan menggunakan rantai polimer yang teradsorpsi pada permukaan padat, yang menghasilkan agregasi sistem. Flokulasi penipisan tergantung pada agregasi partikel padat yang dipengaruhi oleh beberapa makromolekul bebas yang tidak terserap (Matusiak, 2017).

Kesimpulan 

Koloid adalah sistem dispersi yang sering kita jumpai dikehidupan sehari-hari. Koloid memiliki beberapa kriteria diantaranya dapat menghamburkan cahaya, dapat mengadsorpsi ion, dan dapat bergerak dalam medan listrik.  Koloid merupakan campuran heterogen yang sama dengan suspensi, namun memiliki ukuran partikel yang lebih kecil. Ukuran partikel inilah yang dapat membuat koloid tidak mengendap (gerak Brown). Walaupun koloid tidak mengendap bukan berarti koloid tidak mengalami destabilisasi. Koloid akan membentuk koagulasi jika dipanaskan, didinginkan, dan bila ditambahkan elektrolit, namun untuk meningkatkan stabilitasnya dapat dengan menambahkan polimer.

Sumber :

Birdi, K,S., (2010), Surface and Colloid Chemistry Principles and Application, CRC Press Taylor & Francis Group, 2-3, 1-241. 

Kuchibhatla, S., Karakoti, S.A., Seal, S, 2005, Colloidal Stability by Surface Modification. Journal of The Minerals, Metals & Materials Society, 52, 52-56.

Matusiak, J., Elzbieta, G, (2017), Stability of Colloidal System- A Review Of The Stability Measurement Methods, Annales UMCS, Vol. LXXII, 1.

Najmudin, I., (2018), Studi Progres Gerak Brown Relativistik Dengan Pendekatan Hanggi-Klimontovich, Universitas Islam Negeri Maulana Malik Ibrahim, 28, 1-128.

Napper, D, (2006), Colloid Stability, Department of Physical Chemistry University of Sydney, 469, 467-477.

Ogemdi, I, K., (2019), Properties and Uses of Colloids: A Review, Science Publishing Group, 25-25, 24-28

Sulistyani, (2011), Sistem Koloid, Universitas Negeri Yogyakarta, 5-9, 1-20. Young, R., (2016), Colloids and Colloidal System in Human Health and Nutrition, International Journal Of Complementary & Alternative Medicine, 1-2, 1-8.

Penulis : Lisa Efriani Puluhulawa, Mahasiswa Program Magister Ilmu Farmasi, Fakultas Farmasi, Universitas Padjadjaran.