LARUTAN II LARUTAN DENGAN KOMPONEN VOLATIL LEBIH DARI

LARUTAN II: LARUTAN DENGAN KOMPONEN VOLATIL LEBIH DARI SATU; LARUTAN ENCER IDEAL

Karakteristik Umum Larutan Ideal Konsep dari suatu larutan ideal meluas ke larutan yang berisi beberapa unsur volatil. Konsep ini didasarkan pada generalisasi perilaku dari hasil percobaan larutan nyata dan menghasilkan suatu perilaku pembatas yang mirip dengan larutan nyata. Perhatikan suatu larutan yang tersusun atas beberapa zat volatil dalam suatu wadah yang sebelumnya dikosongkan. Karena semua komponen volatil, beberapa komponen menguap memenuhi ruang di atas zat cair. Ketika larutan dan uap mencapai kesetimbangan pada temperatur T, tekanan total dalam kontainer adalah jumlah tekanan parsial beberapa komponen larutan: p = p 1 + p 2+…… (5. 1) tekanan parsial ini dapat diukur; seperti fraksi mol kesetimbangan x 1, …. . , xi, …. . , dalam zat cair.

Misal satu komponen, i, ada dalam jumlah relatif besar dibanding yang lain maka: pi = xi pio (5. 2) di mana pio adalah tekanan uap komponen zat zair murni i. Persamaan (5. 2) adalah hukum Raoult, dan secara eksperimen dapat berlaku untuk larutan manapun ketika xi mendekati unity dengan mengabaikan komponen yang ada dalam jumlah berlebihan. Untuk larutan encer, pelarut selalu mengikuti hukum Raoult. Karena semua komponen volatil, masing-masing dapat ditunjuk sebagai pelarut. Oleh karena itu larutan ideal digambarkan dengan persyaratan bahwa masing-masing komponen mematuhi Hukum Raoult, persamaan (5. 2), atas keseluruhan cakupan komposisi. Arti lambang penting dinyatakan lagi: pi adalah tekanan sebagian i dalam fase uap; pio adalah tekanan uap zat cair murni; dan xi adalah fraksi mol i dalam campuran zat zair. Larutan ideal memiliki dua sifat penting : (1) panas pencampuran komponen murni untuk membentuk larutan adalah nol, dan (2) volume pencampuran adalah nol. Dua sifat ini diamati sebagai perilaku batas dalam semua larutan nyata. Jika pelarut tambahan ditambahkan ke suatu larutan yang encer dalam keseluruhan zat terlarut, panas pencampuran mendekati nol selagi larutan semakin encer. Dalam keadaan yang sama, volume pencampuran dari semua larutan nyata mendekati nol.

Potensial Kimia dalam Larutan Ideal Perhatikan suatu larutan ideal dalam kesetimbangan dengan uapnya pada temperatur tertentu T. Untuk setiap komponen, kondisi kesetimbangan adalah i = i vap, dimana i adalah potensial kimia i dalam larutan, i vap adalah potensial kimia i dalam fase uap. Jika uap adalah ideal, maka dengan argumen yang sama, harga i adalah i = io (T, p) + RT ln xi (5. 3) dimana io (T, p) adalah potensial kimia zat cair murni i pada temperatur T dan di bawah tekanan p. Potensial kimia setiap komponen larutan diberikan dalam ungkapan dalam persamaan (5. 3).

Gambar 5. 1 ( i – i o) versus xi Gambar 5. 1 menunjukkan variasi i – io sebagai fungsi xi. Selagi xi menjadi sangat kecil, harga i berkurang dengan sangat cepat. Pada semua harga xi, harga i kurang dari io.

Larutan Biner Dalam larutan biner x 1 + x 2 = 1, didapat p 1 = x 1 p 1 o (5. 7) dan p 2 = x 2 p 2 o = (1 – x 1) p 2 o (5. 8) Jika tekanan total larutan adalah p, maka p = p 1 + p 2 = x 1 p 1 o + (1– x 1 ) p 2 o p = p 2 o + (p 1 o – p 2 o ) x 1 (5. 9) yang menghubungkan total tekanan atas campuran kepada fraksi mol komponen 1 dalam cairan.

Gambar 5. 2 Tekanan uap sebagai fungsi komposisi Gambar 5. 2 a menunjukkan bahwa p adalah suatu fungsi linier x 1. Jelas dari Gambar 5. 2(a) bahwa penambahan suatu zat terlarut dapat menaikkan atau menurunkan tekanan uap pelarut tergantung mana yang lebih volatil.

Azeotrop Campuran ideal atau hampir ideal dapat dipisahkan ke dalam komponennya melalui distilasi fraksinasi. Jika penyimpangan dari hukum Raoult sangat besar seperti menghasilkan suatu maksimum atau suatu minimum kurva-tekanan uap air, maka maksimum atau minimum yang bersesuaian akan muncul dalam kurva titik didih. Campuran seperti itu tidak bisa sepenuhnya dipisahkan ke dalam unsur melalui distilasi fraksinasi. Jika kurva-tekanan uap mempunyai suatu yang minimum atau maksimum, maka pada titik itu kurva uap dan cairan harus menjadi tangen (slope) satu sama lain dan cairan dan uap harus mempunyai komposisi yang sama → “Teorema Gibbs-Konovalov”. Campuran yang mempunyai tekanan uap minimum atau maksimum disebut azeotrop (dari Yunani: untuk mendidih tanpa perubahan).

Gambar 5. 3 Diagram t– x dengan titik didih maksimum Gambar 5. 3: Jika suatu campuran yang digambarkan dengan titik a memiliki komposisi azeotrop, dipanaskan, pertama uap akan terbentuk pada temperatur t; dimana uap memiliki komposisi sama sebagai zat cair; konsekuensinya, hasil penyulingan yang diperoleh mempunyai komposisi yang sama persis seperti cairan yang asli; tidak ada separasi yang dihasilkan. Jika suatu campuran digambarkan dengan b dipanaskan, uap pertama terbentuk pada t’, dan memiliki komposisi v’. Uap ini kaya dengan komponen titik didih lebih tinggi. Fraksinasi akan memisahkan campuran menjadi komponen 1 asli dalam hasil distilasi dan meninggalkan campuran azeotrop dalam wadah. Suatu campuran yang digambarkan dengan c akan mendidih pertama pada t’’; uap akan memiliki komposisi v’’. Fraksinasi campuran ini akan menghasilkan komponen 2 murni dalam hasil distilasi dan azeotrop dalam wadah.

Gambar 5. 4 Diagram t– x dengan titik didih minimum • Perilaku azeotrop titik didih minimum ditunjukkan dalam Gambar 5. 4 adalah analog. • Campuran yang digambarkan dengan b pertama mendidih pada temperatur t, uap memiliki komposisi v. Fraksinasi campuran ini menghasilkan azeotrop dalam distilatnya; komponen 1 murni tersisa dalam wadah. • Begitu juga fraksinasi campuran yang digambarkan dengan c akan menghasilkan azeotrop dalam distilatnya dan meninggalkan komponen 2 murni dalam wadah. Azeotrop menyerupai suatu campuran murni dalam sifat mendidih pada suatu temperatur tetap, sedangkan campuran biasa mendidih untuk suatu rentang temperatur. Perubahan tekanan menghasilkan perubahan dalam komposisi azeotrop, sebagaimana perubahan dalam titik didih, sehingga tidak dapat menjadi senyawa.

Potensial Kimia dalam Larutan Encer Ideal Henry's law is one of the gas laws and was formulated by the British chemist, William Henry, in 1803. It states that: At a constant temperature, the amount of a given gas dissolved in a given type and volume of liquid is directly proportional to the partial pressure of that gas in equilibrium with that liquid. Karena pelarut mengikuti hukum Raoult, potensial kimia pelarut diberikan oleh persamaan (5. 3), 1 = 1 o (T, p) + RT ln x 1 Untuk zat terlarut j (l) = j (g) = jo (g) + RT ln pj Dengan menggunakan hukum Henry, untuk pj, menjadi j (l) = jo (g) + RT ln Kj + RT ln xj

dengan mendefinisikan j** = j* + RT ln Mmo, maka j = j** + RT ln mj (5. 20) dimana mj sebagai suatu singkatan jumlah murni, mj / (1 mol/kg). Persamaan (5. 20) mengungkapkan j dalam larutan encer sebagai fungsi yang cocok dari mj. Harga standar j** adalah harga j yang dipunyai dalam keadaan hipotetik molalitas satuan jika larutan telah memiliki sifat larutan encer ideal dalam rentang 0 mj 1.

Hukum Henry dan Kelarutan Gas •

Distribusi Suatu Zat Terlarut antara Dua Pelarut •

Soal-soal • Campuran gas dari dua zat di bawah tekanan total 0, 8 atm berada dalam kesetimbangan dengan larutan cair ideal. Fraksi mol zat A adalah 0, 5 dalam fase uap dan 0, 2 dalam fase cair. Berapa tekanan uap dua cairan murni tersebut? • Beberapa sistem non-ideal dapat direpresentasikan dengan persamaan p 1 = x 1 o p 1 o dan p 2 = x 2 o p 2 o. Tunjukkan bahwa jika konstanta a > 1, maka tekanan total menunjukkan harga minimum, sedangkan jika a < 1, maka tekanan total menunjukkan harga maksimum. • Komposisi uap di atas suatu larutan ideal biner ditentukan dengan komposisi zat cair. Jika x 1 dan y 1 adalah fraksi mol zat 1 dalam zat cair dan uap, tentukan harga x 1 yang mana y 1 – x 1 memiliki harga maksimum. Berapa harga tekanan pada komposisi tersebut? • Konstanta hukum Henry untuk argon dalam air adalah 2, 17 x 104 pada 0 o C dan 3, 97 x 104 pada 30 o C. Hitung panas pelarutan standar argon dalam air. • Pada 800 o C, 1, 6 x 104 mol O 2 larut dalam 1 mol perak. Hitung koefisien edsorpsi Bunsen untuk oksigen dalam perak; (Ag) = 10, 0 gram/cm 3.