CAIRAN DAPAT CAMPUR SEBAGIAN
Atika Masrihanah (16630033)
Keseimbangan Kimia, Jurusan Kimia Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Islam Negeri Maulana Malik Ibrahim Malang
Cairan dapat campur sebagian merupakan sebuah cairan yang tidak dapat bercampur pada berbagai variasi konsentrasi dengan temperatur yang berbeda. Cairan dapat campur sebagian merupakan salah satu pembahasan dalam sistem tiga komponen, dan untuk sistem tiga komponen, derajat kebebasan, f = 3 - p + 2 = 5 – p. Untuk p= 1, memiliki 4 derajat kebebasan meliputi temperatur, tekanan, susunan dua dan tiga komponen. Dan pembahasan tentang sistem tiga komponen ini dapat dinyatakan dengan grafik dua dimensi. Untuk membuat grafik dua dimensi, biasanya sistem dinyatakan pada suhu dan tekanan yang tetap dan derajat kebebasannya menjadi f = 3 - p, jadi derajat kebebasannya paling banyak adalah dua yang dapat dinyatakan dalam satu bidang. Pada suhu dan tekanan tetap, XA, XB, XC
merupakan variabel yang dapat digunakan untuk menyatakan sistem tunggal variabel. Komposisi dari salah satu komponen dapat diketahui jika dua komponen yang lain sudah diketahui. Sistem tiga komponen ini dapat dinyatakan dalam suatu grafik, dengan nilai Gibbs dan Rozenboom membentuk suatu segitiga samasisi. Titik A, B, C pada sudut – sudut segitiga menyatakan persentase dari masing – masing komponen, 100% A, 100% B, dan 100% C. Dan ketika titik – titik A, B, dan C dihubungkan secara tegak lurus akan diperoleh penjumlahan ketiga garis dengan nilai yang konstan, dan nilai tinggi segitiga sistem ini pun bernilai konstan, h (Levine, 2002).
Sedangkan kelarutan timbal balik merupakan kelarutan dari suatu larutan yang bercampur sebagian ketika temperaturnya berada dibawah temperatur kritis. Ketika larutan tersebut telah berada pada temperatur kritis, maka larutan tersebut akan mampu bercampur secara sempurna dan menghasilkan larutan yang homogen. Namun ketika larutan ini telah melewati temperatur kritis, maka larutan ini akan kembali menjadi cairan yang bercampur sebagian. Temperatur kritis adalah kenaikan temperatur dimana akan diperoleh komposisi larutan dalam keadaan kesetimbangan (Hardeli, 1997).
Air dan asam asetat merupakan senyawa yang dapat bercampur secara sempurna, demikian juga senyawa asam asetat dan kloroform yang dapat bercampur secara sempurna. Namun air dan kloroform hanya mampu bercampur sebagian saja. Senyawa air dan asam
asetat atau senyawa kloroform dan asam asetat dapat bercampur sempurna sehingga daerah ini membentuk satu fase tunggal, sedangkan campuran air dan kloroform membentuk daerah dua fase. Dan dari campuran ketiga senyawa ini dapat membentuk suatu sistem fase tunggal ketika asam asetat cukup banyak ditambahkan kedalam campuran biner air dan kloroform (Atkins, 1996).
Pencampuran tiga komponen membentuk sistem tiga komponen memiliki banyak kemungkinan diantaranya (Sukardjo, 2002) :
a. Sistem tiga komponen yang terdiri dari zat cair yang campur sebagian
b. Sistem tiga komponen yang terdiri dari dua komponen padat dan satu komponen cair.
Sedangkan sistem tiga komponen yang terdiri dari tiga zat cair yang bercampur sebagian terbagi lagi menjadi tiga tipe, diantaranya (Sukardjo, 2002):
a. Tipe I : Pembentukan sepasang zat cair yang campur sebagian
Diagram pada Gambar 1 merupakan penjelasan dari pembentukan zat cair yang bercampur sebagian. Ketika B bercampur sebagian, maka campuran yang terbentuk antara B dan C pada temperatur dan tekanan tertentu akan membentuk dua lapisan, yaitu larutan C dalam B dan larutan B dalam C (Sukardjo, 2002).
Penambahan larutan A berfungsi untuk mencampurkan kedua larutan ini. Pada penambahan larutan A, susunan keseluruhan bergerak sepanjang cA. Susunan tiap-tiap lapisan dinyatakan dengan garis keseimbangan a1b1, a2b2, dan seterusnya. Pada titik b4,
pembatas diantara kedua lapisan ini menghilang dan terbentuklah sebuah lapisan yang campur sempurna menjadi lapisan tunggal (Sukardjo, 2002).
Kedua lapisan ini hanya dapat menjadi lapisan tunggal ketika mencapai satu susunan, yaitu titik d. Titik d merupakan titik isotermal kritis atau plait point. Semua campuran yang mencapai titik a, D, dan b selalu terbagi dalam dua lapisan. Grafik a D b disebut dengan kurve binodal (Sukardjo, 2002).
b. Tipe II : Pembentukan 2 pasang zat cair yang bercampur sebagian
Diagram pada Gambar 2 menunjukkan adanya dua kurve binodal, yaitu a D b dan c F d, demikian pula dengan plaint point. Contohnya (Sukardjo, 2002):
Asam suksinat cair – air – alkohol (A) (B) (C) Pada temperatur 18,5°C sampai 31°C.
Pada temperatur rendah terdapat kemungkinan kedua grafik binodal ini akan bertemu, seperti yang terbentuk antara (Sukardjo, 2002) :
Air – fenol – anilina (A) (B) (C)
Air – etil asetat – n butil alkohol (A) (B) (C)
Gambar 2. Diagram 3 Cairan dengan 3 binodal (a) Pada temperatur tinggi (b) Pada temperatur rendah
c. Tipe III : Pembentukan tiga pasang zat cair yang bercampur sebagian
Diagram pada Gambar 3 menunjukkan bahwa pada daerah 1 campuran hanya membentuk 1 fase, sedangkan di daerah 2 campuran membentuk 2 fase, dan pada daerah 3 terbentuk kesetimbangan antara 3 fase. Karena untuk membentuk kesetimbangan 3 fase sistem bersifat non varian, sehingga pada daerah ini campuran membentuk susunan yang tetap, yang dinyatakan dengan D E F. Contohnya (Sukardjo, 2002) :
Nitril – air – eter
Pada temperatur rendah
Sedangkan sistem yang terdiri dari 2 zat padat dan 1 cairan hanya diambil bila air dijadikan komponen ketiganya, karena hal ini erat kaitannya dengan proses kristalisasi. Tergantung dari zat padat yang mengkristal, sistem ini terbagi menjadi (Sukardjo, 2002) :
Gambar 3. Diagram 3 Cairan dengan 3 binodal (a) Pada temperatur tinggi (b) Pada temperatur rendah
a. Tipe I : Pengkristalan komponen murni
Grafik pada Gambar 4 menunjukkan adanya kesetimbangan 3 fase, yaitu A padat, B padat, dan zat jenuh dengan susunan E. Daerah yang terletak diatas CED merupakan daerah larutan tidak jenuh. Daerah ACE merupakan daerah larutan jenuh, dan pada daerah ini A padat setimbang dengan larutan jenuh yang susunannya ditunjukkan dengan garis CE. Zat dengan susunan keseluruhan F, terbagi menjadi padat A dan larutan jenuh F’ (Sukardjo, 2002).
=
Gambar 4. Kristalisasi Dua Komponen Padat dari Larutan Keterangan :
C : daya larut A dalam H2O
D : daya larut B dalam H2O
CE : grafik daya larut A dalam H2O dengan adanya B
DE : grafik daya larut B dalam H2O dengan adanya A
F : titik invarian isotermal
Hal ini juga berlaku bagi BED, daerah ABF merupakan daerah kesetimbangan 3 fase. Campuran dengan keseluruhan susunan G, akan terbagi menjadi larutan jenuh dengan susunan E dan padat A dan B merupakan susunan G’. Dari diagram pada Gambar 4 dapat dijelaskan adanya peristiwa kristalisasi. Untuk memisahkan campuran A dan B dengan
susunan R kepada larutan yang ditambahkan air, maka susunan akan berubah sepanjang garis R - H2O. Setelah dicapai titik R’, padat A mulai mengkristal (Mulyani, 2004).
Setelah memasuki daerah ACE, akan terjadi kesetimbangan padat A dan larutan jenuh. Berat air dan kristal A dapat ditentukan dengan hukum campuran (Sukardjo, 2002).
NH4Cl – NH4NO3 - H2O
NaCl – NaNO3 - H2O
NH4Cl – (NH4)2SO4 - H2O
Diagram sistem terner dapat diselidiki dengan cara saturnasi. Sehingga didalamnya terdapat konsentrasi dari bermacam – macam campuran B dan C kemudian ke dalamnya ditambahkan air dan diaduk sampai setimbang (Sukardjo, 2002).
Dari grafik pada Gambar 5 menunjukkan bahwa larutan jenuh dan kristal basah dipisahkan dan digambarkan dalam grafik S1, S2, S3 dan seterusnya. Dari larutan jenuh R1, R2,
R3, dan seterusnya dapat ditetapkan susunan kristal basah (Sukardjo, 2002).
Gambar 5. Cara Residu Basah
b. Tipe II : Pembentukan senyawa biner
Senyawa biner dapat terbentuk antara A dan B dengan tambahan air, yaitu hidrat atau antara A dan B yang berupa garam rangkap sesuai dengan grafik pada Gambar 6 (Sukardjo, 2002).
- Pembentukan Hidrat
Ketika A membentuk hidrat, misalkan pada susunan C maka zat ini mempunyai daya larut tertentu dalam air, dimisalkan D dan E merupakan titik invarian isotermal. Contoh (Sukardjo, 2002) :
Sistem : Na2 SO4 – NaCl – H2O pada 15°C membentuk Na2SO4 . 10 H2O.
Jika kedua garam ini membentuk hidrat, akan membentuk diagram seperti pada Gambar 7 sebagai berikut (Sukardjo, 2002) :
Gambar 7. Pembentukan 2 Hidrat Contoh : MgCl . 6 H2O dan CaCl2 . 6 H2O pada 0°C.
Dapat terjadi pada saat yang sama ketika terjadi hidrat dan garam anhidrousnya. Hal ini dapat digambarkan dengan diagram pada Gambar 8 sebagai berikut (Sukardjo, 2002) :
Gambar 8. Senyawa Murni dan Pembentukan Hidrat Sistem : Na2 SO4 – NaCl – H2O
pada 25°C akan membentuk Na2 SO4 . 10H2O
- Pembentukan Garam Rangkap
Garam rangkap yang terbentuk antara A dan B mempunyai susunan C, juga dapat membentuk suatu larutan jenuh ketika dilakukan penambahan air. Kestabilan C bergantung pada letak C, ketika C terletak antara R dan S maka senyawa C akan stabil ketika dilakukan penambahan air (Sukardjo, 2002).
Gambar 8. Pembentukan Garam Rangkap
Sesuai dengan grafik pada Gambar 8, ketika senyawa terletak pada daerah C, maka disebut sebagai a) menjenuh congruent. Sedangkan bila C terletak di sebelah kiri R atau terletak di sebelah kanan S disebut sebagai b) menjenuh incongruent. Misalnya (Sukardjo, 2002) :
a) NH4NO3 – AgNO3 pada temperatur 30°C
b) KNO3 - AgNO3 pada temperatur 30°C.
c. Tipe III : Pembentukan Senyawa Terner
Ketika A, B, dan H2O membentuk senyawa maka senyawa yang terbentuk adalah
senyawa terner. Misalkan A dan H2O membentuk hidrat C dan hidrat ini bereaksi dengan B
membentuk senyawa terner R, maka akan membentuk senyawa seperti diagram pada Gambar 9 berikut (Sukardjo, 2002) :
Senyawa terner R dapat menjenuh incongruent seperti : CaCl2.MgCl2. H2O (techydrite) pada 25°C
Sedangkan ketika senyawa terner R menjenuh congruent seperti : B2SO4.C2(SO4)3.24 H2O (tawas).
Gambar 9. Pembentukan Senyawa Terner.
d. Tipe IV : Pembentukan Larutan Padat
Pada pembentukan larutan padat, sistem ini tidak terdapat titik invarian isotermis. Sedangkan garis kesetimbangan dapat ditunjukkan oleh garis titik – titik seperti grafik pada Gambar 10 (Sukardjo, 2002).
Gambar 10. Pembentukan Larutan Padat
e. Tipe V : Dalam Keadaan Padat Tercampur Sebagian
Pada sistem ini A dan B tercampur sebagian dalam keadaan padat. Dan pada sistem ini terdapat 2 jenis larutan padat (Sukardjo, 2002) :
a. Larutan padat B dalam A yang jenuh antara A – C b. Larutan padat A dalam B yang terletak antara D – B Sedangkan F merupakan titik invarian isotermis.
Gambar 11. Pembentukan Fase Padat yang Bercampur Sebagian
Diagram pada Gambar 11 merupakan diagram fase 3 dimensi. Misalnya sistem Bi – Sn – Pb dan G merupakan titik invarian absolute (Sukardjo, 2002).
t = 97°C {
sesuai diagram pada Gambar 12 menunjukkan bahwa pada titik G terjadi kesetimbangan 4 fase, yaitu 3 fase padat dan 1 leburan (Sukardjo, 2002).
DAFTAR PUSTAKA
Atkins. (1996). Kimia Fisika Jilid 1 Edisi Keempat. Jakarta: Penerbit Erlangga.
Hardeli, S. S. (1997). Kimia Fisika 1. Padang: Universitas Negeri Padang.
Levine, I. N. (2002). Physical Chemistry Fifth Edition. Austrin: McGraw-Hill Higher Education .
Mulyani, I. R. (2004). Common Textbook Edisi Revisi Kimia Fisik 1. Bandung: Universitas Pendidikan Indonesia.
