Efek pembasahan, persyaratan: HLB: 7-9
Pembasahan didefinisikan sebagai fenomena di mana gas yang terserap pada permukaan padat digantikan oleh cairan. Zat yang dapat meningkatkan kapasitas penggantian ini disebut zat pembasah. Pembasahan umumnya dikategorikan menjadi tiga jenis: pembasahan kontak (pembasahan adhesi), pembasahan imersi (pembasahan imersi), dan pembasahan penyebaran (penyebaran). Di antara ketiganya, penyebaran mewakili standar pembasahan tertinggi, dan koefisien penyebaran sering digunakan sebagai indikator untuk mengevaluasi kinerja pembasahan antara sistem yang berbeda. Selain itu, sudut kontak juga merupakan kriteria untuk menilai kualitas pembasahan. Surfaktan dapat digunakan untuk mengontrol derajat pembasahan antara fase cair dan padat.
Dalam industri pestisida, beberapa formulasi granular dan bubuk tabur juga mengandung sejumlah surfaktan. Tujuannya adalah untuk meningkatkan daya lekat dan jumlah pengendapan pestisida pada permukaan target, mempercepat laju pelepasan dan memperluas area penyebaran bahan aktif dalam kondisi lembap, sehingga meningkatkan efektivitas pencegahan dan pengobatan penyakit.
Dalam industri kosmetik, surfaktan bertindak sebagai pengemulsi dan merupakan komponen yang sangat penting dalam produk perawatan kulit seperti krim, losion, pembersih wajah, dan penghapus riasan.
Misel dan Solubilisasi,Persyaratan: C > CMC (HLB 13–18)
Konsentrasi minimum di mana molekul surfaktan berasosiasi membentuk misel. Ketika konsentrasi melebihi nilai CMC, molekul surfaktan akan tersusun menjadi struktur seperti bentuk bulat, batang, lamellar, atau lempeng.
Sistem pelarutan merupakan sistem kesetimbangan termodinamika. Semakin rendah CMC dan semakin tinggi derajat asosiasi, semakin besar konsentrasi aditif maksimum (MAC). Pengaruh suhu terhadap pelarutan tercermin dalam tiga aspek: suhu memengaruhi pembentukan misel, kelarutan zat terlarut, dan kelarutan surfaktan itu sendiri. Untuk surfaktan ionik, kelarutannya meningkat tajam seiring dengan kenaikan suhu, dan suhu di mana peningkatan mendadak ini terjadi disebut titik Krafft. Semakin tinggi titik Krafft, semakin rendah konsentrasi misel kritis.
Untuk surfaktan nonionik polioksietilen, ketika suhu naik ke tingkat tertentu, kelarutannya menurun tajam dan terjadi pengendapan, menyebabkan larutan menjadi keruh. Fenomena ini dikenal sebagai pengaburan, dan suhu yang sesuai disebut titik kabut. Untuk surfaktan dengan panjang rantai polioksietilen yang sama, semakin panjang rantai hidrokarbon, semakin rendah titik kabutnya; sebaliknya, dengan panjang rantai hidrokarbon yang sama, semakin panjang rantai polioksietilen, semakin tinggi titik kabutnya.
Zat organik nonpolar (misalnya, benzena) memiliki kelarutan yang sangat rendah dalam air. Namun, penambahan surfaktan seperti natrium oleat dapat secara signifikan meningkatkan kelarutan benzena dalam air—suatu proses yang disebut solubilisasi. Solubilisasi berbeda dari pelarutan biasa: benzena yang terlarut tidak tersebar secara merata dalam molekul air tetapi terperangkap di dalam misel yang dibentuk oleh ion oleat. Studi difraksi sinar-X telah mengkonfirmasi bahwa semua jenis misel mengembang hingga berbagai tingkat setelah solubilisasi, sementara sifat koligatif dari keseluruhan larutan sebagian besar tetap tidak berubah.
Seiring peningkatan konsentrasi surfaktan dalam air, molekul surfaktan terakumulasi di permukaan cairan membentuk lapisan monomolekuler yang tersusun rapat dan terorientasi. Molekul berlebih dalam fase curah beragregasi dengan gugus hidrofobiknya menghadap ke dalam, membentuk misel. Konsentrasi minimum yang diperlukan untuk memulai pembentukan misel didefinisikan sebagai konsentrasi misel kritis (CMC). Pada konsentrasi ini, larutan menyimpang dari perilaku ideal, dan titik infleksi yang jelas muncul pada kurva tegangan permukaan vs. konsentrasi. Peningkatan konsentrasi surfaktan lebih lanjut tidak akan lagi mengurangi tegangan permukaan; sebaliknya, hal itu akan mendorong pertumbuhan dan perkalian misel secara terus menerus dalam fase curah.
Ketika molekul surfaktan terdispersi dalam larutan dan mencapai ambang konsentrasi tertentu, molekul-molekul tersebut berasosiasi dari monomer individual (ion atau molekul) menjadi agregat koloid yang disebut misel. Transisi ini memicu perubahan mendadak pada sifat fisik dan kimia larutan, dan konsentrasi di mana hal ini terjadi disebut CMC (Critical Micelle Concentration). Proses pembentukan misel disebut sebagai miselisasi.
Pembentukan misel dalam larutan surfaktan berair merupakan proses yang bergantung pada konsentrasi. Dalam larutan yang sangat encer, air dan udara hampir bersentuhan langsung, sehingga tegangan permukaan hanya sedikit berkurang, tetap mendekati tegangan permukaan air murni, dengan sangat sedikit molekul surfaktan yang tersebar dalam fase curah. Seiring dengan peningkatan konsentrasi surfaktan secara moderat, molekul-molekul tersebut dengan cepat terserap ke permukaan air, mengurangi area kontak antara air dan udara dan menyebabkan penurunan tajam pada tegangan permukaan. Sementara itu, beberapa molekul surfaktan dalam fase curah beragregasi dengan gugus hidrofobiknya sejajar, membentuk misel-misel kecil.
Saat konsentrasi terus meningkat dan larutan mencapai adsorpsi jenuh, lapisan monomolekuler yang padat terbentuk di permukaan cairan. Ketika konsentrasi mencapai CMC, tegangan permukaan larutan mencapai nilai minimumnya. Di luar CMC, peningkatan konsentrasi surfaktan lebih lanjut hampir tidak memengaruhi tegangan permukaan; sebaliknya, hal itu meningkatkan jumlah dan ukuran misel dalam fase curah. Larutan kemudian didominasi oleh misel, yang berfungsi sebagai mikroreaktor dalam sintesis nanopowder. Dengan peningkatan konsentrasi yang berkelanjutan, sistem secara bertahap bertransisi ke keadaan kristal cair.
Ketika konsentrasi larutan surfaktan dalam air mencapai CMC (Konsentrasi Misel Kritis), pembentukan misel menjadi menonjol seiring dengan peningkatan konsentrasi. Hal ini ditandai dengan titik infleksi pada kurva tegangan permukaan vs. log konsentrasi (kurva γ–log c), bersamaan dengan munculnya sifat fisik dan kimia yang tidak ideal dalam larutan.
Misel surfaktan ionik membawa muatan permukaan yang tinggi. Karena daya tarik elektrostatik, ion lawan tertarik ke permukaan misel, menetralkan sebagian muatan positif dan negatif. Namun, begitu misel membentuk struktur bermuatan tinggi, gaya hambat dari atmosfer ionik yang dibentuk oleh ion lawan meningkat secara signifikan—suatu sifat yang dapat dimanfaatkan untuk menyesuaikan dispersibilitas nanopowder. Karena dua alasan ini, konduktivitas ekuivalen larutan menurun dengan cepat seiring peningkatan konsentrasi di luar CMC, menjadikan titik ini sebagai metode yang andal untuk menentukan konsentrasi misel kritis surfaktan.
Struktur misel surfaktan ionik biasanya berbentuk bulat, terdiri dari tiga bagian: inti, cangkang, dan lapisan ganda listrik difus. Intinya tersusun dari rantai hidrokarbon hidrofobik, mirip dengan hidrokarbon cair, dengan diameter berkisar antara sekitar 1 hingga 2,8 nm. Gugus metilen (-CH₂-) yang berdekatan dengan gugus kepala polar memiliki polaritas parsial, menahan beberapa molekul air di sekitar inti. Dengan demikian, inti misel mengandungsa sejumlah besar air yang terperangkap, dan gugus -CH₂- ini tidak sepenuhnya terintegrasi ke dalam inti hidrokarbon seperti cairan, melainkan membentuk bagian dari cangkang misel non-cair.
Lapisan misel juga dikenal sebagai antarmuka misel-air atau fase permukaan. Istilah ini tidak merujuk pada antarmuka makroskopis antara misel dan air, melainkan pada wilayah antara misel dan larutan surfaktan monomerik dalam air. Untuk misel surfaktan ionik, lapisan tersebut dibentuk oleh lapisan Stern terdalam (atau lapisan adsorpsi tetap) dari lapisan ganda listrik, dengan ketebalan sekitar 0,2 hingga 0,3 nm. Lapisan tersebut tidak hanya mengandung gugus kepala ionik surfaktan dan sebagian ion lawan yang terikat, tetapi juga lapisan hidrasi karena hidrasi ion-ion tersebut. Lapisan misel bukanlah permukaan yang halus, melainkan antarmuka yang "kasar", hasil dari fluktuasi yang disebabkan oleh gerakan termal molekul monomer surfaktan.
Dalam media non-air (berbasis minyak), di mana molekul minyak mendominasi, gugus hidrofilik surfaktan berkumpul ke dalam membentuk inti polar, sementara rantai hidrokarbon hidrofobik membentuk cangkang luar misel. Jenis misel ini memiliki struktur terbalik dibandingkan dengan misel air konvensional dan oleh karena itu disebut misel terbalik; sebaliknya, misel yang terbentuk dalam air disebut misel normal. Gambar 4 menunjukkan model skematis misel terbalik yang dibentuk oleh surfaktan dalam larutan non-air. Dalam beberapa tahun terakhir, misel terbalik telah banyak digunakan dalam sintesis dan pembuatan pembawa obat skala nano, khususnya untuk enkapsulasi obat hidrofilik.
Waktu posting: 26 Desember 2025