Surfaktan

Skemamiselminyak dalam larutan berair, semacam yang terdapat dalamemulsiminyak dalam air. Dalam contoh ini,ekormolekul-molekul surfaktan yang larut dalam minyak berada di dalam minyak (biru), sementarakepalanya yang larut dalam air tetap berada dalam fase air (merah).

Surfaktanadalahsenyawa kimiayang dapat menurunkantegangan permukaan.Senyawa ini juga berfungsi untuk menurunkan tegangan antarmuka antara dua cairan, antara gas dan cairan, atau antara cairan dan zat padat. Surfaktan dapat bertindak sepertideterjen,bahanpembasah,pengemulsi,bahan pembusa (bahasa Inggris:foaming agent), dan pendispersi (bahasa Inggris:dispersant).

Etimologi dan definisi

Istilahsurfaktan(bahasa Inggris:surfactant) adalah kependekan darisurface-activeagent.

Medical Subject Headings (MeSH)dariPerpustakaan Kedokteran Nasional Amerika Serikatmerujuksurfaktansebagai "surfaktan paru"(bahasa Inggris:pulmonary surfactant). Untuk makna yang lebih luas, surfaktan adalahzat aktif permukaan.

Ilustrasi sebuahmisel– ekor ion surfaktar yang lipofil tetap berada di dalam minyak karena mereka berinteraksi lebih kuat dengan minyak daripada dengan air. "Kepala" molekul surfaktan yangpolarberinteraksi lebih kuat dengan air, sehingga mereka membentuk lapisan luarhidrofilyang membentuk penghalang antar misel. Ini menghambat droplet minyak, inti misel yang hidrofob, untuk menyatu dan membentuk droplet-droplet misel yang lebih besar. Ini disebut sebagai "pemecah emulsi". Senyawa yang membungkus misel biasanya bersifatamfifil.Hal ini berarti, misel dapat stabil baik sebagai droplet pelarut aprotik seperti minyak dalam air, maupun pelarut protik seperti air dalam minyak. Ketika droplet bersifat aprotik, kadang-kadang ini disebut sebagaimisel terbalik.

Komposisi dan struktur

Surfaktan biasanya berupasenyawa organikyang bersifat amfifil, yang artinya mereka memiliki baik gugushidrofobik(ekor) dan gugushidrofilik(kepala).Oleh karena itu, surfaktan mengandung komponen tak larut air (atau larut dalam minyak) dan komponen yang larut dalam air sekaligus. Surfaktan akan terdifusi dalam air danteradosorpsipada antarmuka antara udara dan air atau antarmuka antara minyak dan air, ketika air dicampur dengan minyak. Gugus hidrofobik yang tidak larut dalam air dapat menerobos keluar dari fase air, menuju fase udara atau fase minyak, sementara gugus kepala yang larut dalam air tetap berada di fase air.

Produksi surfaktan dunia diperkirakan sekitar 15 Mton/tahun, yang sekitar setengahnya adalahsabun.Surfaktan lain yang diproduksi dalam skala besar adalah alkilbenzena sulfonat (1700 kton/tahun), lignin sulfonat (600 kton/tahun), lemak alkohol etoksilat (700 kton/tahun), dan alkilfenol etoksilat (500 kton/tahun).

Natrium stearat, komponen paling umum pada sebagian besar sabun, merupakan 50% dari surfaktan komersial.

4-(5-Dodesil) benzenasulfonat, suatu dodesilbenzenasulfonat linier. Salah satu surfaktan yang paling umum.

Struktur fase surfaktan dalam air

Dalam fase air yang besar, surfaktan membentuk agregat, semacammisel,di mana ekor hidrofobik membentuk inti agregat dan kepala hidrofobik tetap kontak dengan cairan di sekelilingnya. Dapat pula terbentuk jenis agregat lainnya, seperti misel berbentuk bola atau silinder, ataulipida dwilapis.Bentuk agregat tergantung pada struktur kimia surfaktan, sebut saja keseimbangan ukuran antara kepala hidrofilik dan ekor hidrofobik. Ukuran keseimbangan ini adalah keseimbangan hidrofilik-lipofilik (KHL). Surfaktan menurunkan tegangan permukaan air denganmenyerappada antarmuka udara-cairan. Persamaan yang menghubungkan tegangan permukaan dan kelebihan permukaan dikenal sebagai isotermal Gibbs.

Dinamika surfaktan pada antarmuka

Dinamika adsorpsi surfaktan sangat penting untuk aplikasi praktis seperti dalam proses pembentukan busa/buih, pengemulsian atau pelapisan, di mana gelembung atau tetesan dihasilkan dengan cepat dan perlu untuk distabilkan. Dinamika adsorpsi tergantung pada koefisien difusi surfaktan. Ketika antarmuka terbentuk, adsorpsi dibatasi oleh difusi surfaktan ke antarmuka. Dalam beberapa kasus, ada pembentukan penghalang energi untuk adsorpsi atau desorpsi surfaktan. Jika penghalang seperti itu membatasi laju adsorpsi, dinamika dikatakan 'terbatas secara kinetik'. Hambatan energi tersebut dapat disebabkan oleh tolakan sterik atau elektrostatik. Reologi permukaan lapisan surfaktan, termasuk elastisitas dan viskositas lapisan, memainkan peran penting dalam stabilitas busa/buih dan emulsi.

Karakterisasi antarmuka dan lapisan surfaktan

Tegangan antarmuka dan permukaan dapat ditentukan dengan metode klasik seperti metode tetesan bandul atau tetesan berputar. Dinamika tegangan permukaan, yaitu tegangan permukaan sebagai fungsi waktu, dapat diperoleh dengan alat tekanan gelembung maksimum.

Struktur lapisan surfaktan dapat diamati menggunakanelipsometriatau reflektifitas Sinar-X.

Reologi permukaan dapat ditentukan dengan metode tetesan berosilasi atau reometer permukaan geser seperti reometer kerucut ganda, reometer cincin ganda atau reometer batang magnetis.

Klasifikasi

"Ekor" sebagian besar surfaktan cukup mirip, terdiri dari rantaihidrokarbon,baik yang bercabang, linier, atau aromatik. Fluorosurfaktan memiliki rantaifluorokarbon.Surfaktan siloksan memiliki rantai siloksan. Banyak surfaktan penting termasuk rantai polieter dengan terminal berupa gugus anionik yang sangatpolar.Gugus polieter sering terdiri dari sekuen teretoksilasi (sepertipolietilena oksida) yang disisipkan untuk meningkatkan sifat hidrofilik surfaktan. Sebaliknya, polipropilena oksida, dapat disisipkan untuk meningkatkan sifat lipofilik suatu surfaktan. Molekul surfaktan ada yang memiliki satu atau dua ekor; mereka yang memiliki dua ekor dikatakan berantai ganda.

Secara umum, surfaktan diklasifikasikan menurut polaritas gugus kepalanya. Surfaktan non-ionik tidak memiliki gugus bermuatan di kepalanya. Kepala surfaktan ionik membawa muatan positif, atau negatif. Jika muatannya negatif, surfaktan disebut anionik; jika muatannya positif, disebut kationik. Jika surfaktan mengandung kepala dengan dua gugus muatan yang berlawanan, ia disebution zwitter.Berikut surfaktan yang biasa dijumpai:

Klasifikasi surfaktan menurut komposisi kepalanya: non-ionik, anionik, kationik, amfoterik.

Anionik: sulfat, sulfonat, dan fosfat, serta derivat karboksilat

Surfaktananionikmengandung gugus fungsional anionik di kepalanya, seperti sulfat,sulfonat,fosfat,dankarboksilat.Alkil sulfat yang banyak dikenal meliputi amonium lauril sulfat,natrium lauril sulfat(natrium dodesil sulfat, SLS, atau SDS), dan sulfat alkil-eter sulfat yang terkait,natrium lauret sulfat(natrium lauril eter sulfat atau SLES), dan natrium murat sulfat.

Surfaktan anionik lainnya meliputi:

• Dokusata (dioktil natrium sulfosuksinat)
• Perfluorooktanasulfonat (PFOS)
• Perfluorobutanasulfonat
• Fosfat alkil-aril eter
• Fosfat alkil eter

Karboksilat adalah surfaktan yang paling umum dan terdiri dari garam karboksilat (sabun), seperti natrium stearat. Spesies yang lebih khusus antara lain natrium lauroil sarkosinat dan fluorosurfaktan berbasis karboksilat seperti perfluorononanoat, danperfluorooktanoat(PFOA atau PFO).

Kationik

Aminaprimer, sekunder, atau tersier yang tergantung pH; amina primer dan sekunder menjadi bermuatan positif pada pH <10:oktenidina dihidroklorida.

Garam amonium kuaterner yang diberi muatan secara permanen:setrimonium bromida(CTAB), setilpiridinium klorida (CPC),benzalkonium klorida(BAC), benzetonium klorida (BZT), dimetildioktadesilamonium klorida, dan dioktadesildimetilamonium bromida (DODAB).

Surfaktan ion zwitter

Surfaktanion zwitter(amfoter) memiliki pusat kationik dan anionik yang melekat pada molekul yang sama. Bagian kationik didasarkan padaaminaprimer, sekunder, atau tersier atau kation amonium kuaterner. Bagian anionik dapat lebih bervariasi dan termasuk sulfonat, seperti pada sultaina CHAPS (3-[(3-kolamidopropil) dimetilamonio]-1-propanasulfonat) dan kokamidopropil hidroksisultaina.Betainseperti kokamidopropil betain memiliki karboksilat dengan amonium. Surfaktan ion zwitter biologis yang paling umum memiliki anion fosfat dengan amina atau amonium, sepertifosfolipidfosfatidilserin, fosfatidiletanolamina,fosfatidilkolin,dan spingomyelin.

Non-ionik

Surfaktan non-ionik memiliki gugus hidrofil yang berikatan kovalen pada oksigennya, dan terikat pada struktur induk hidrofobik. Kelarutan dalam air dari gugus oksigennya adalah hasil dariikatan hidrogen.Ikatan hidrogen menurun dengan meningkatnya suhu, dan sehingga kelarutan surfaktan non-ionik dalam air menurun dengan meningkatnya suhu.

Surfaktan non-ionik kurang sensitif terhadap kesadahan air dibandingkan surfaktan anionik, dan buihnya juga kurang kuat. Tidak ada perbedaan yang menyolok antara masing-masing jenis surfaktan non-ionik, dan pilihannya terutama disesuaikan dengan mempertimbangkan biaya sifat-sifat khusus (mis., efektivitas dan efisiensi, toksisitas, kompatibilitas dermatologis,biodegradabilitas) atau izin untuk digunakan dalam makanan.

Etoksilat

Etoksilat alkohol lemak

• Etoksilat rentang sempit
• Oktaetilena glikol monododesil eter
• Pentaetilena glikol monododesil eter

Etoksilat alkilfenol (APE atau APEO)

• Nonoxinol
• Triton X-100

Etoksilat asam lemak

Etoksilat asam lemak adalah kelas surfaktan yang sangat serbaguna. Dalam molekulnya tergabung gugus kepala anion lemah yang peka pH dan unit etilenaoksida yang bersifat menstabilkan dan peka terhadap suhu.

Amina teretoksilasi dan/atau amida asam lemak

• Amina lemak terpolietoksilasi
• Kokamida monoetanolamina
• Kokamida dietanolamina

Etoksilat terminal terblokir

• Poloksamer

Ester asam lemak dari senyawa polihidroksi

Ester asam lemak dari gliserol

• Gliserol monostearat
• Gliserol monolaurat

Ester asam lemak dari sorbitol

• Sorbitan monolaurat
• Sorbitan monostearat
• Sorbitan tristearat
• Polisorbat 20
• Polisorbat 40
• Polisorbat 60
• Polisorbat 80

Alkil poliglukosida

Artikel utama:Alkil poliglikosida

• Desil glukosida
• Lauril glukosida
• Oktil glukosida

Oksida amina

• Laurildimetilamina oksida

Surfaktan dalam biologi

Fosfatidilkolina,ditemukan dalam lesitin, adalah surfaktan biologis yang banyak tersebar. Warnamerah– guguskolindanfosfat;hitam–gliserol;hijau–asam lemak tak jenuh tunggal;biru–asam lemak jenuh.

Tubuh manusia menghasilkan beragam surfaktan.Surfaktan paru(bahasa Inggris:pulmonary surfactant) diproduksi diparu-paruuntuk memfasilitasi pernapasan dengan meningkatkan kapasitas paru-paru total, TLC, dan pemenuhan paru-paru. Pada sindrom gangguan pernapasan atau terapi penggantian surfaktan RDS membantu pasien memiliki respirasi normal dengan menggunakan surfaktan dalam bentuk sediaan farmasi. Salah satu contoh surfaktan paru sediaan farmasi adalah Survanta (beractant) atau bentuk generiknya Beraksurf yang diproduksi olehAbbviedan Tekzima.Garam empedumemainkan peran penting dalam pencernaan.

Risiko keselamatan dan lingkungan

Kebanyakan surfaktan anionik dan non-ionik tidak beracun, memilikiLD50yang setara dengannatrium klorida.Toksisitassenyawa amonium kuaterner,yang bersifatantibakteridanantijamur,bervariasi. Dialkildimetilamonium klorida (DDAC, DSDMAC) yang digunakan sebagai pelembut kain memilikiLD50yang rendah (5 g/kg) dan pada dasarnya tidak beracun, sedangkandisinfektanalkilbenzildimetilamonium klorida memiliki LD50 0,35 g/kg. Paparan surfaktan dalam waktu lama dapat mengiritasi dan merusak kulit karena surfaktan mengganggumembran lipidyang melindungi kulit dan sel-sel lain. Iritasi kulit meningkat sesuai urutan surfaktan sebagai berikut: non-ionik, amfoter, anionik, kationik.

Surfaktan tersimpan secara rutin dalam berbagai cara di darat dan ke dalam sistem air, baik sebagai bagian dari proses terkait atau sebagai limbah industri dan rumah tangga. Beberapa surfaktan diketahui beracun bagi hewan, ekosistem, dan manusia, dan dapat meningkatkan difusi kontaminan lingkungan lainnya.

Surfaktan anionik dapat ditemukan di tanah sebagai hasil dari aplikasi lumpur, irigasi air limbah, dan proses remediasi. Konsentrasi surfaktan yang relatif tinggi bersama dengan multimetal dapat menunjukkan tingkat risiko lingkungan. Pada konsentrasi rendah, aplikasi surfaktan tidak mungkin memiliki efek signifikan pada mobilitas logam renik.

Dalam kasuskebocoran minyak Deepwater Horizon,Corexit, dalam jumlah yang belum pernah dilakukan sebelumnya, disemprotkan langsung ke laut pada bagian yang bocor dan di permukaan air laut. Teori yang jelas adalah bahwa surfaktan mengisolasi tetesan minyak, membuatnya lebih mudah bagi mikrob pemakan minyak untuk mencerna minyak. Bahan aktif dalam Corexit adalah dioktil natrium sulfosuksinat (DOSS), sorbitan monooleat (Span 80), dan sorbitan monooleate terpolioksietilenasi (Tween-80).

Biodegradasi

Dua surfaktan utama, alkilbenzena sulfonat linier (LAS) dan alkil fenoletoksilat(APE) terurai dalam kondisiaerobikyang ditemukan pada instalasipengolahan limbahdan di tanah menjadi nonilfenol, yang dianggap sebagai pengganggu endokrin.

Hal yang menarik banyak perhatian adalah tidak dapat terbiodegradasinya fluorosurfaktan, mis.asam perfluorooktanoat(PFOA).

Aplikasi

Produksi global surfaktan pertahun adalah 13 juta ton pada tahun 2008.Pada tahun 2014, pasar dunia surfaktan mencapai volume lebih dari 33 miliar dolar AS. Peneliti pasar mengharapkan pendapatan tahunan meningkat 2,5% per tahun menjadi sekitar 40,4 miliar dolar AS hingga 2022. Jenis surfaktan yang paling signifikan secara komersial saat ini adalah surfaktan anionik alkil benzena sulfonat (LAS), yang banyak digunakan dalam pembersih dan deterjen.

Surfaktan memainkan peran penting sebagai zat pembersih,pembasah,pendispersi,pengemulsi,pembentuk busa danpengawabusadalam banyak produk dan aplikasi praktis, termasukdeterjen,pelembut kain,emulsi,sabun,cat,perekat,tinta,anti-kabut, lilin ski, lilinsnowboard,penghilangan tinta dari kertas daur ulang, dalam flotasi, pencucian dan proses enzimatik,obat pencahar.Selain itu, formulasi agrokimia seperti (beberapa)herbisida,insektisida,biosida(pembersih (bahasa Inggris:sanitizer)), danspermisida(nonoksinol-9). Produk perawatan pribadi sepertikosmetik,sampo,gel mandi,kondisioner rambut(setelah shampo),pasta gigi.Surfaktan digunakan dalampemadam kebakarandan jaringan pipa (zat pengurang hambatan cair). Polimer surfaktan alkali digunakan untuk memobilisasi minyak dalamsumur minyak.

Penggeseran udara dari matriks pembalut kapas dan perban sehingga larutan obat dapat diserap untuk diaplikasikan ke berbagai area tubuh; pembersihan kotoran dan debu menggunakan deterjen dalam mencuci luka;dan aplikasi lotion dan semprotan obat ke permukaan kulit dan selaput lendir.

Deterjen dalam biokimia dan bioteknologi

Dalam larutan, deterjen membantu melarutkan berbagai spesies kimia dengan mendisosiasi agregat dan membuka protein. Surfaktan populer di laboratorium biokimia adalahnatrium lauril sulfat(SDS) dansetil trimetilamonium bromida(CTAB). Deterjen adalah pereaksi kunci untukmengekstraksiprotein dengan cara lisis sel dan jaringan: Mereka mengacaukan lapisan ganda membran lipid (SDS, Triton X-100, X-114, CHAPS, DOC, dan NP-40), dan melarutkan protein. Deterjen yang lebih lunak seperti oktil tioglukosida, oktil glukosida atau dodesil maltosida digunakan untuk melarutkan protein membran sepertienzimdanreseptortanpamendenaturasinya.Bahan yang tidak larut dipisahkan dengan sentrifugasi atau cara lain. Untukelektroforesis,misalnya, protein diperlakukan dengan SDS untuk mendenaturasistruktur tersier dan kuaterneralami, memungkinkan pemisahan protein sesuai denganberat molekulnya.

Deterjen juga telah digunakan untuk melucuti sel organ. Proses ini mempertahankan matriks protein yang mempertahankan struktur organ dan sering kali jaringan mikrovaskuler. Proses ini telah berhasil digunakan untuk mempersiapkan organ-organ seperti liver dan jantung untuk transplantasi pada tikus.Surfaktan parujuga secara alami disekresikan oleh sel-selalveoliparu-paru tipe II padamamalia.

Preparasiquantum dot

Surfaktan digunakan denganquantum dotuntuk memanipulasi pertumbuhan,dan perakitan titik-titik, reaksi pada permukaannya, sifat-sifat kelistrikan, dll., penting untuk memahami cara surfaktan mengaturpada permukaanquantum dot.

Lihat juga

• Anti kabut
• Deterjen dapat terurai
• Emulsi
• Hidrotrop
• Pengukuran MBAS, adalahpengukuranyang mengindikasikan surfaktananionikdalam air dengan cara reaksi pembiruan.
• Niosoma
• Pendispersi minyak
• Surfaktan dalam cat

Pranala luar

• Media tentangSurfaktandi Wikimedia Commons