BAB I

5/17/2018 BAB I - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/bab-i-55b07d8eba77b 1/8

BAB I

PENDAHULUAN

Kesetimbangan donnan adalah perubahan partikel pada membran semipermeable yang saling

berdekatan. Biasanya disebabkan oleh perubahan substrat yang berbeda yang tidak sanggupuntuk melewati membrane sehingga terjadi perubahan gaya listrik yang tidak rata. Efek gibbsdonnan dapat menjaga kerusakan sel. Kesetimbangan donnan dikemukan dalam 3 fasa untuk

artikular cartilage seperti pada elektrokimia fuel cells dan dialisis.Kesetimbangan donnan juga merupakan difusi zat terlarut yang dipisahkan oleh membrane

yang dapat menembus air dan elektrolit tetapi tidak dapat ditembus untuk salah satu jenis ion,diffusible zat terlarut tidak sama distribusinya antara dua bagian. Ketika terjadi interface

antara plasma di dalam kapilaritas dan interstitial fluida, maka terjadi KesetimbanganDonnan. Kebanyakan ion dan air berdifusi sekitar epithelium capillary pada tahap interstitialuntuk menambahkan fluida. Meski demikian, ada satu jenis ion yang bersifat impermeable,

dan ini terbentuk dari pembentukan molekul negative plasma protein yang berada dalamkapiler.

Molekul yang sangat besar sulit untuk meninggalkan kapiler, sehingga tertinggal di dalamplasma. Hasilnya akan tampak jika konsentrasi ion sodium diukur dalam larutan, Meskipundemikian, peristiwa ini tidak disebabkan oleh efek Donnan, dan kenyataannya ion sodium

tanpa kapiler akan lebih bagus daripada interstitial fluida, karena ion sodium memilikimuatan positif dan beberapa interaksi dengan muatan negative anion protein. Selanjutnya

anion protein menyebabkan distribusi kation sodium di sekitar batas kapiler.

BAB II

ISI

2.1 PENGERTIANKesetimbangan Donnan terdiri dari dua fasa ionik yang salah satu komponennya dibatasi

dalam suatu fasa, tetapi jenis ion lainnya dapat berpindah-pindah antara kedua fasa tersebut.Peristiwa di atas muncul ketika dua larutan elektrolit terpisah dari membran semi-permeabel

dimana ion yang kecil masuk ke dalam pori-pori dan menghalangi lintasan ion yang besar. Inidihasilkan dari sifat salah satu komponen, seperti sebuah kesetimbangan kisi-kisi molekul

dari campuran filamen protein dalam larutan garam. Pada salah satu kasus , distribusi yangtidak rata dari ion yang tersebar di atas dua fasa akan terbentuk dan konsentrasinyamenghasilkan potensial listrik yang berbeda antara setiap fasa.

Selanjutnya, pembentukan tekanan osmosisnya berbeda dan potensial listrik juga berbedauntuk setiap fasa. Tipe kesetimbangan ion inilah disebut dengan Kesetimbangan Donnan.Pada jenis kesetimbangan Donnan nondifussible, seperti molekul protein yang memiliki

diameter sekitar 100 Å atau lebih, maka sangat penting untuk menentukan nilai efek ukuranion dalam perhitungan aktifitas koefisien ioniknya.

Pada kesetimbangan termodinamika didapatkan rumus bahwa:

Potensial kimia larutan = Potensial kimia membranEdon = Ψm – Ψ



Edon =maka untuk Kesetimbangan Donnan:

Potensial elektrokimia fasa larutan = Potensial elektrokimia fasa membranKarena Larutan ion tidak ideal maka :

Jika suatu membrane permeable seperti K+ dan Cl- pada keadaan steady state:Bermuatan netral jika jumlah muatan kation dalam volum yang besar (di dalam maupunbagian luar membrane) yang sama dengan angka anion.

2.2 KESETIMBANGAN MEMBRAN DONNAN DAN SEDIMENTASI MUATANSUSPENSI KOLOID

Pada kesetimbangan Donnan, nilai ketidaksetimbangan di sekitar daerah semi-permeableakan meningkatkan medan listrik, dengan sebuah loncatan potensial listrik dalam satuan

mikrometer. Jika suspensi koloid memiliki gradien konsentrasi (seperti yang dihasilkan padasedimentasi atau sentrifugasi), maka medan listrik makroskopik yang dihasilkan dari nilai

ketidaksetimbangan akan muncul pada bagian atas dan bagian bawah kolom. Keberadaanmedan ini akan tampak akibatnya bagi densitas sebuah partikel koloid bermuatan negatif.

Teori Donnan, daya tarik ion untuk materi pertukaran ion berdasarkan perubahan dapatdilihat

Pada persamaan in [M+]f adalah konsentrasi monovalen kation yang bebas. [M+]B adalahkonsentrasi ”Boumd” monovalen kation pada perubahan kation damar (resin), [D2+]f dan

[D2+]B sama-sama divalen kation pada kesetimbangan Donnan, keadaan bound

konsentrasinya adalah konsentrasi ion solvent-swollen partikel ion exchange (perubahan ion).Ini tidak selalu parameter untuk mengukur dan tergantung pada kation dan perbedaan

konsentrasi antara internal dan eksternal. Sebagai alternatif kita dapat menggunakan molfraksi untuk menentukan konsentrasi kation pada internal. Dengan pendekatan ini, efek fiber

mengembung ini merupakan distribusi konstan Donnan.2.3 EFEK DARI GAYA INTERIONIK

Untuk kasus sederhana , di mana kesetimbangan berada di antara dua larutan ionik denganvolume yang sama dipisahkan oleh struktur membran. Suatu larutan terdiri dari dua spesies ,pada 1 dan 2 , yang dapat melintasi mambran . Larutan yang lainnya terdiri dari protein, yaitu

p . Ini dapat mudah berpindah di sekitar sisi membran , tetapi tidak bisa menembusnya. Nilaivalensi ioniknya yaitu, zl , z2 , dan zp . Pada kondisi awal nonequilibrium, densitas molekulpada larutan pertama yaitu, , 10, 20,dan larutan kedua *10 , *20 , dan p . Setelah itu

equilibration densitasnya berubah dari 1 , dan 2 , dan *10 , *20, dan p , secara berturut-turut .Pada kesetimbangan jenis diffusible potensial elektrokimia akan sama untuk setiap sisi

membrane, sebagai berikut:

Pada Eq.2 T adalah panas absolut , dan k adalah Boltzmann's konstan . e adalah muatanelektronik , dan adalah potensial listrik . ,u ° ( T ) = kT log [ h3/ ( 2 m kT ) 3/2 ] , di mana hmerupakan konstanta Planck , dan m adalah masa molekul jenis . a = merupakan aktivitas

ionis ( merupakan koefisien aktivitas ) . Untuk menyelesaikan Eq. 1 dan 2 , kita dapatkanpersamaan Nernst-Planck yang berhubungan dengan aktivitas di dua fasa:



diamna adalah perbedaan potensial listrik anatara membran (potensial Donnan). Dengan

mengeliminasi Eq. 3, maka:

Elektronitril di bagian sisi lain membran, yaitu:

dan

ketika ke empat densitas ionik berelasi maka menurut hukum konservasi:

Untuk itu kita harus menyamakan persepsi untuk menghitung koefisien aktivitas (fungsikonsentrasi), sehingga kita dapat memecahkan Eq. 4-7 dengan menjabarkan konsentrasikesetimbangan ionik. Meskipun pemecahan analitik ini telah jelas, yaitu penyelesaian

menurut angka , maka cara iterasi sangat cocok.

Kita harus memiliki konsentrasi untuk memperhitungkan sifat termodinamika sistem Donnanyang diinginkan dengan menggunakan metode standar. Potensial Donnan dapat ditunjukkan

pada Eq.3.

2.4 KOEFISIEN AKTIVITASKita telah melakukan perhitungan level pada bermacam perkiraan dengan menggunakan

koefisien aktivitas dari beberapa teori yang berbeda . Pada dasarnya level-completemengabaikan semua interaksi intermolekular dalam larutan, untuk kasus sederhana ( ). Ini

merupakan kasus ideal. Teori Debye-Hiickel menunjukkan ion sebagai muatan dan interaksi

elektrostatik antara muatan . Koefisien aktivitas ditunjukkan sebagai berikut:

, di mana konstan adalah dielektrikum pelarut dan adalah permitivitas bebas , dan = , di manaadalah nilai kekuatan ionis . disebut "panjang invers Debye”. Pada teori Debye-Hiickel

ditemukan muatan ion yang berlawanan dipisahkan oleh orde -1, kecuali jika -1>> , << 1.Persamaan ini berlaku untuk kondisi konsentrasi yang sangat rendah. Molekul protein

memiliki ukuran yang besar ( ~100 Å).Intergral persamaan MSA disebut persamaan Ornstein yang terdiri dari fungsi total dan arah

korelasi :

untuk model larutan elektrolit maka dari persamaan 9:

dan

Persamaan ini dan . merupakan energi potensial elektrostatik interaksi dari dua ion . Eq . 10tepat , tetapi Eq . 11 hampir mendekati benar .

Blum (1975) dan Blum dan Hoye (1977) telah memecahkan MSA untuk model ini. Makamungkin bahwa koefisien aktivitas ionik dituliskan sebagai produk dari dua keadaan:

, gaya repulsive range pendek antara ion-ion ini merupakan koefisien aktivitas untukcampuran bidang keras yang dihitung dengan pendekatan Percus-Yevick (lebowitz dan



Rowlinson), 1964. meningkat dari gaya coloumb antara ion-ion dan memberikan:

disini parameter didapatkan dari persamaan implisit:

Pada MSA 2 dianalogkan terhadap pada persamaan teori Debye-Huckel.Sebagai catatan bahwa , ketika . Kemudian atau , dengan hasil bergantung dari nilai relatif ionik ( ) dan ukuran ( ). Untuk difusi ion yang kecil pada sistem Donnan secara tidak variasibenar bahwa . Kedua kemungkinan tealah diamati untuk protein pada batas dilusi ekstrim,

koefisien aktivitas MSA menurun untuk teori Debye-Hiickel. Pada konsentrasi moderat padaumumnya berbeda.

Sebagaimana dicatat sebelumnya MSA mengabaikan keadaan yang signifikan untukelektrolit multi-valensi. Satu cara untuk mengoreksinya telah didiskusikan oleh Stell dan

Larsen (1979).Pada kondisi kesetimbangan Donnan, koreksi yang terpenting adalah koefisien virial ionik ke

dua, B2. Pada apendiks kita mengkalkulasikan koefisien aktivitas asosiasi .

Koefisien aktivitas koreksi dikalkulasikan dari:

2.5 TEKANAN OSMOTIKKesetimbangan Donnan dibentuk pada perbedaan tekanan osmotik yang melintasi membran

memisahkan dua larutan. Ini ditunjukkan pada persamaan:

Dimana p dan p* adalah tekanan pada kedua sisi. Jika kita asumsikan kelakuan ideal maka

untuk kemudian hasil Debye-Hiickel adalah

untuk MSA yang maka:

dimana PHS adalah tekanan hard-sphere Percus-Yevick, dan

(Lebowitz dan Hoye,1977).

Akhirnya, meliputi pengaruh koefisien ionik kedua meningkatkan tekanan:

dimana,

Perhitungannya adalah untuk larutan encer pada 25°C dan asumsi dielektrik 78,5. Kitamengambil dan . Diameter difusi ion adalah . Untuk protein kita mengguankan Å atau .

Protein tersebut memiliki berat molekul sekitar 25.000 dan 200.000, fraksi massa proteinsekitar 2,5% dan 20%. Difusibel ion valensi z1= -z2 = 1 atau z1= -z2 = . Untuk protein yang

lebih kecil kita memilih – zp = 5, 10, atau 20, dan untuk protein yang lebih besar kiata

memilih – zp =20, 40, 80, atau 160, pengaruh perubahan sekitar 1-10 per 10.000 mol wt. Nilaiseperti ini memenuhi kondisi fisis. Untuk tiap-tiap parameter kita mengkomputasi



kesetimbangan ion, ρ1, tekanan osmotik dan potensial Donnan , mengguankan tiap teori yang

telah didiskusikan sebelumnya. Hasilnya dapat ditunjukkan pada tabel I-IV:

Kita dapat menyimpulkan hasil tersebut sebagai berikut:

a. Teori Debye-Hiickel memperoleh salah dengan faktor 2 dan mengestimasi ρ1 dan yangtidak sesuai dengan kenyataan.b. Untuk protein lebih kecil, MSA menawarkan perbaikan yang sangat sedikit bagi teorilarutan ideal. Untuk protein yang lebih besar, yield bernilai untuk ρ1 dan secara moderat

berbeda, dan nilai untuk secara subsential berbeda dari hasil ideal.c. Ketika elektrolit difusibel 1-1, penambahan B2 memiliki pengaruh yang sangat kecil.

Untuk kasus 2-2 menyebabkan ρ1 dan secra besar tidak berpengaruh, tetapi ada pengaruh

yang besar bagi .Jika densitas ion difusible turun menjadi ρ20 = ρ20*= 0,01M, kita menemukan secara

esensial nilai yang sama. Dengan meningkatan densitas menjdi 1 M, terjadi pengaruh besar

MSA pada pada kasus 2-2. Di sini koreksi signifikan untuk protein encer dengan kata lainpengaruh penambahan B2 secara besat direduksi.

Hasil yang didapatkan menunjukkan bahwa perlakuan konvensional kesetimbangan Donnanyang berinteraksi dengan inter ioniknya diabaikan dan mengasumsikan kelakuan ideal tidak

selalu memadai pada kondisi fisis. Satu hal yang harus diijinkan untuk pengaruh elektrostatikdengan jangkauan panjang dan jangkauan pendek gaya repulsive , mengguanakan teori

mekanik statistik sebagai perkiraan rata-rata , memungkinkan memperbesar koefisien virialke dua. Begitu sebaliknya terhadap karakteristik sifat fisis sistem (seperti pergantian oleh

protein), yang diambil dari data eksperimen, kemungkiann error. Ini tidak begitu jelas apakah

kesimpulan persamaan menerapkan protein yang diteapkan sebagaimana pada muscledaripada pergerakan secara bebas dalam larutan.

2.6 PERHITUNGAN KOEFISIEN IONIK KE DUAPrediksi MSA untuk energi bebas, AMSA, berbeda secara tipis dari nilai sebenarnya. Koreksi

kepastian adalah kuantitas keadaan ionik 2 dan denotasi B2, kemudian

dimana V adalah volume. Seperti yang dijelaskan oleh Shell (1976):

Pada persamaan ini merupakan fungsi distribusi radial untuk sisitem yangdideferensiasikanpada hard sphere. Dengan mengimplikasikan dengan batas densitas rendah:

merupakan keadaan “chain function” dan didasarkan renormalisai pasangan potensial. Untuk

. Untuk , untuk pendekatan yang baik diamna merupakan potensial Debye-Huckel gaya rata-rata:

Pada Eq.24 kita mengembangkkan dalam daya, dan integrasi keadaan demi keadaanmenghasilkan persamaan:

dimana:



adalah integral eksponensial ored ke-n, seperti yang didefenisikan oleh Gautschi dan Cahill(1965). Kita telah memperkenalkan dua parameter tak berdimensi dan .

Koefisien aktifitas yang diasosiasikan dengan Eq.27 yaitu:

Ketika ekspresi ini terjadi dapat terbentuk, ini secara mudah dievaluasi secara numerik.

2.7 APLIKASI KESETIMBANGAN DONNAN DALAM SUSPENSI KERTAS (PULP)Teori kesetimbangan donnan juga digunakan dalam menentukan sifat kararkteristik serat(fiber) dan menentukan distribusi ion di dalam suspensi cair kertas walaupun memiliki

kesulitan dalam menetukan solubilitas bemacam-macam garam yang ditunjukan pada gambardi bawah ini:

Table 1. Perbandingan struktur multi-fasa normal dengan model pertukaran ion

Figure 2. Perbandingan simulasi dan percobaan dari distribusi ion logam dalam suatu DTPAyang terdiri dari suspensi kertas (pulp).

Model termodinamika suspensi pulp berdasarkan minimalisasi energi gibbs dari keseluruhanmulti-phase sistim, yang dikembangkan untuk suspensi pulp. Model memungkinkan untuk

simultan proses penukaran ion berdasarkan di teori keseimbangan Donnan, dankeseimbangan melarut pada berbagai padatan dan gases.

2.8 APLIKASI KESETIMBANGAN DONNAN DALAM SEL BINATANGPada sel binatang , terdiri dari dua membran yaitu: intracellular muatan, dan interstitial

mengalir. Dalam anion protein dalam sel, keseimbangan Donnan mempengaruhi distribusidiffusible ion di sekitar membran. Sebagai hasilnya, intracellular mengalir hypertonic untukinterstitial mengalir, ketika anionik protein menarik kation, menyebabkan mereka tetap didalam sel . Bagaimanapun , membran sel binatang diposisikan pompa sodium-potassium.

Protein molekul ini di dalam membran bertanggung jawab untuk memompa luar kation selsodium aktif dan kation kalium ke dalam sel ( dua kation kalium memasuki untuk

meninggalkan tiap tiga kation sodium ).Bagaimanapun, kation sodium tidak dapat lama kembali ke dalam sel , sedangkan selaput sel

unpolarised tetap. Sebagai hasilnya, membran sel dapat ion sodium untuk memasuki sel,

dengan menurunkan konsentrasi gradiennya. keseimbangan Donan dihasilkan sejak sodiumtidak terjadi perpanjangan diffusible . Untuk efek keseimbangan Donnan yang lain ,menghasilkan kestabilan volume sel dengan membolehkan dua larutan untuk ada

dengankonsentrasi solut yang serupa.Ketika pompa sodium diracuni , hasilnya adalah volume sel bertambah dan terjadi gelombangbesar sel yang secepatnya meledak . Peristiwa ini terjadi ketika sodium tidak lagi pindah dari

sel , dengan konsentrasi tetap tinggi dalam sel . Ini disebabkan membran intracellularmengalir tetap ke hypertonic menuju fluida interstitial. Hasilnya , terjadi osmosis , dimana air

memasuki sel dari interstitial fluida . Hasil ini meningkatkan volume sel sehinggamembengkak .



BAB III

KESIMPULAN

Kesetimbangan donnan adalah perubahan partikel pada membran semipermeable yang salingberdekatan. Biasanya disebabkan oleh perubahan substrat yang berbeda yang tidak sanggupuntuk melewati membrane sehingga terjadi perubahan gaya listrik yang tidak rata.

Kesetimbangan Donnan terdiri dari dua fasa ionik yang salah satu komponennya dibatasidalam suatu fasa., tetapi jenis ion lainnya dapat berpindah-pindah antara kedua fasa tersebut.Peristiwa di atas muncul ketika dua larutan elektrolit terpisah dari membran semi-permeabel

dimana ion yang kecil masuk ke dalam pori-pori dan menghalangi lintasan ion yang besar. Inidihasilkan dari sifat salah satu komponen, seperti sebuah kesetimbangan kisis-kisi molekul

dari campuran filamen protein dalam larutan garam.Secara umum kesetimbangan donnan digambarkan seperti gambar berikut ini.



DAFTAR PUSTAKA

anonym. donnan effect. 2009.http://www.biophysj.org/ diakses pada 20/02/2010, pukul 19:15anonym. donnan effect. 2009.http://www.nature.com/natura/journal/v429/image/-429822a-

f1.2.jpg. diakses pada 20/02/2010, pukul 19:15anonym. donnan effect. 2009http://www.people.vcu.edu/%7Emikuleck/courses /gdeq.htmdiakses pada 20/02/2010, pukul 19:15

BAB I

Documents

Transcript of BAB I