LARUTAN 1 LARUTAN DAN LELEHAN 2 Larutan gas

LARUTAN 1

LARUTAN DAN LELEHAN 2

Larutan (gas, cair, atau padat) adalah campuran homogen antara dua komponen atau lebih LARUTAN SOLVEN • Cair • Tunggal/majemuk • Jumlahnya lebih banyak SOLUT • Padat/Cair/gas • Tunggal/majemuk • Jumlahnya lebih sedikit 3

• Lelehan adalah cairan yang berada pada temperatur yand dekat dengan titik bekunya • Lelehan adalah campuran homogen dari dua senyawa atau lebih yang akan membeku (baik secara bersama maupun individual) apabila didinginkan pada temperatur kamar. 4

Mengapa ada solut yang dapat larut dalam solven, sementara ada solut lain yang tidak dapat larut? sifat-sifat kimia dari solut/solven elektron di lapisan kulit terluar 5

§ Setiap atom selalu berusaha membuat susunan elektron di kulit terluarnya seperti gas mulia, yaitu jumlahnya 2 (seperti He) atau 8 (Ne). § Untuk memenuhi hal itu, atom akan melepas atau menerima elektron (ikatan ionik), ataupun bekerjasama dengan atom lain (ikatan kovalen), dan ikatan logam. 6

7

Dalam satu senyawa kovalen, sering terjadi ketidakseimbangan gaya densitas elektron di kulit terluar. Ketidakseimbangan densitas elektron di kulit terluar akan menyebabkan ketidakseimbangan magnetik sesaat yang selanjutnya akan menyebabkan molekul menjadi magnet kecil / dipole. + O + H H 8

§ Penyimpangan densitas elektron ini tergantung pada susunan elektron di kulit terluar molekul: ada molekul yang sangat polar dan ada yang tidak polar. § Perbedaan tingkat kepolaran ini akan menyebabkan perbedaan gaya tarik antara satu molekul dengan molekul lainnya. § Gaya antar molekul (Intermolecular Forces) adalah gaya tarik elektrostatik antara daerah bermuatan negatif pada satu molekul dengan daerah bermuatan positif pada molekul lain. 9

Gambar 2. Gaya antar molekul 10

• Gaya ini bekerja di antara molekul - molekul stabil atau antar gugus-gugus fungsional dari makromolekul. • Gaya antar molekul ini menyebabkan molekul “berkumpul”. • Energi yang diperlukan untuk memisahkan masing molekul jauh lebih kecil daripada energi ikatan. • Gaya antar molekul berperan penting pada sifat-sifat senyawa. 11

Tipe gaya antar molekul: 1. Antar molekul non-polar: a. Gaya dispersi London/gaya van der Waals 2. Antar molekul non polar dan molekul polar: b. Interaksi dipole – induced dipole c. Interaksi ion – induced dipole 3. Antar molekul polar: d. Interaksi dipole – dipole e. Ikatan hidrogen f. Interaksi ion – dipole 12

13

PENGARUH DIPOLE MOMENT TERHADAP TITIK DIDIH Substance Propane Dimethyl ether Chloromethane Acetaldehyde Acetonitrile Molecular Mass [g/mol] Dipole moment [Debye] 44 46 50 44 41 0. 1 1. 3 2. 0 2. 7 3. 9 Normal Boiling Point [K] 231 248 249 294 355 14

Molekul zat padat Molekul zat cair Molekul zat gas 15

Berdasarkan gaya antar molekul, solven dpat dibagi menjadi 3 kelompok: 1. Polar protic : air, metanol, asam asetat 2. Dipolar apriotic : notrobenzene, acetonitile, furfural 3. Non-polar apriotic : hexane, benzene, ethyl ether 16

• Dalam solven polar protic, molekul-molekul solven saling berinteraksi dengan membentuk ikatan hidrogen yang kuat. • Agar suatu solut dapat larut, maka molekul solut harus mampu memecah ikatan hidrogen antar molekul solven, dan menggantinya dengan ikatan yang sama kuat. • Agar dapat larut, molekul solut harus dapat membentuk ikatan hodrogen dengan solven. • Hal ini dapat terjadi jika molekul solut juga memiliki ikatan hidrogen, atau bersifat cukup basa sehingga mampu menerima atom hidrogen untuk membentuk ikatan hidrogen. 17

• Solven dipolar apriotic ditandai dengan nilai dielectric constant yang besar. • Dalam solven dipolar aprotic, molekul-molekul solven saling berinteraksi dengan membentuk dipole-dipole. • Jika solut juga termasuk dipolar apriotic, maka solut segera dapat berinteraksi dengan solven dan larut. • Jika solut termasuk jenis non-polar, maka solut tidak dapat berinteraksi dengan dipole dari molekul solven, sehingga tidak dapat larut. 18

• Solven non-polar apriotic ditandai dengan nilai dielectric constant yang rendah; molekul berinteraksi dengan menggunakan gaya van der Waals. • Solut non-polar aprotic mudah larut dalam solven nonpolar apriotic, karena gaya van der Waals antar molekul solut akan diganti dengan gaya yang sama dengan molekul solven. • Solut dipolar dan polar protic tidak akan larut atau hanya sangat sedikit larut dalam solven non-polar. 19

Pembentukan Larutan • Molekul solven harus dapat memecah ikatan antar molekul solut. • Molekul solut juga harus mampu memisahkan molekul solven. • Hal ini dapat terjadi jika gaya antar molekul solven sejenis dengan gaya antar molekul solut.

21

Jika gaya tarik antar molekul solut jauh berbeda dengan gaya antar molekul solven, maka molekul yang memiliki gaya tarik lebih besar akan tetap terikat satu dengan lainnya, dan akan menolak molekul lainnya, sehingga tidak terjadi pelarutan. Minyak dan air tidak dapat ber-campur, karena molekul air yang saling terikat kuat dengan ikatan hidrogen, tidak akan mengijinkan molekul minyak yang memiliki gaya tarik lemah. 22

Solubility Rule: LIKES DISSOLVE LIKES Ionic or polar solutes dissolve in polar solvents. Na. Cl dissolves in water Sugar dissolves in water Alcohol dissolves in water Non-polar solutes dissolve in non-polar solvents. • Vegetable oil dissolves in hexane • Lub. oil dissolves in kerosene • Jack fruit gum dissolves in kerosene Polar and ionic solutes DO NOT dissolve in non-polar solvents and vice versa. 23

KELARUTAN 24

Mekanisme pelarutan 25

§ Pada temperatur tertentu, jumlah maksimum solut yang dapat terlarut disebut KELARUTAN. § Jika jumlah solut yang terlarut telah mencapai harga kelarutannya, larutan tersebut disebut larutan jenuh. § Kelarutan merupakan fungsi temperatur. § Pada umumnya kelarutan bertambah dengan naiknya temperatur. 26

Ada beberapa cara untuk menyatakan komposisi larutan: 27 27

Kelarutan berbagai senyawa anorganik pada 20 C 28

Kelarutan KNO 3, CUSO 4, dan Na. Cl dalam air 29

Kelarutan Ca(OH)2 dalam air 30

Kelarutan berbagai garam dalam air 31

Kelarutan berbagai garam dalam air

Pengaruh temperatur terhadap kelarutan dapat dinyatakan dalam suatu korelasi: c = A + Bt + Ct 2 log x = A + BT + CT 2 log x = A + BT-1 log x = A + BT 1 + CT-2 log x = A + BT-1 + C log T

HASIL TEORITIS KRISTAL C 1 : konsentrasi awal (kg garam anhidrous/kg solven) C 2 : konsentrasi akhir (kg garam anhidrous/kg solven) W : berat awal solven (kg) V : solven yang hilang karena menguap (kg/kg solven mula-mula R : rasio berat molekul garam hidrat dan anhidrat Y : crystal yield (kg) 34

Kristal garam anhidrat Total loss of solvent : Y = W C 1 (1) No loss of solvent : Y = W (C 1 – C 2) (2) Partial loss of solvent : Y = W [C 1 – C 2 (1 – V)] (3)

Kristal garam hidrat/solvat Total loss of solvent : Y = W C 1 (4) No loss of solvent : (5) Partial loss of solvent : (6)

CONTOH Hitung hasil teoritis kristal murni yang dapat diperoleh dari larutan yang mengandung 100 kg Na 2 SO 4 (BM = 142) dalam 500 kg air dengan cara pendinginan sampai 10 C. Kelarutan Na 2 SO 4 pada 10 C adalah 9 kg anhidrat per 100 kg air, dan kristal yang mengendap berupa dekahidrat (BM = 322). Anggap bahwa 2% dari air akan hilang karena menguap 37

PENYELESAIAN R = 322/142 = 2, 27 C 1 = 0, 2 kg Na 2 SO 4 per kg air C 2 = 0, 09 kg Na 2 SO 4 per kg air W = 500 kg air V = 0, 02 kg per kg air mula-mula = 143 kg Na 2 SO 4. 10 H 2 O 38

• Untuk yield kristal dari kristaliser vakum, perlu diperkirakan jumlah solven yang menguap, V. • V tergantung pada panas yang digunakan dalam kristaliser. • Neraca panas: (7) dengan v: enthalpy penguapan solven (k. J kg-1) t 1 : temperatur awal dari larutan ( C) t 2 : temperatur akhir dari larutan ( C) C : kapasitas panas rata-rata dari larutan (k. J kg-1 K-1)

Jika pers. (7) disubstitusikan ke pers. (6) maka akan diperoleh: (8)

CONTOH Perkirakan hasil teoritis kristal sodium asetat (CH 3 COONa. 3 H 2 O) dari kristaliser vakum dengan tekanan 15 mbar apabila kristaliser tersebut disupply larutan sebesar l 2000 kg/jam larutan sodium asetat 40% pada 80 C. Kenaikan titik didih larutan 11, 5 C. 41

KELARUTAN SENYAWA ORGANIK Gambar 12. Kelarutan asam adipat dalam berbagai solven 42

Gambar 13. Kelarutan hexamethylenetetramine dalam berbagai solven 43

Kelarutan solut organik dalam larutan ideal dapat dihitung dengan menggunakan persamaan sbb. : (5) dengan x 2 : fraksi mol solut dalam larutan Hm : enthalpy pelelehan R: konstanta gas universal Tm : titik leleh solut T : temperatur larutan 44

Temperatur leleh, Enthalpy pelelehan, dankelarutan ideal Solut Organic pada 25 C 45

g KCl/1000 g H 2 O 600 500 400 300 200 0 20 40 60 80 100 120 Temperatur (�C) Kelarutan KCl dalam air 46

§ Kelarutan merupakan konsentrasi dari solut dalam larutan pada saat solut padatan berada dalam keseimbangan dengan larutan cair. § Konsep kelarutan dapat digunakan untuk menghitung hasil produk kristal maksimum yang diperoleh pada proses kristalisasi. 47

§ Sebagai contoh, pada berikut, kita mempunyai larutan jenuh pada 100 C dengan konsentrasi 563 g KCl/kg H 2 O. § Larutan tersebut didinginkan sampai 10°C, dimana konsentrasi keseimbangan/ kelarutannya adalah 312 KCl/kg H 2 O. § Kristal KCl yang dapat diperoleh adalah: = 563 – 312 = 251 g KCl/kg H 2 O 48

g KCl/kg H 2 O 600 563 500 251 kg KCl/kg H 2 O 400 312 300 200 0 10 20 40 60 80 100 120 Temperatur (�C) 49

METODA UNTUK MENCIPTAKAN SUPERSATURASI Ada 4 metoda untuk menciptakan supersaturasi: 1. Perubahan temperatur 2. Penguapan solven 3. Reaksi kimia 4. Mengubah komposisi solven (salting out) 50

SIFAT-SIFAT LARUTAN DENSITY VISKOSITAS DIFUSIFITAS 51

52

Viskositas larutan KCl pada 25 C 53

Viskositas larutan glycine pada 25 C 54

Difusivitas larutan KCl pada 25 C 55

Difusivitas larutan glycine pada berbagai temperatur 56

SIFAT TERMAL LARUTAN Beberapa sifat termal yang diperlukan: • Kapasitas panas • Panas laten • Panas pencampuran, pelarutan, dan kristalisasi 57