Perhatikan bahan-bahan seperti mentega, susu, tinta, asap, kabut. Bahan-bahan tersebut sukar digolongkan sebagai zat padat, cairan, atau gas. Dalam ilmu kimia bahan seperti tersebut dinamakan koloid. Koloid sudah dikenal sejak ribuan tahun, tetapi dipelajari secara ilmiah baru dimulai awal abad sembilan belas.
Pada tahun 1907 Ostwald mengemukakan istilah Sistem Dispersi untuk koloid. Ostwald kemudian menggolongkan sistem koloid atas dasar ketiga fase materi yaitu padat, cair, dan gas. Banyak hubungan antara kehidupan dengan sistem koloid, misalnya pembentukan delta di muara sungai, protoplasma, dan darah. Pada berbagai industri, misalnya industri tekstil, farmasi, dan detergen, semua proses dalam industri tersebut menggunakan sistem koloid.Obat-obatan, karet, kosmetika, film, kabut, awan, embun, asap, dan buih merupakan suatu sistem koloid. Begitu banyak contoh koloid dalam kehidupan sehari-hari, maka perlu dipelajari dan dipahami sistem koloid ini.
Macam-macam Dispersi
Apabila setengah sendok teh gula pasir dimasukkan ke dalam gelas kimia yang berisi air dan diaduk, maka partikel gula tidak tampak lagi dan campuran menjadi jernih. Meskipun campuran itu didiamkan, gula dan air tidak terpisah. Campuran itu disebut larutan sejati. Dalam larutan sejati, partikel-partikel gula terpisah menjadi ukuran molekul yang sangat kecil, yaitu kurang dari 10–7 sentimeter.
Partikel gula dan air tidak dapat dibedakan karena larutan tersebut bercampur homogen dan tidak dapat dipisahkan dengan cara penyaringan. Kemudian, jika setengah sendok teh pasir yang bersih dimasukkan ke dalam gelas kimia yang berisi air dan diaduk, maka dapat diamati dengan jelas bahwa pasir dan air akan terpisah setelah didiamkan beberapa saat. Campuran itu disebut suspensi kasar.
Lama pemisahan campuran tersebut bergantung pada besar kecilnya partikel pasir. Makin besar ukuran partikel pasir, makin cepat terjadi pemisahan dan terbentuk endapan. Ukuran partikel suspensi kasar lebih dari 10–5 sentimeter. Oleh karena ukuran partikel besar, maka campuran itu dapat dipisahkan menjadi komponen-komponennya dengan cara penyaringan.
Butir-butir pasir tertahan di atas kertas saring, sedangkan air menerobos melalui pori-pori kertas saring dan keluar dari corong. Suspensi kasar merupakan campuran heterogen. Apabila setengah sendok teh sabun bubuk dimasukkan ke dalam gelas kimia yang berisi air dan diaduk sampai seluruh butiran sabun bubuk hilang, maka terlihat campuran keruh
merata dan sabun tidak terpisah lagi dengan air. Sabun dan air tidak dapat dipisahkan dengan cara penyaringan. Campuran itu disebut sistem koloid atau dispersi koloid. Kata koloid diambil dari bahasa Yunani yaitu kolla artinya lem (glue) dan oidos artinya seperti yang pertama kali diperkenalkan oleh Thomas Graham pada tahun 1861.
Sistem koloid adalah campuran antara campuran homogen dan campuran heterogen. Diameter partikel koloid lebih besar daripada partikel larutan sejati, tetapi lebih kecil daripada partikel suspensi kasar. Partikel koloid mempunyai diameter lebih besar daripada 10–7 cm dan lebih kecil daripada 10–5 cm atau antara 1–100 nm (1 nm = 10–9 m = 10–7 cm). Partikel koloid dapat menembus pori-pori kertas saring tetapi tidak dapat menembus selaput semipermeabel.
Gelas I : larutan jernih, air dan gula tidak terpisah.
Gelas II : larutan keruh, ada endapan dan dapat dipisahkan dengan disaring.
Gelas III : larutan keruh, tidak ada endapan, tidak dapat dipisahkan dengan penyaringan
Campuran air dan gula membentuk larutan homogen yang disebut larutan sejati. Air dan pasir membentuk campuran heterogen yang disebut suspensi kasar. Sedangkan larutan sabun mempunyai sifat antara homogen dan heterogen yang disebut sistem koloid atau dispersi koloid. Dispersi koloid, yaitu suspensi dari partikel-partikel yang sangat halus yang tersebar merata dalam suatu medium. Partikel-partikel yang tersebar dalam sistem dispersi koloid disebut fase terdispersi dan mediumnya disebut medium pendispersi. Ukuran diameter partikel-partikel koloid lebih besar daripada diameter partikel larutan sejati tetapi lebih kecil daripada partikel suspensi kasar, yaitu sebesar 10–7 cm–10–5 cm.
Untuk lebih jelas melihat perbedaan antara sistem koloid dengan larutan dan suspensi, marilah kita perhatikan tabel di bawah ini.
Macam-macam Koloid
Jika suatu larutan tersusun dari komponen-komponen zat terlarut dan pelarut, maka suatu sistem koloid juga tersusun dari dua komponen, yaitu fase terdispersi (zat terlarut) dan medium pendispersi (pelarut).
Contohnya, dispersi tanah liat; partikel tanah liat sebagai fase terdispersi, sedangkan air merupakan medium pendispersi. Dalam sistem koloid, baik fase terdispersi maupun medium pendispersi dapat berupa gas, cair, atau padat. Oleh karena itu, kita mengenal delapan macam sistem koloid. Lihat tabel berikut.
Pada tabel 9.2, kita tidak menemukan sistem koloid fase terdispersi gas dan medium pendispersi gas. Hal ini disebabkan campuran gas dengan gas selalu menghasilkan campuran yang homogen. Partikel-partikel gas berukuran molekul atau ion (diameter kurang dari 10–7 cm) dan jarak antara partikel gas tersebut sangat renggang.
Busa atau buih adalah sistem koloid yang fase terdispersinya gas dan medium pendispersinya cair. Apabila medium pendispersinya mengandung surfaktan, maka busa akan stabil. Busa sabun adalah sistem koloid yang stabil karena sabun merupakan surfaktan. Molekul surfaktan cenderung terkonsentrasi pada permukaan atau antarpermukaan cairan dan gas, dan terdiri atas dua bagian, yaitu yang bersifat nonpolar dan gugus polar.
Busa padat adalah sistem koloid yang terjadi jika padat terdispersi dalam gas, misalnya batu apung. Busa padat terjadi pada suhu tinggi dengan medium pendispersi yang mempunyai titik lebur di atas suhu kamar sehingga pada suhu kamar berwujud padat. Aerosol cair ialah sistem koloid dengan fase terdispersi cair dalam medium pendispersi gas. Aerosol alam yang sering kita jumpai, misalnya kabut dan awan.
Kabut terjadi jika udara yang memiliki kelembapan tinggi mengalami pendinginan sehingga uap air yang terkandung di udara mengembun dan bergabung membentuk sistem koloid. Jika letaknya dekat di permukaan bumi, sistem itu disebut kabut, dan apabila terdapat di angkasa disebut awan. Selain itu, ada aerosol yang sengaja dibuat oleh manusia yang diperuntukkan dalam bidang industri. Misalnya, insektisida, obat nyamuk cair, dan kosmetik yang disemprotkan pada waktu digunakan.
Contoh kosmetik adalah hair spray, spray deodoran, dan parfum. Spray deodoran adalah cairan bahan polimer dan pengharum yang dimasukkan ke dalam tabung yang bertekanan tinggi dan berisi cairan senyawa fluorokarbon yang mudah menguap. Apabila campuran itu disemprotkan, maka butiran-butiran halus dari campuran akan tersebar di udara dan membentuk sistem koloid.
Emulsi adalah sistem dispersi antara cairan dengan cairan yang tidak dapat bercampur homogen. Misalnya, minyak dalam air dan susu. Jika minyak dimasukkan ke dalam air, akan diperoleh emulsi minyak air. Sebaliknya, jika tetestetes air dimasukkan ke dalam minyak diperoleh emulsi airminyak. Pada umumnya emulsi kurang mantap.
Untuk memantapkan suatu emulsi perlu ada zat pemantap yang disebut emulgator. Fungsi zat pengelmusi (emulgator) adalah menurunkan tegangan permukaan cairan sehingga tidak mudah bergabung Iagi. Contoh emulgator, sabun, detergen, gelatin, lesitin, kasein, fosfolipida, gom, senyawa fluorokarbon, dan alkanolamida Iemak. Emulsi padat adalah sistem koloid dengan fase terdispersi cair dalam medium pendispersi padat yang tidak dapat bercampur. Misalnya, mentega adalah dispersi air dalam lemak.
Sifat-sifat Koloid
Pada dasarnya sifat koloid dapat digolongkan berdasar sifat optik dan sifat listriknya. Yang tergolong sifat optik, yaitu efek Tyndall dan gerak Brown. Sedang sifat listrik meliputi elektroforesis, adsorpsi, koagulasi, koloid pelindung, dan dialisis.
Efek Tyndall
Efek TyndalI merupakan gejala penghamburan cahaya yang dijatuhkan oleh seberkas cahaya yang dijatuhkan pada sistem koloid.
Sifat koloid ini dapat digunakan untuk membedakan larutan sejati dan sistem koloid. Pada larutan sejati tidak terjadi efek Tyndall, sedang pada sistem koloid terjadi efek Tyndall. Gejala efek Tyndall dapat dijumpai dalam kehidupan sehari-hari. Misalnya berkas sinar dari proyektor film di bioskop dan berkas cahaya Iampu mobil pada malam yang berkabut. Mengapa langit berwarna biru? Hal ini disebabkan oleh partikel koloid di udara yang menghamburkan cahaya matahari.
Gerak Brown
Partikel koloid terlalu kecil dan tidak terlihat jika diamati dengan mikroskop biasa, tetapi dapat diamati dengan menggunakan mikroskop ultra. Mikroskop ultra merupakan mikroskop yang dilengkapi sistem penyinaran khusus dan memiliki daya pisah yang besar.
Dengan menggunakan mikroskop ultra partikelpartikel koloid tampak senantiasa bergerak lurus dan arahnya tidak menentu. Gerakan partikel koloid ini disebut gerak Brown, karena yang pertama kali mengamati gerakan ini adalah Robert Brown (tahun 1827).
- Elektroforesis Partikel-partikel koloid dapat bergerak dalam medan listrik karena partikel-partikel itu bermuatan listrik. Gejala ini disebut elektroforesis. Hal ini dapat dibuktikan dengan menggunakan alat seperti terlihat pada gambar 9.8 di bawah ini.
Mula-mula tabung U diisi dengan air dan dispersi koloid dimasukkan lewat tabung tengah. Jika arus listrik searah dialirkan ke dalam sistem dispersi melalui kedua elektrode (negatif dan positif), dispersi koloid akan bergerak. Partikel koloid yang bermuatan positif akan bergerak menuju elektrode negatif dinetralkan sehingga partikel koloid ini akan mengalami koagulasi. Muatan suatu dispersi koloid dapat ditentukan dengan menggunakan cara elektroforesis.
Adsorpsi
Daya adsorpsi partikel koloid Iebih besar dibanding daya adsorpsi partikel larutan sejati. Hal ini disebabkan permukaan partikel koloid lebih luas dibanding partikel larutan sejati. Apabila partikel koloid menyerap ion, partikel itu bermuatan listrik, misalnya: koloid besi(III)hidroksida dalam air menyerap ion positif dan koloid arsen(Ill)sulfida menyerap ion negatif. Atas dasar sifat adsorpsi ini, partikel koloid sangat penting dalam praktik. Partikel koloid banyak digunakan dalam berbagai bidang, terutama bidang industri, misalnya:
- Industri gula, untuk pemutihan gula.
- lndustri tekstil, untuk proses pewarnaan.
- Perusahaan air minum, untuk menjernihkan air.
- Koagulasi
Partikel-partikel koloid dapat mengalami penggumpalan atau koagulasi. Ada dua cara mengkoagulasikan sistem koloid, yaitu cara mekanik dan cara kimia. Cara mekanik dapat dilakukan dengan pemanasan, pendinginan, atau pengadukan. Cara kimia dilakukan dengan penambahan zat-zat kimia, misalnya zat elektrolit.
Koloid pelindung
Ada koloid yang bersifat melindungi koloid lain supaya tidak mengalami koagulasi. Koloid semacam ini disebut koloid pelindung. Koloid pelindung ini membentuk lapisan di sekeliling partikel koloid yang lain sehingga melindungi muatan koloid tersebut. Tinta dan cat perlu diberi koloid pelindung. Cat yang tidak ditambah koloid pelindung akan mengalami koagulasi.
Dialisis
Untuk stabilitas koloid diperlukan sejumlah muatan ion suatu elektrolit. Akan tetapi, jika penambahan elektrolit ke dalam sistem koloid terlalu banyak, kelebihan ini dapat mengendapkan fase terdispersi dari koloid itu. Hal ini akan mengganggu stabilitas sistem koloid tersebut. Untuk mencegah kelebihan elektrolit, penambahan elektrolit dilakukan dengan cara dialisis.
Dialisis adalah suatu cara pemurnian sistem koloid dari ion-ion pengganggu yang menggunakan selaput semipermeabel. Caranya, sistem koloid dimasukkan ke dalam kantong semipermeabel, dan diletakkan dalam air. Selaput semipermeabel ini hanya dapat dilalui oleh ion-ion, sedang partikel koloid tidak dapat melaluinya.
Ion-ion yang keluar melalui selaput semipermeabel ini kemudian larut dalam air. Dalam proses dialisis hilangnya ion-ion dari sistem koloid dapat dipercepat dengan menggunakan air yang mengalir.
Pembuatan Koloid
Dilihat ukuran partikelnya, sistem koloid terletak antara larutan sejati dan suspensi kasar. Oleh karena itu, pembuatan koloid dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu:
Cara dispersi
Pada cara ini partikel kasar dipecah menjadi partikel koloid dengan cara mekanik, listrik, atau peptisasi. Partikel kasar dipecah sampai halus, kemudian didispersikan ke dalam suatu medium pendispersi. Cara pemecahan partikel semacam ini disebut cara mekanik.
Cara lain pemecahan partikel kasar yang juga cara mekanik yaitu pengocokan atau pengadukan jika partikel yang didispersikan berwujud cair. Sol belerang dapat dibuat dengan cara dispersi. Mula-mula belerang digerus sampai halus, kemudian belerang halus ini didispersikan ke dalam air (sebagai medium), terbentuk suatu sistem koloid. Pembuatan tinta dan cat juga menggunakan cara mekanik. Pemecahan partikel dengan cara listrik, lazim menggunakan cara Busur Bredig.
Caranya dengan memasukkan dua kawat logam sebagai elektrode ke dalam air. Di antara kedua ujung kawat ini diberi loncatan listrik. Akibatnya, sebagian logam pecah menjadi partikel yang sangat halus. Partikel logam yang halus ini terdispersi ke dalam air membentuk koloid logam. Koloid logam platina dan koloid logam emas dibuat dengan cara ini.
Pada cara peptisasi partikel kasar dipecah-pecah menjadi partikel koloid dengan penambahan suatu pereaksi tertentu (zat pemeptisasi). Zat pemeptisasi dapat berupa elektrolit. Endapan aluminium hidroksida Al(OH)3, akan berubah menjadi sol jika ditambahkan aluminium klorida. Kadang-kadang, pelarut dapat pula bertindak sebagai zat pemeptisasi, misalnya sol agar-agar dalam air.
Cara kondensasi
Pada cara kondensasi partikel-partikel larutan yang berupa atom, ion, atau molekul diubah menjadi partikel yang lebih besar seperti partikel koloid. Biasanya cara kondensasi dilakukan melalui reaksi kimia, misalnya reaksi oksidasi reduksi, hidrolisis, dan substitusi.