Sifat-Sifat Koloid: Elektroforesis dan Koagulasi serta Aplikasinya Dalam Kehidupan Sehari-Hari

a. Elektroforesis

Elektroforesis merupakan pergerakan partikel-partikel koloid dibawah pengaruh medan listrik. Seperti yang telah disinggung bahwa partikel koloid akan bermuatan jika partikel yang diserap berupa ion. Muatan yang dimiliki oleh suatu koloid dapat ditentukan dengan cara elektroforesis.

Jika ke dalam sistem koloid dalam tabung U diberi dua buah elektroda yang telah dihubungkan dengan sumber arus searah. Ketika arus listrik dijalankan, partikel-partikel koloid akan bergerak menuju salah satu elektroda. Gerakan ini bergantung pada muatan partikel koloid. 

Jika partikel koloid bermuatan positif, maka partikel koloid akan bergerak menuju elektroda negatif. Begitupun sebaliknya bila partikel koloid bermuatan negatif, maka partikel koloid akan bergerak menuju elektroda positif. 

Sol emas dalam air bermuatan negatif dan bergerak ke elektroda positif (anoda) seperti yang ditunjukkan pada Gambar berikut.

  

Gambar Ilustrasi Pemurnian sol emas secara elektroforesis

 Muatan yang dimiliki partikel koloid akan dinetralkan ketika partikel-partikel koloid sampai pada elektroda sehingga akan menempel pada elektroda. Hal ini akan menyebabkan terjadinya perbedaan ketinggian cairan pada kedua sisi tabung U. 

Partikel-partikel koloid yang bermuatan negatif meliputi sol dari kanji, damar, logam, sulfida-sulfida logam dan perak halida. Sedangkan partikel-partikel koloid yang bermuatan positif meliputi sol-sol dari hidroksida logam.

Dalam suatu sistem koloid, biasanya semua partikel koloid bermuatan sama misalnya semuanya negatif ataupun semuanya positif, namun ada pula yang tidak sama. Karena hal tersebut, maka elektroforesis dapat digunakan untuk memisahkan koloid.

Dalam bidang biokimia elektroforesis digunakan untuk analisis biomolekul seperti identifikasi DNA.

b. Koagulasi

Selain karena adanya gerak Brown, suatu sistem koloid distabilkan juga muatan partikel-partikel koloid itu sendiri.

Partikel-partikel koloid dalam satu sistem koloid yang bermuatan sama akan tolak menolak ketika dua partikel atau lebih saling mendekati.

Hal inilah yang menyebabkan partikel-partikel koloid tersebar ke segala arah dalam medium pendispersinya.

Lalu, apa yang terjadi jika muatan tersebut dihilangkan atau dilucuti?

Jika muatan partikel koloid dihilangkan, maka kestabilan koloid akan berkurang. Partikel-partikel koloid yang telah netral akan bersatu membentuk kumpulan-kumpulan (agregat) yang lebih besar akhirnya mengendap. 

Peristiwa pengendapatan partikel-partikel koloid dari sistem koloid disebut koagulasi atau penggumpalan atau aglutinasi.

Koagulasi dapat terjadi secara fisika (mekanik) dan secara kimia. Secara fisika dapat dilakukan dengan sentrifugasi (pemusingan atau pemutaran), pemanasan, pendinginan dan pengadukan.

Pada suhu rendah tabrakan antar partikel koloid tidak memiliki cukup energi untuk menembus penghalang ion dan agregat tidak terbentuk seperti diilustrasikan pada gambar berikut.

Gambar:

(a) Partikel koloid yang tidak membentuk agregat ketika bertababrakan karena energi  tidak cukup.

(b) Partikel koloid yang membentuk agregat ketika suhu dinaikan.

Sedangkan cara kimia dapat dilakukan dengan cara elektroforesis seperti yang telah dijelaskan dan dengan penambahan zat kimia, biasanya dengan penambahan elektrolit.

Contoh koagulasi partikel koloid besi (III) hidroksida ketika ditambahkan NaCl.

Proses koagulasi diilustrasikan pada gambar berikut.

Selain itu, koagulasi dapat terjadi jika dua jenis sol yang berlawanan muatan dicampur.

Misalnya sol besi(III) hidroksida yang bermuatan positif dicampur dengan sol arsen(III) sulfida yang bermuatan negatif.

Pencampuan ini akan menyebabkan kedua sol sama-sama mengalami koagulasi karena adanya penetralan muatan.

Koloid Pelindung

Untuk menghindari terjadinya koagulasi partikel koloid dalam suatu sistem koagulasi, maka ditambahkan koloid lain, yang disebut koloid pelindung atau koloid protektif. 

Koloid pelindung biasanya bekerja secara maksimal untuk koloid yang zat terdispersi dan medium pendispersinya berupa cairan atau yang disebut emulsi. 

Emulsi merupakan dispersi koloid diperoleh dengan cara memadukan atau mencampur dua yang cairan tidak saling melarutkan.

Contoh emulsi minyak dalam air dan emulsi air dalam minyak. Emulsi minyak dalam air dan emulsi air dalam minyak ditunjukan pada gambar ilustrasi berikut ini.

Cara kerja koloid pelidung yaitu membentuk suatu lapisan yang membungkus partikel-partikel koloid sehingga dapat mencegah tumbukan langsung antar partikel-partikel koloid. Berikut beberapa contoh dari koloid pelindung.

• 1. Pada pembuatan es krim ditambahkan gelatin untuk menghindari terbentuk es batu dan gumpalan gula yang besar.
• 
  
• 2. Dalam pembuatan mayones ditambahkan kuning telur untuk menstabilkan. Mayones merupakan suatu lemak cair seperti minyak saitun atau minyak jagung dalam air.

Dalam beberapa kasus, koloid pelindung ada secara alami seperti pada lateks, sehingga perlu dihilangkan terlebih dahulu untuk mendapatkan partikel-partikel koloid yang dilindungi.

Berikut beberapa contoh penerapan sifat koagulasi partikel koloid dalam kehidupan sehari-sehari.

1. Pengolahan Karet

Getah yang dihasilkan dari pohon karet merupakan suatu sol yaitu partikel-partikel karet yang terdispersi dalam getah karet. Oleh sebab itu, untuk memperoleh karet, paartikel-partikel koloid karet harus digumpalkan dari medium pendispersinya. 

Partikel-partikel karet biasanya digumpalkan menggunakan asam format (HCOOH) atau asam asetat (CH₃COOH). 

Dalam larutan asam, pelindung partikel-partikel karet akan rusak kemudian ion H⁺ akan menetralkan muatan partikel-partikel karet sehingga diperoleh gumpalan-gumpalan karet. 

Selanjutnya gumpalan karet, digiling, dicuci lalu dikeringkan. Karet yang telah kering siap digunakan untuk proses selanjutnya. 

Biasanya sebelum digunakan karet diolah terlebih dahulu menjadi lembaran-lembaran karet (crepe rubber).

2. Pembentukan delta di muara sungai

Dalam air sungai terdapat partikel-partikel tanah liat yang merupakan suatu koloid, sehingga akan mengalami koagulasi ketika bercampur dengan elektrolit-elektrolit yang berada dalam air laut.

3. Proses penjernihan air

Air yang digunakan dalam rumah, pertanian dan industri biasanya diambil dari alam seperti telaga, sungai atau bawah tanah. Air ini masih mengandung berbagai macam pengotor.

Oleh sebab itu, air yang akan dikonsumsi harus dilakukan proses penjernihan untuk menghilangkan partikel-partikel padat, material koloid, bakteri dan material berbahaya lainnya.

Proses penjernihan air pada umumnya melalui beberapa tahap yakni : 

- penyaringan (filtration)

- pengendapan (sedimentation atau settling)

- penyaringan pasir (sand filtration)

- aerasi (aeration)

- sterilisasi (sterilization).

Proses sedimentasi dilakukan dengan cara menambahkan kapur tohor (CaO) dan tawas aluminium sulfat (Al₂(SO₄)₃).

Persamaan reaksi:

CaO(s) + H₂O(l)   ⟶ Ca²⁺(aq)  +  2OH^–(aq)

 Al³⁺(aq)  +  3OH^–(aq)  ⟶  Al(OH)₃(s)

Ketika dimasukan dalam air tawas akan terurai menghasilkan ion Al³⁺. Ion inilah yang menetralkan muatan pada partikel-partikel koloid lumpur ataupun tanah liat sehingga mengalami koagulasi.

Tawas juga akan membentuk koloid Al(OH)₃ yang dapat mengadsorpsi  zat pencemar lain seperti detergen dan pestisida yang terdapat dalam air.

Akhir dari proses penjernihan air adalah sterilisasi. Sterilisasi dilakukan dengan cara memasukan gas klorin (Cl₂) atau ozon (O₃). Cl₂ dan O₃ merupakan agen oksidasi kuat yang mampu membunuh bakteri dalam air.

4. Alat pengendap Cottrel

Dalam kehidupan sehari-hari, prinsip koagulasi diaplikasikan pula untuk mengurangi zat-zat pencemar udara dari suatu pabrik. 

Hal ini biasanya dilakukan dengan cara memasang sebuah alat yang disebut pengendap Cottrel pada cerobong asap pabrik, seperti yang tertera pada Gambar.

Gambar Alat pengendap Cottrel pada cerobong asap pabrik

  

Sebelum asap pabrik meninggalkan cerobong, asap dialirkan melalui ujung alat pengendap Cottrel yang terdiri dari ujung-ujung tajam yang bermuatan dan diberi tegangan tingggi (sekitar 20.000 sampai 75.000 volt). Ujung-ujung ini akan mengionkan molekul-molekul yang terdapat di udara.

Ion positif yang dihasilkan, diserap oleh asap pabrik sehingga asap bermuatan positif. Partikel-partikel koloid yang telah bermuatan selanjutnya ditarik dan diikat oleh elektroda yang berlawanan muatan. 

Partikel asap atau partikel-partikel koloid lain yang bermuatan positif ditarik dan diikat oleh elektroda negatif, sedangkan partikel-partikel koloid yang bermuatan negatif ditarik dan diikat oleh elektroda yang bermuatan positf.

Setelah tiba di elektroda, muatan partikel koloid dinetralkan. Lama kelamaan partikel koloid yang dinetralkan semakin banyak kemudian jatuh ke dasar cerobong. 

Dalam dunia industri, terdapat 2 tujuan penggunaan alat pengendap Cottrel yaitu:

1. Untuk membuang partikel-partikel pencemar dari gas buangan industri.

2. Untuk mengendapkan partikel-partikel halus zat padat yang berharga.