System Dua Komponen Cair Uap Ideal dan Tak Ideal System Dua Komponen Cair Uap Ideal dan Tak Ideal
Da
Dalalam m sisiststem em dudua a kokompmpononen en teterdrdapaapat t sisiststem em dudua a kokompmpononen en cacairir-u-uap, ap, sisiststem em duadua komponen cair-cair, dan sistem dua komponen padat-cair. Sistem dua komponen cair-uap dapat komponen cair-cair, dan sistem dua komponen padat-cair. Sistem dua komponen cair-uap dapat membentuk larutan ideal dan larutan tak ideal.
membentuk larutan ideal dan larutan tak ideal.
Larutan merupakan campuran homogen dari dua zat atau lebih. Suatu larutan terdiri dari Larutan merupakan campuran homogen dari dua zat atau lebih. Suatu larutan terdiri dari zat terlarut
zat terlarut (solute)(solute) dan pelarut dan pelarut (solvent (solvent ). Zat ). Zat yang jumlahnya banyak biasanya disebut pelarut,yang jumlahnya banyak biasanya disebut pelarut, sementara zat yang jumlahnya sedikit disebut zat terlarut. Tetapi ini tidak mutlak. isa saja sementara zat yang jumlahnya sedikit disebut zat terlarut. Tetapi ini tidak mutlak. isa saja dipilih zat yang lebih sedikit sebagai pelarut, tergantung pada keperluannya, tetapi disini akan dipilih zat yang lebih sedikit sebagai pelarut, tergantung pada keperluannya, tetapi disini akan digunakan pengertian yang biasa digunakan untuk pelarut dan terlarut.
digunakan pengertian yang biasa digunakan untuk pelarut dan terlarut.
Suatu larutan sudah pasti ber!asa tunggal. erdasarkan pandangan termodinamika larutan Suatu larutan sudah pasti ber!asa tunggal. erdasarkan pandangan termodinamika larutan dapat dikelompokkan ke dalam larutan ideal dan tak ideal.
dapat dikelompokkan ke dalam larutan ideal dan tak ideal.
Hukum Raoult Hukum Raoult
"ukum ini dikemukakan oleh kimia#an $erancis yang bernama %rancois &arie 'aoult "ukum ini dikemukakan oleh kimia#an $erancis yang bernama %rancois &arie 'aoult (*+-) sehingga dikenal dengan hukum 'aoult.
(*+-) sehingga dikenal dengan hukum 'aoult.
"ukum 'aoult berlaku pada larutan ideal (untuk semua komponen baik pelarut dan zat "ukum 'aoult berlaku pada larutan ideal (untuk semua komponen baik pelarut dan zat terlarut pada seluruh rentang konsentrasi) atau larutan yang sangat encer, karena pada larutan terlarut pada seluruh rentang konsentrasi) atau larutan yang sangat encer, karena pada larutan encer, hubungan antara jumlah zat terlarut dengan tekanan uapnya merupakan !ungsi linier encer, hubungan antara jumlah zat terlarut dengan tekanan uapnya merupakan !ungsi linier (semakin banyak solut, maka tekanan uap akan semakin kecil), sedangkan pada larutan yang (semakin banyak solut, maka tekanan uap akan semakin kecil), sedangkan pada larutan yang tidak encer, hubungannya tidak linier (pengaruh jumlah solut terhadap tekanan uap tidak tetap). tidak encer, hubungannya tidak linier (pengaruh jumlah solut terhadap tekanan uap tidak tetap). "ukum 'aoult ini juga berlaku bagi
"ukum 'aoult ini juga berlaku bagi pelarut pelarut larutan tak ideal, bilamana larutannya encer dan tak larutan tak ideal, bilamana larutannya encer dan tak mempuny
mempunyai ai interinteraksi kimia aksi kimia diantadiantara ra kompokomponen-komnen-komponennyponennya. a. TeTetapi bagitapi bagi zat zat terlarut terlarut pada pada larutan tak ideal encer hukum 'aoult tak berlaku. "al ini didasari bah#a komponen pelarut pada larutan tak ideal encer hukum 'aoult tak berlaku. "al ini didasari bah#a komponen pelarut pada lar
larutautan n tak tak ideideal al memmemiliiliki ki molmolekuekul-ml-moleolekul kul yanyang g sansangat gat banybanyak ak bilbila a dibdibandiandingkngkan an dendengangan molekul terlarut, sehingga lingkungan molekul terlarut sangat berbeda dalam lingkungan pelarut molekul terlarut, sehingga lingkungan molekul terlarut sangat berbeda dalam lingkungan pelarut murni. Zat terlarut dalam larutan tak ideal encer mengikuti hukum "enry, bukan "ukum 'aoult murni. Zat terlarut dalam larutan tak ideal encer mengikuti hukum "enry, bukan "ukum 'aoult ($etrucci, dalam Syairi!!auzi, ).
($etrucci, dalam Syairi!!auzi, ).
Larutan ideal adalah larutan yang gaya tarik menarik molekul-molekul komponennya Larutan ideal adalah larutan yang gaya tarik menarik molekul-molekul komponennya sama dengan gaya tarik menarik antara molekul dari masing-masing komponennya. /adi, bila sama dengan gaya tarik menarik antara molekul dari masing-masing komponennya. /adi, bila
A A BB 0 0 XBXB 11 PoA PoA PoB PoB P = PA + PB P = PA + PB PB PB P PAA
larutan zat 0 dan bersi!at ideal, maka gaya tarik antara molekul 0 dan , sama dengan gaya larutan zat 0 dan bersi!at ideal, maka gaya tarik antara molekul 0 dan , sama dengan gaya tarik antara molekul 0 dan 0
tarik antara molekul 0 dan 0 atau antara atau antara dan ( dan ( Sukardjo, dalam Sukardjo, dalam Syairi!!auzi, ).Syairi!!auzi, ). il
ila a dua dua caicairan ran berbercamcampur pur makmaka a ruaruang ng diadiatastasnya nya berberisi isi uap uap kedkedua ua caicairan ran tertersebsebut.ut. Tekanan uap jenuh masing-masing komponen (
Tekanan uap jenuh masing-masing komponen ( p poo
ii ) ) di ruangan itu lebih kecil daripaddi ruangan itu lebih kecil daripada tekanana tekanan
uap jenuh cairan murni (
uap jenuh cairan murni ( p poo ), karena permukaan larutan diisi oleh dua jenis zat sehingga peluang ), karena permukaan larutan diisi oleh dua jenis zat sehingga peluang
tiap komponen untuk menguap berkurang. $eluang itu setara dengan !raksi molnya tiap komponen untuk menguap berkurang. $eluang itu setara dengan !raksi molnya masing-masing ( 1
masing ( 1ii ) (Syukri, dalam ) (Syukri, dalam Syairi!!auzi, ).Syairi!!auzi, ).
/ika dua macam cairan dicampur dan tekanan uap parsialnya masing-masing diukur, /ika dua macam cairan dicampur dan tekanan uap parsialnya masing-masing diukur, maka menurut hukum 'aoult untuk tekanan uap parsial 0 berlaku 2
maka menurut hukum 'aoult untuk tekanan uap parsial 0 berlaku 2
$ $00 3 4 3 400 o o 0 0 $ $
Sedangkan untuk tekanan uap parsial berlaku 2 Sedangkan untuk tekanan uap parsial berlaku 2
$ $ 3 4 3 4 o o $ $ o o 0 0 $ $
3 tekanan uap 0 ( yaitu cairan murni ) 3 tekanan uap 0 ( yaitu cairan murni )
o o $ $ 3 tekanan uap 3 tekanan uap 4
400 dan 4 dan 4 disebut !raksi mol zat 0 dan zat . disebut !raksi mol zat 0 dan zat .
/umlah tekanan uap ($) menurut hukum Dalton adalah2 /umlah tekanan uap ($) menurut hukum Dalton adalah2 $ 3 $
$ 3 $00 5 $ 5 $
"ukum 'aoult secara umum dide!inisikan sebagai !ugasitas dari tiap komponen dalam "ukum 'aoult secara umum dide!inisikan sebagai !ugasitas dari tiap komponen dalam larutan yang sama dengan hasil kali !ugasitasnya dan keadaan murni pada temperatur dan larutan yang sama dengan hasil kali !ugasitasnya dan keadaan murni pada temperatur dan tek
tekanaanan n yanyang g samsama a serserta ta !ra!raksi molnyksi molnya a daldalam am larlarutautan n tertersebsebut ut ( ( DogDogra, ra, ). ). 6am6ambar bar menunjukkan tekanan uap larutan ideal sebagai !ungsi konsentrasi zat terlarut. Tekanan uap total menunjukkan tekanan uap larutan ideal sebagai !ungsi konsentrasi zat terlarut. Tekanan uap total campuran gas adalah jumlah $
A A BB 0 0 XBXB 11 PoA PoA PoB PoB P = PA + PB P = PA + PB PB PB P PAA
larutan zat 0 dan bersi!at ideal, maka gaya tarik antara molekul 0 dan , sama dengan gaya larutan zat 0 dan bersi!at ideal, maka gaya tarik antara molekul 0 dan , sama dengan gaya tarik antara molekul 0 dan 0
tarik antara molekul 0 dan 0 atau antara atau antara dan ( dan ( Sukardjo, dalam Sukardjo, dalam Syairi!!auzi, ).Syairi!!auzi, ). il
ila a dua dua caicairan ran berbercamcampur pur makmaka a ruaruang ng diadiatastasnya nya berberisi isi uap uap kedkedua ua caicairan ran tertersebsebut.ut. Tekanan uap jenuh masing-masing komponen (
Tekanan uap jenuh masing-masing komponen ( p poo
ii ) ) di ruangan itu lebih kecil daripaddi ruangan itu lebih kecil daripada tekanana tekanan
uap jenuh cairan murni (
uap jenuh cairan murni ( p poo ), karena permukaan larutan diisi oleh dua jenis zat sehingga peluang ), karena permukaan larutan diisi oleh dua jenis zat sehingga peluang
tiap komponen untuk menguap berkurang. $eluang itu setara dengan !raksi molnya tiap komponen untuk menguap berkurang. $eluang itu setara dengan !raksi molnya masing-masing ( 1
masing ( 1ii ) (Syukri, dalam ) (Syukri, dalam Syairi!!auzi, ).Syairi!!auzi, ).
/ika dua macam cairan dicampur dan tekanan uap parsialnya masing-masing diukur, /ika dua macam cairan dicampur dan tekanan uap parsialnya masing-masing diukur, maka menurut hukum 'aoult untuk tekanan uap parsial 0 berlaku 2
maka menurut hukum 'aoult untuk tekanan uap parsial 0 berlaku 2
$ $00 3 4 3 400 o o 0 0 $ $
Sedangkan untuk tekanan uap parsial berlaku 2 Sedangkan untuk tekanan uap parsial berlaku 2
$ $ 3 4 3 4 o o $ $ o o 0 0 $ $
3 tekanan uap 0 ( yaitu cairan murni ) 3 tekanan uap 0 ( yaitu cairan murni )
o o $ $ 3 tekanan uap 3 tekanan uap 4
400 dan 4 dan 4 disebut !raksi mol zat 0 dan zat . disebut !raksi mol zat 0 dan zat .
/umlah tekanan uap ($) menurut hukum Dalton adalah2 /umlah tekanan uap ($) menurut hukum Dalton adalah2 $ 3 $
$ 3 $00 5 $ 5 $
"ukum 'aoult secara umum dide!inisikan sebagai !ugasitas dari tiap komponen dalam "ukum 'aoult secara umum dide!inisikan sebagai !ugasitas dari tiap komponen dalam larutan yang sama dengan hasil kali !ugasitasnya dan keadaan murni pada temperatur dan larutan yang sama dengan hasil kali !ugasitasnya dan keadaan murni pada temperatur dan tek
tekanaanan n yanyang g samsama a serserta ta !ra!raksi molnyksi molnya a daldalam am larlarutautan n tertersebsebut ut ( ( DogDogra, ra, ). ). 6am6ambar bar menunjukkan tekanan uap larutan ideal sebagai !ungsi konsentrasi zat terlarut. Tekanan uap total menunjukkan tekanan uap larutan ideal sebagai !ungsi konsentrasi zat terlarut. Tekanan uap total campuran gas adalah jumlah $
Gambar 9.
Gambar 9. TeTekanan total dan parsial kanan total dan parsial larutan ideal.larutan ideal.
$enyimpangan "ukum 'aoult terjadi karena perbedaan interaksi antara partikel sejenis $enyimpangan "ukum 'aoult terjadi karena perbedaan interaksi antara partikel sejenis dengan yang tak sejenis. &isalnya campuran 0 dan , jika daya tarik 0- lebih besar dari 0-0 dengan yang tak sejenis. &isalnya campuran 0 dan , jika daya tarik 0- lebih besar dari 0-0 atau -, maka kecenderungan bercampur lebih besar, akibatnya jumlah tekanan uap kedua atau -, maka kecenderungan bercampur lebih besar, akibatnya jumlah tekanan uap kedua kedua zat lebih kecil daripada larutan ideal disebut penyimpangan negati!. $enyimpangan positi! kedua zat lebih kecil daripada larutan ideal disebut penyimpangan negati!. $enyimpangan positi! terjadi bila daya tarik 0- lebih kecil daripada daya tarik 0-0 dan -, akibatnya tekanan terjadi bila daya tarik 0- lebih kecil daripada daya tarik 0-0 dan -, akibatnya tekanan uapnya menjadi lebih besar dari larutan ideal. Si!at suatu larutan mendekati si!at pelarutnya jika uapnya menjadi lebih besar dari larutan ideal. Si!at suatu larutan mendekati si!at pelarutnya jika jumlahnya
jumlahnya lebih lebih besar. 0kan besar. 0kan tetapi tetapi larutan larutan dua dua macam macam cairan cairan dapat dapat berkomposisi berkomposisi tanpa tanpa batas,batas, karena saling melarutkan. 7edua cairan dapat sebagai pelarut atau sebagai zat terlarut tergantung karena saling melarutkan. 7edua cairan dapat sebagai pelarut atau sebagai zat terlarut tergantung pada komposisinya ( Syukri,).
pada komposisinya ( Syukri,). 0dapun syarat dari
0dapun syarat dari Larutan 8deal yaitu Larutan 8deal yaitu sebagai berikut.sebagai berikut.
•
• Semua gaya tarik-menarik harus identik Semua gaya tarik-menarik harus identik
0-0 3 0 9 0-0 3 0 9 - 3 0 9 - 3 0 9
•
• $ada pencampuran tidak terjadi e!ek kalor $ada pencampuran tidak terjadi e!ek kalor
:"
:"mi1mi13 3
•
• $ada pencampuran tidak terjadi perubahan ;olum$ada pencampuran tidak terjadi perubahan ;olum
:<
:<mi1mi13 3
=ontoh Soal2 =ontoh Soal2
Suatu campuran 0- dengan komposisi masing-masing ,> pada ?,@
Suatu campuran 0- dengan komposisi masing-masing ,> pada ?,@AA= dan = dan tekanatekanan uap n uap murnimurni
0 3 B>,? mm"g dan 3 ?, mm"g.
0 3 B>,? mm"g dan 3 ?, mm"g. "itung2"itung2 a.
a. TeTekanakanan pan parsirsial mal masiasing-ng-masmasing ing zatzat b.
b. TeTekanan totalkanan total c.
c. %r%rakaksi si momol ul uap ap 0 0 dadan n $enyelesaian 2
%raksi mol uap C !raksi mol 0 dalam !asa cair (.>) karena o 0 $ C o $ a. $0 3 40 o 0 $ 3 ,> 1 B>,? 3 ,>* mm"g $3 4 o $ 3 ,> 1 ?, 3 *, mm"g b. $t 3 $0 5 $ 3 ,>* 5 *, 3 +,?* mm"g c. $0 3 40. $t ,*> 3 +,?* 40 40 3 (,>*E+,?*) 3 ,@+? C ,> Larutan Ideal
Sistem Dua 7omponen =air-Fap 8deal
$ada bagian ini akan dibahas sistem dua komponen yang membentuk larutan ideal, dan diagram !asa yang ditinjau hanya bagian cair-uapnya saja.
Larutan ideal adalah larutan yang memenuhi "ukum 'aoult pada semua rentang konsentrasi. =ontoh larutan yang mendekati larutan ideal yakni benzena dan toluena. &enurut "ukum 'aoult, tekanan uap jenuh berbanding lurus dengan !raksi molnya
$i 3 4i$iGH.persamaan ()
Dengan $i menyatakan tekanan uap (jenuh) i di atas larutan pada suhu T, 4i menyatakan
!raksi mol i dalam larutan ideal, $iG menyatakan tekanan uap (jenuh) pelarut murni i pada suhu T.
$ada suhu tertentu (tetap) dapat digambarkan diagram !asa tekanan, $, terhadap !raksi mol, 4. Fntuk itu marilah kita tinjau suatu larutan ideal yang terdiri atas cairan 0 dan dengan komposisi tertentu yang ada dalam suatu silinder yang dilengkapi dengan piston dan dimasukkan ke dalam suatu penangas bersuhu tetap. &ula-mula kita atur tekanan luar pada piston cukup tinggi sehingga sistem seluruhnya ada dalam keadaan cair .
Gambar 10. Diagram Fase Tekanan, P terhadap Fraksi Mol, X pada Suhu Tertentu Tetap
Setelah itu tekanannya diturunkan di ba#ah titik =. $ada suatu ketika akan dicapai suatu tekanan yang menyebabkan cairan tepat mulai menguap (titik D). Di titik D, cairan mempunyai komposisi yang sama dengan komposisi cairan semula, karena cairan yang menguap masih sangat sedikit sekali (tak hingga kecilnya). 7omposisi uapnya dapat dinyatakan dengan
$ $ 4 0 ; 0, = H.persamaan (a) $ $ 4 ; 0, = H.persamaan (b)
Dengan mensubstitusikan persamaan () ke persamaan () diperoleh hubungan antara !raksi mol uapnya dengan komposisi larutannya.
0, 0 ; 0, 4 $ $ 4 = H.persamaan (+a) dan , ; , 4 $ $ 4 = H.persamaan (+b) Dengan $ 3 $0 5 $, tekanan sistem.
0 , 0, ; , ; 0, $ $ 4 4 4 4 = H.persamaan (Ba)
/ika 0 lebih mudah menguap, maka $G
0C $G dengan demikian maka
, 0, ; , ; 0, 4 4 4 4 > . /adi uap di atas larutan lebih kaya akan zat 0, yang lebih mudah menguap, dibandingkan dengan cairannya.
/ika tekanan diturunkan lagi (secara isotermal) di ba#ah titik D, maka cairan yang menguap akan lebih banyak lagi dan pada akhirnya cairan tepat habis menguap titik %. Di ba#ah % hanya terdapat uap saja. Setiap titik antara D dan % menyatakan adanya cairan dan uapnya bersama-sama dalam kesetimbangan.
Iksperimen yang sama dapat diulang-ulang dengan komposisi a#al yang berbeda-beda. "asil kur;anya seperti terlihat pada 6ambar (). Fntuk setiap titik di garis ℓ , cairan dengan komposisi X ℓ tepat mulai menguap. Tekanan uap dari cairan ini adalah
o B A o A A o B B o A A B A P X P X P X P X P P P (- ) , , , , + = + = + = 0tau , ) ( A o B o A o B P P X P P = + − ...(persamaan Bb)
$ersamaan (Bb) merupakan persamaan garis lurus tekanan uap total, $, terhadap 40,l yang
dimulai dari $o untuk 40,ℓ 3 dan berakhir di $0o untuk 40,J 3 . 7arena sepanjang garis ℓ
tersebut cairan baru mulai menguap, maka !raksi molnya sama dengan !raksi mol dalam cairannya.
7ur;a sepanjang garis v menunjukkan zat cair tepat habis menguap, sehingga X keseluruhan sama dengan !raksi mol dalam !asa uapnya, 4V . /adi garis v merupakan aluran $
terhadap 4V . Fntuk memperoleh $ sebagai !ungsi 4V , kita dapat menyatakannya dalam bentuk
4 A,l pada persamaan (Bb) diubah menjadi 4 A,V . Dari persamaan (Ba) diperoleh
o , o 0 , , , $ ) ( $ − + = − A A V A V A X X X X ...(persamaan Bc) $enyelesaian untuk 4 A,l menghasilkan
o 0 o o 0 , o , , $ ) $ $ ( $ + − = V A V A l A X X X ...(persamaan Bd) Subsitusi persamaan (Bd) ke persamaan (Bb) menghasilkan
o 0 o 0 o , o o 0 $ ) $ $ ( $ $ + − = V A X P ...(persamaan Be)
$ersamaan (Be) menyatakan hubungan antara $ dan 4 A,V . 7ur;a yang dihasilkan dari
persamaan ini akan sesuai dengan v.
$erubahan keadaan sistem sekarang dikaji dengan penurunan tekanan secara isotermal. Aleh karena sistemnya sistem tertutup, maka komposisi sistem secara keseluruhan tetap pada !raksi mol 0 sama dengan 4 A pada (6ambar B). &eskipun !raksi mol keseluruhan tetap akan
tetapi komposisi cairan dan uapnya berubah-ubah selama proses penurunan tekanan. 7alau kita lihat pada 6ambar (?.>), proses ini dinyatakan oleh garis ;ertikal, dari titik = ke 7. Di titik = sistem ada dalam keadaan cair, dan tetap cair ketika tekanan di turunkan sampai dicapai titik D mulai muncul uap dengan komposisi X A,J . Fap yang muncul pertama kali ini lebih kaya dengan
zat 0 (yang lebih mudah menguap), dibandingkan dengan caiannya. $enurunan tekanan selanjutnya akan mencapai titik I. selama penurunan (dari $D ke $I) komposisi cair bergerak
sepanjang garis D 9 " dan komposisi uapnya bergerak sepanjang garis 6 9 8. Di titik I, cairan mempunyai komposisi X A,3 dan uapnya mempunyai komposisi X A,2. $enurunan tekanan
selanjutnya sampai di titik %. Di titik ini tepat semua cairan menjadi uapnya. =airan terakhir yang menguap mempunyai komposisi X A,4 dan uapnya mempunyai komposisi X A . kita lihat bah#a
campuran terakhir yang tersisa lebih kaya dengan zat yang lebih sukar menguap (zat ). penurunan tekanan selanjutnya akan masuk ke daerah uap.
Dari titik % ke titik 7, praktis hanya terjadi ekspansi dari uap, dengan komposisi uap, dengan komposisi uap yang sudah pasti sama dengan komposisi cairan semula, X A . uap yang
terbentuk di atas cairan saat tekanan diturunkan, lebih kaya dengan zat yang lebih mudah menguap. 8ni merupakan dasar dari salah satu metode pemisahan, yakni destilasi secara isotermal.
Gambar 11. Perubahan tekanan se!ara isotermal pada diagram P"X !air uap larutan ideal
=ara ini sangat berman!aat untuk memisahkan campuran yang mudah terurai jika didistilasi dengan cara biasa. =ara ini tidak biasa digunak an, kecuali jika cara-cara lain.
Diagram !asa $ terhadap 4 cair uap pada suhu tetap dari dua cairan yang membentuk larutan ideal terdiri atas tiga daerah. Setiap titik yang ada di atas kur;a atas (kur;a cairan) ada dalam keadaan cair dan titik yang ada di bas#ah kur;a ba#ah (kur;a uap) ada dalam keadaan uap. Setiap titik yang ada diantara kedua kura menyatakan keadaan sistem dimana cairan dan uapnya terdapat bersama-sama dalam keadaan kesetimbangan. Daerah ini disebut sebagai daerah cair uap. /adi titik I pada gambar (?.>) yang ada di daerah ini, terdapat di daerah dua !asa yakni !asa cairan dengan komposisi " dan !asa uapnya dengan komposisi 8, sementara posisi keseluruhan di titik I adalah 40. 6aris horizontal "I8 disebut dengan garis dasi. Di daerah
antara kur;a cair dan kur;a uap tidak bisa diperoleh !asa tunggal (homogen), melainkan selalu terdapat dua !asa, cair dan uapnya. Satu titik yang ada dalam daerah dua !asa dengan komposisi keseluruhan tertentu mempunyai komposisi uap dan cair yang ada di ujung garis dasinya.
&engurangi tekanan pada temperatur tetap merupakan salah satu cara untuk mengerjakan destilasi. Tetapi yang lebih umum adalah mendestilasi pada tekanan tetap dengan menaikkan temperatur. Fntuk membahas destilasi dengan cara ini, kita memerlukan diagram temperatur-komposisi, suatu diagram yang batas-batasnya memperlihatkan komposisi !ase-!ase yang berada dalam kesetimbangan pada berbagai temperatur (dan tekanan tertentu, khususnya atm).
Gambar 1#. Diagram temperatur"komposisi $ang sesuai dengan !ampuran ideal, dengan % lebih mudah menguap dari &. Pendidihan dan kondensasi berturut"turut dari !airan $ang komposisin$a mula"mula a, menghasilkan kondensat % murni. 'ni adalah proses destilasi
ter(raksi.
=ontoh Soal2
=ampuran uap dari 0 dan yang membentuk larutan ideal dimasukkan ke dalam suatu silinder yang dilengkapi piston pada suhu tetap, T. $ada suhu tersebut $0o dan $o masing-masing adalah
,B dan , atm. =ampuran uap tersebut mengandung BK mol 0. =ampuran kemudian dikompresisecara perlahan-lahan. "itung tekanan total yang menyebabkan cairan pertama mulai terkondensasi dan komposisi dari cairan tersebut.
Diketahui2
$0o 3 ,B atm
$o 3 , atm
Ditanyakan2 $ saat uap mulai mencair X A,1 yang pertama muncul
$enyelesaian2
Saat uap mulai mencair, komposisi uap sama dengan sebelum mencair, yakni X A,V 3 ,B karena
B A V A P P P X = = + $ $0 , $i 3 X i, l P io 40 5 4 3 o , o 0 , o 0 , , $ $ $ B A A V A X X X X + = o 0, o 0 0, o 0 0, < 0, $ ) 4 -( $ 4 $ 4 4 + = $enyelesaian ,. ) 4 -( 4 ,B 4 ,B 0, 0, 0, + = ) 4 ,* -,. ,B 4 ,B 0, 0, = 40,J3 ,@ $ total 3 (, 9 ,* 40,J) atm 3 (, 9 ,* 1 ,@) atm 3 ,? atm
7esimpulan total pada saat cairan pertama mulai muncul adalah ,? atm dengan komposisi cairan tersebut 40,J3 ,@.
Larutan Nonideal
Sebagaimana juga perilaku gas nyata berbeda dengan perilaku gas ideal, perilaku larutan nyata berbeda dengan perilaku larutan ideal, dengan kata lain berbeda dari hukum 'aoult. 6ambar +.(a) menunjukkan kur;a tekanan uap sistem biner dua cairan yang cukup berbeda polaritasnya, aseton &e=A dan karbon disul!ida =S. Dalam hal ini, penyimpangan positi! dari
hukum 'aoult (tekanan uap lebih besar) diamati. 6ambar +. (b) menunjukkan tekanan uap sistem biner aseton dan khloro!orm (="=l+). Dalam kasus ini, penyimpangan negati! dari hukum
'aoult diamati. 6aris putus-putus menunjukkan prilaku larutan ideal. $rilaku larutan mendekati ideal bila !raksi mol komponen mendekati atau . Dengan menjauhnya !raksi mol dari atau ,
penyimpangan dari ideal menjadi lebih besar, dan kur;a tekanan uap akan mencapai minimum atau maksimum.
Gambar 1). Tekanan total dan parsial larutan n$ata
#*+-$enyebab penyimpangan dari perilaku larutan ideal sebagian besar disebabkan oleh besarnya interaksi molekul. ila pencampuran komponen 0 dan menyebabkan absorpsi kalor dari lingkungan (endoterm), interaksi molekul antara dua komponen lebih kecil daripada pada masing-masing komponen, dan penyimpangan positi! dari hukum 'aoult akan terjadi. Sebaliknya, bila pencampuran menghasilkan kalor ke lingkungan (eksoterm), penyimpangan negati! akan terjadi.
Diagram !ase cair uap untuk sistem tak ideal diperoleh melalui pengukuran tekanan dan komposisi uapnya dalam kesetimbangan dengan cairan yang diketahui komposisinya. /ika larutan sedikit tak ideal, kur;anya mirip dengan larutan ideal dan tidak ada perubahan yang signi!ikan. 0kan tetapi jika larutan menyimpang cukup besar dari keadaan ideal, akan diperoleh maksimum atau minimum pada kur;a $-4l.
Fntuk larutan yang mengalami de;iasi positi! dari hukum 'aoult akan diperoleh maksimum pada kur;a P-X l . gambar @
Gambar 1. Diagram !air uap dengan tekanan !ampuran maksimum dan suhu !ampuran minimum
=ampuran yang ideal atau menyimpang sedikit dari keidealan dapat dipisahkan ke dalam komponen-komponennya melalui destilasi bertingkat. Tetapi jika penyimpangannya besar sampai diperoleh kur;a maksimum atau minimum dalam kur;a P-X atau kur;a minimum dan maksimum dalam kur;a T-X , maka campuran seperti ini tak dapat dipisahkan ke dalam komponen-komponennya melalui distilasi bertingkat.
=ampuran dengan komposisi cairan X’A pada gambar @ b jika didihkan akan mempunyai komposisi uap yang sama dengan cairannya. 7arena penguapan tidak mengubah komposisi cairannya, keseluruhan sampel cair akan mendidih pada suhu konstan. Larutan yang mempunyai titik didih konstan seperti ini disebut azeotrop. Titik didih larutan azeotrop mirip dengan suatu zat murni dan sangat berbeda dengan kebanyakan larutan dari dua cairan yang mendidih pada rentang suhu tertentu.
0zeotrop yang paling dikenal adalah azeotrop yang terbentuk antara air dan etanol. $ada atm, komposisi azeotrop ini adalah >K berat etanol, dengan tiik didih @*,=, di ba#ah titik
didih air dan etanol. 7omposisi azeotrop bergantung pada tekanan. /adi, perubahan tekanan akan menghasilkan perubahan komposisi azeotrop, dan juga titik didihnya.
Fntuk penyimpangan negati! yang cukup besar dari hukum 'aoult akan diperoleh minimum pada kur;a P-x A, dan maksimum pada kur;a T-X dengan azeotrop bertitik didih maksimum
b. Diagram !asa T-4 b. Diagram !asa $-4
(gambar *a dan b). /ika penyimpangan positi! dari keidealan cukup besar, kedua cairan satu sama lain dapat saling larut (misibel sebagian).
Gambar 1*. Diagram air"/ap dengan tekanan !ampuran minimum dan suhu maksimum
b. Diagram !asa T-4 b. Diagram !asa $-4
Sistem Dua Komponen Cair-Uap Ideal dan Tak Ideal
Larutan merupakan campuran homogen dari dua zat atau lebih. Suatu larutan terdiri dari zat terlarut (solute) dan pelarut (solvent ). at !ang "umlahn!a ban!ak bia#an!a di#ebut pelarut$ #ementara zat !ang "umlahn!a #edikit di#ebut zat terlarut. %etapi ini tidak mutlak. Bi#a #a"a dipilih zat !ang lebih #edikit #ebagai pelarut$ tergantung pada keperluann!a$ tetapi di#ini akan digunakan pengertian !ang bia#a digunakan untuk pelarut dan terlarut.
Suatu larutan #udah pa#ti ber&a#a tunggal. Berda#arkan pandangan termodinamika larutan dapat dikelompokkan ke dalam larutan ideal dan tak ideal.
1. Hukum Raoult
'ukum ini dikemukakan oleh kimia(an Peranci# !ang bernama rancoi# *arie aoult ,1-0/101) #ehingga dikenal dengan hukum Raoult.
'ukum aoult berlaku pada larutan ideal ,untuk #emua komponen baik pelarut dan zat terlarut pada #eluruh rentang kon#entra#i) atau larutan !ang #angat encer$ karena pada larutan encer$ hubungan antara "umlah zat terlarut dengan tekanan uapn!a merupakan &ung#i linier ,#emakin ban!ak #olut$ maka tekanan uap akan #emakin kecil)$ #edangkan pada larutan !ang tidak encer$ hubungann!a tidak linier ,pengaruh "umlah #olut terhadap tekanan uap tidak tetap). 'ukum aoult ini "uga berlaku bagi pelarut larutan tak ideal$ bilamana larutann!a encer dan tak mempun!ai interak#i kimia diantara komponen/ komponenn!a. %etapi bagi zat terlarut pada larutan tak ideal encer hukum aoult tak berlaku. 'al ini dida#ari bah(a komponen pelarut pada larutan tak ideal memiliki molekul/molekul !ang #angat ban!ak bila dibandingkan dengan molekul terlarut$ #ehingga lingkungan molekul terlarut #angat berbeda dalam lingkungan pelarut murni. at terlarut dalam larutan tak ideal encer mengikuti hukum 'enr!$ bukan 'ukum aoult ,Petrucci$ 1 dalam S!airi2auzi$ 00).
Larutan ideal adalah larutan !ang ga!a tarik menarik molekul/molekul komponenn!a #ama dengan ga!a tarik menarik antara molekul dari ma#ing/ ma#ing komponenn!a. 3adi$ bila larutan zat A dan B ber#i&at ideal$ maka ga!a tarik antara molekul A dan B$ #ama dengan ga!a tarik antara molekul A dan A atau antara B dan B , Sukard"o$ 10 dalam S!airi2auzi$ 00).
Bila dua cairan bercampur maka ruang diata#n!a beri#i uap kedua cairan ter#ebut. %ekanan uap "enuh ma#ing/ma#ing komponen , po
i ) di ruangan itu lebih
kecil daripada tekanan uap "enuh cairan murni , po )$ karena permukaan larutan
dii#i oleh dua "eni# zat #ehingga peluang tiap komponen untuk menguap berkurang. Peluang itu #etara dengan &rak#i moln!a ma#ing/ma#ing , 4i ) ,S!ukri$
1 dalam S!airi2auzi$ 00).
3ika dua macam cairan dicampur dan tekanan uap par#ialn!a ma#ing/ma#ing diukur$ maka menurut hukum aoult untuk tekanan uap par#ial A berlaku 5
PA = XA o 0
$
Sedangkan untuk tekanan uap par#ial B berlaku 5
PB = XB o $ o 0 $
= tekanan uap A , !aitu cairan murni )
o
$
= tekanan uap B
XA dan XB di#ebut &rak#i mol zat A dan zat B.
3umlah tekanan uap ,P) menurut hukum 6alton adalah5
P = PA + PB
aoult #ecara umum dide7ni#ikan #ebagai &uga#ita# dari tiap komponen dalam larutan !ang #ama dengan ha#il kali &uga#ita#n!a dan keadaan murni pada temperatur dan tekanan !ang #ama #erta &rak#i moln!a dalam larutan ter#ebut , 6ogra$ 10 ). 8ambar 1 menun"ukkan tekanan uap larutan ideal #ebagai &ung#i kon#entra#i zat terlarut. %ekanan uap total campuran ga# adalah "umlah P A dan
8ambar 1 %ekanan total dan par#ial larutan ideal.
Pen!impangan 'ukum aoult ter"adi karena perbedaan interak#i antara partikel #e"eni# dengan !ang tak #e"eni#. *i#aln!a campuran A dan B$ "ika da!a tarik A/ B lebih be#ar dari A/A atau B/B$ maka kecenderungan bercampur lebih be#ar$ akibatn!a "umlah tekanan uap kedua kedua zat lebih kecil daripada larutan ideal di#ebut pen!impangan negati&. Pen!impangan po#iti& ter"adi bila da!a tarik A/B lebih kecil daripada da!a tarik A/A dan B/B$ akibatn!a tekanan uapn!a men"adi lebih be#ar dari larutan ideal. Si&at #uatu larutan mendekati #i&at pelarutn!a "ika "umlahn!a lebih be#ar. Akan tetapi larutan dua macam cairan dapat berkompo#i#i tanpa bata#$ karena #aling melarutkan. 9edua cairan dapat #ebagai pelarut atau #ebagai zat terlarut tergantung pada kompo#i#in!a , S!ukri$1).
Adapun #!arat dari Larutan :deal !aitu #ebagai berikut.
• Semua ga!a tarik/menarik haru# identik
A/A = A ; B
B/ B = A ; B
• Pada pencampuran tidak ter"adi e&ek kalor
<'mi4= 0
• Pada pencampuran tidak ter"adi perubahan olum • <>mi4= 0
Suatu campuran A/B dengan kompo#i#i ma#ing/ma#ing 0$@ pada 1$C? dan
tekanan uap murni A = D@$1 mm'g dan B = 1$ mm'g. 'itung5
d. %ekanan par#ial ma#ing/ma#ing zat e. %ekanan total
&. rak#i mol uap A dan B Pen!ele#aian 5
rak#i mol uap B E &rak#i mol A dalam &a#a cair ,0.@) karena
o 0 $ E o $ d. PA = XA o 0 $ =0$@ 4 D@$1 = $@- mm'g PB= XB o $ = 0$@ 4 1$0 = -$10 mm'g e. Pt = PA + PB = $@- + -$10 = 0$- mm'g &. PA = XAF. Pt $-@ = 0$- XAF XAF = ,$@-G0$-) = 0$ E 0$@
#. Tekanan uap diagram komposisi
Seandainya anda mempunyai sebuah campuran ideal dari dua larutan yaitu 0 dan , kedua larutan ini akan memberi sumbangan-nya masing-masing pada tekanan uap keseluruhan pada campuran seperti yang telah kita lihat pada contoh di atas.
&ari kita lihat larutan 0 secara khusus sebagai contoh2 0nggap saja anda melipat-duakan !raksi mol larutan 0 dalam campuran (dalam suhu yang sama). &enurut hukum 'aoult, tekanan uapnya juga akan ikut terlipat duakan. 0pabila anda melipat-tigakan !raksi mol 0, anda juga otomatis melipat-tigakan tekanan uapnya, dan seterusnya. Dengan kata lain, tekanan uap parsial 0 pada suhu tertentu berbanding lurus dengan !raksi mol-nya. 0pabila
anda menggambar gra!ik tekanan uap parsial terhadap !raksi mol-nya, anda akan memperoleh sebuah garis lurus.
Sekarang, mari kita buat gra!ik yang sama untuk pada sumbu yang sama. %raksi mol mengecil sejalan dengan meningkatnya !raksi mol 0 sehingga gra!ik untuk berbentuk garis yang menurun ke kanan. ersamaan dengan berkurangnya !raksi mol , tekanan parsial uapnya juga berkurang dengan kecepatan yang sama.
$erhatikan bah#a tekanan uap larutan murni lebih tinggi dari larutan 0 murni. 8ni berarti molekul-molekul pada permukaan larutan lebih mudah melepaskan diri daripada molekul-molekul pada larutan 0. Larutan lebih mudah menguap daripada larutan 0. Fntuk memperoleh tekanan uap total dari sebuah campuran, anda harus menjumlahkan tekanan parsial 0 dan pada tiap komposisi. Dengan demikian anda akan memperoleh garis lurus
seperti pada diagram berikut.
$ada campuran yang non-ideal, garis lurus ini akan berbentuk kur;a. Fntuk campuran yang mendekati ideal garisnya akan menyerupai garis lurus. Semakin kurang ideal sebuah campuran, semakin berkur;alah garis yang terbentuk.
). ubungan antara titik didih dan tekanan uap
0pabila sebuah larutan mempunyai tekanan uap yang tinggi pada sebuah suhu, ini berarti bah#a molekul-molekul yang berada dalam larutan tersebut sedang melepaskan diri dari permukaan larutan dengan mudahnya. 0pabila pada suhu yang sama, sebuah larutan lain mempunyai tekanan uap yang rendah, ini berarti bah#a molekul-molekul dalam larutan tersebut tidak dapat dengan mudah melepaskan diri. 0pa e!ek dari kedua !akta ini terhadap titik didih dari kedua larutan iniM
0pabila molekul-molekul dalam larutan sedang melepaskan diri dengan mudahnya dari permukaan larutan, ini berarti bah#a daya tarik intermolekuler relati! lemah. Dengan demikian, anda tidak perlu memanaskannya dengan suhu terlalu tinggi untuk memutuskan semua daya tarik intermolekuler tersebut dan membuat larutan ini mendidih.
Larutan dengan tekanan uap yang lebih tinggi pada suatu suhu tertentu adalah larutan yang titik didihnya lebih rendah.
Larutan akan mendidih ketika tekanan uapnya menjadi sama dengan tekanan udara luar. 0pabila sebuah larutan mempunyai tekanan uap yang tinggi pada suhu tertentu, anda tidak perlu menambah tekanan uapnya supaya menjadi sama dengan tekanan udara luar. Di lain pihak, apabila tekanan uapnya rendah, anda harus meningkatkan tekanan uapnya setinggi-tingginya sampai besarnya menjadi sama dengan tekanan udara luar.
Larutan dengan tekanan uap yang lebih tinggi pada suatu suhu tertentu adalah larutan yang titik didihnya lebih rendah.Sekali lagi, dua larutan pada suhu yang sama2Larutan dengan tekanan uap yang lebih tinggi adalah larutan yang titik didihnya lebih rendah.
. Menghitung titik didihmembuat diagram komposisi
7ita akan mengubah diagram ini menjadi diagram komposisiEtitik didih. 7ita akan mulai dengan titik didih dari larutan murni 0 dan larutan murni . memiliki tekanan uap yang lebih tinggi. 8ni berarti bah#a larutan mempunyai titik didih yang lebih rendah dari larutan 0.
$ada campuran larutan 0 dan , anda mungkin telah menduga bah#a titik-titik didih keduanya akan membentuk sebuah garis lurus yang menghubungkan kedua titik didih ini.$ada kenyataannya, tidak demikianN ukan garis lurus, tapi garis kur;alah yang terbentuk.
7ita akan menambah sebuah garis lagi pada diagram ini yang akan menunjukkan komposisi uap pada larutan yang mendidih. 0pabila anda mendidihkan sebuah campuran
larutan, larutan yang lebih mudah menguap, tentunya akan membentuk lebih banyak uap daripada larutan yang sukar menguap.
8ni berarti, akan ada lebih banyak komponen (komponen yang lebih mudah menguap) terdapat dalam uap daripada dalam larutannya. 0nda dapat membuktikannya dengan memadatkan udap yang didapat dan menganalisanya. Diagram ini menunjukkan apa yang terjadi bila anda mendidihkan campuran larutan 0 dan .
$erhatikan bah#a ada lebih banyak uap larutan daripada uap larutan 0 yang ada di atas campuran larutan yang mendidih ini karena larutan lebih mudah menguap. 0pabila anda mengulangi proses ini dengan campuran larutan dengan berbagai komposisi, anda akan dapat
menggambar kur;a kedua, yaitu garis komposisi uap.
8ni adalah diagram !ase kita yang terakhir
*. Menggunakan diagram komposisi
Diagram ini dapat digunakan dengan cara yang persis sama seperti dengan cara pembentukannya. 0pabila anda mendidihkan campuran larutan, anda dapat mendapatkan titik
didihnya dan komposisi uap di atas larutan yang mendidih ini. Sebagai contoh, pada diagram berikut ini, apabila anda mendidihkan campuran larutan =, titik didihnya adalah T dan
Oang harus anda lakukan hanyalah menggunakan kur;a komposisi larutan untuk mencari titik didih larutan dan melihat pada gra!ik ini, bagaimana komposisi uap pada suhu tersebut (titik didih).
$erhatikan sekali lagi bah#a ada lebih banyak uap larutan daripada uap larutan 0 yang ada di atas campuran larutan yang mendidih ini karena larutan lebih mudah menguap.
2. Permulaan dari distilasi (raksional
Fmpamanya anda mengumpulkan semua uap yang ada di atas larutan yang mendidih dan anda didihkan untuk kedua kalinya. 8ni berarti, sekarang anda mendidihkan larutan baru yang komposisinya adalah =. Larutan ini akan mendidih pada temperatur baru yaitu T, dan uap yang berada di atas larutan baru ini akan mempunyai komposisi =+.
0nda dapat melihat sekarang bah#a kita mempunyai uap yang hampir merupakan komponen murni. 0pabila anda terus melakukan hal ini (mengkondensasi uap dan mendidihkan cairan yang terbentuk) , pada akhirnya anda akan mendapatkan larutan murni.8ni adalah dasar dari distilasi !raksional. Palaupun begitu, melakukannya dengan cara seperti ini akan sangat melelahkan dan kecuali anda dapat memproduksi dan mengkondensasi uap di atas sebuah larutan mendidih dalam jumlah yang luar biasa banyak, jumlah larutan yang akan anda dapat pada akhirnya akan sangat sedikit. 7olom !raksional sesungguhnya (baik di laboratorium ataupun di industri) melakukan proses kondensasi dan pendidihan ulang ini secara otomatis.
2. Larutan Ideal
Sistem Dua Komponen Cair-Uap Ideal
Pada bagian ini akan dibaha# #i#tem dua komponen !ang membentuk larutan ideal$ dan diagram &a#a !ang ditin"au han!a bagian cair/uapn!a #a"a.
Larutan ideal adalah larutan !ang memenuhi 'ukum aoult pada #emua rentang kon#entra#i. ?ontoh larutan !ang mendekati larutan ideal !akni benzena dan toluena. *enurut 'ukum aoult$ tekanan uap "enuh berbanding luru# dengan &rak#i moln!a
6engan Pi men!atakan tekanan uap ,"enuh) i di ata# larutan pada #uhu %$ Xi
men!atakan &rak#i mol i dalam larutan ideal$ PiH men!atakan tekanan uap ,"enuh)
pelarut murni i pada #uhu %.
Pada #uhu tertentu ,tetap) dapat digambarkan diagram &a#a tekanan$ P$ terhadap &rak#i mol$ X. Jntuk itu marilah kita tin"au #uatu larutan ideal !ang terdiri ata# cairan A dan B dengan kompo#i#i tertentu !ang ada dalam #uatu #ilinder !ang dilengkapi dengan pi#ton dan dima#ukkan ke dalam #uatu penanga# ber#uhu tetap. *ula/mula kita atur tekanan luar pada pi#ton cukup tinggi #ehingga #i#tem #eluruhn!a ada dalam keadaan cair ,titik ? pada gambar )
(Gambar 2 Diagram Fase Tekanan, P terhadap Fraksi Mol, X pada Suhu Tertentu (Tetap))
Setelah itu tekanann!a diturunkan di ba(ah titik ?. Pada #uatu ketika akan dicapai #uatu tekanan !ang men!ebabkan cairan tepat mulai menguap ,titik 6). 6i titik 6$ cairan mempun!ai kompo#i#i !ang #ama dengan kompo#i#i cairan #emula$ karena cairan !ang menguap ma#ih #angat #edikit #ekali ,tak hingga keciln!a). 9ompo#i#i uapn!a dapat din!atakan dengan
$ $ 40,; = 0 I.per#amaan ,a) $ $ 4 ; 0, = I.per#amaan ,b)
6engan men#ub#titu#ikan per#amaan ,1) ke per#amaan ,) diperoleh hubungan antara &rak#i mol uapn!a dengan kompo#i#i larutann!a.
0, 0 ; 0, 4 $ $ 4 = I.per#amaan ,a) dan , ; , 4 $ $ 4 = I.per#amaan ,b)
6engan P = PA + PB$ tekanan #i#tem.
6ari perbandingan per#amaan ,) kita peroleh
0 , 0, ; , ; 0, $ $ 4 4 4 4 = I.per#amaan ,b)
3ika A lebih mudah menguap$ maka PH
A E PHB dengan demikian maka
, 0, ; , ; 0, 4 4 4 4 >
. 3adi uap di ata# larutan lebih ka!a akan zat A$ !ang lebih mudah menguap$ dibandingkan dengan cairann!a.
3ika tekanan diturunkan lagi ,#ecara i#otermal) di ba(ah titik 6$ maka cairan !ang menguap akan lebih ban!ak lagi dan pada akhirn!a cairan tepat habi# menguap titik . 6i ba(ah han!a terdapat uap #a"a. Setiap titik antara 6 dan men!atakan adan!a cairan dan uapn!a ber#ama/#ama dalam ke#etimbangan.
Kk#perimen !ang #ama dapat diulang/ulang dengan kompo#i#i a(al !ang berbeda/beda. 'a#il kuran!a #eperti terlihat pada 8ambar ,). Jntuk #etiap titik di gari# ℓ$ cairan dengan kompo#i#i X ℓ tepat mulai menguap. %ekanan uap dari
o A A o A A o B B o A A B A P X P X P X P X P P P (- ) , , , , + = + = + = Atau , ) ( A o B o A o B P P X P P = + +
Per#amaan ,D) merupakan per#amaan gari# luru# tekanan uap total$ P$ terhadap XA$l !ang dimulai dari PBo untuk XA$ ℓ = 0 dan berakhir di PAo untuk XA$ = 1.
9arena #epan"ang gari# ℓ ter#ebut cairan baru mulai menguap$ maka &rak#i moln!a #ama dengan &rak#i mol dalam cairann!a.
9ura #epan"ang gari# v menun"ukkan zat cair tepat habi# menguap$ #ehingga X ke#eluruhan #ama dengan &rak#i mol dalam &a#a uapn!a$ XV . 3adi gari#
v merupakan aluran P terhadap XV . Jntuk memperoleh P #ebagai &ung#i XV $ kita
dapat men!atakann!a dalam bentuk X A,l pada per#amaan ,.) diubah men"adi
X A,V . 6ari per#amaan ,.1) diperoleh
o , o 0 , , , $ ) ( $ − + = − A A V A V A X X X X
Pen!ele#aian untuk X A,l mengha#ilkan
o 0 o o 0 , o , , $ ) $ $ ( $ + − = V A V A l A X X X
Sub#itu#i per#amaan ,.D) ke per#amaan ,D) mengha#ilkan
o 0 o 0 o , o o 0 $ ) $ $ ( $ $ + − = V A X P
Per#amaan ,@) men!atakan hubungan antara P dan X A,V . 9ura !ang
diha#ilkan dari per#amaan ini akan #e#uai dengan v .
Perubahan keadaan #i#tem #ekarang dika"i dengan penurunan tekanan #ecara i#otermal. Cleh karena #i#temn!a #i#tem tertutup$ maka kompo#i#i #i#tem
#ecara ke#eluruhan tetap pada &rak#i mol A #ama dengan X A pada ,8ambar D).
*e#kipun &rak#i mol ke#eluruhan tetap akan tetapi kompo#i#i cairan dan uapn!a berubah/ubah #elama pro#e# penurunan tekanan. 9alau kita lihat pada 8ambar ,.@)$ pro#e# ini din!atakan oleh gari# ertikal$ dari titik ? ke 9. 6i titik ? #i#tem ada dalam keadaan cair$ dan tetap cair ketika tekanan di turunkan #ampai dicapai titik 6 mulai muncul uap dengan kompo#i#i X A$ . Jap !ang muncul
pertama kali ini lebih ka!a dengan zat A ,!ang lebih mudah menguap)$ dibandingkan dengan caiann!a. Penurunan tekanan #elan"utn!a akan mencapai titik K. #elama penurunan ,dari P6 ke PK) kompo#i#i cair bergerak #epan"ang gari#
6 ; ' dan kompo#i#i uapn!a bergerak #epan"ang gari# 8 ; :. 6i titik K$ cairan mempun!ai kompo#i#i X A,3 dan uapn!a mempun!ai kompo#i#i X A,. Penurunan
tekanan #elan"utn!a #ampai di titik . 6i titik ini tepat #emua cairan men"adi uapn!a. ?airan terakhir !ang menguap mempun!ai kompo#i#i X A,! dan uapn!a
mempun!ai kompo#i#i X A. kita lihat bah(a campuran terakhir !ang ter#i#a lebih
ka!a dengan zat !ang lebih #ukar menguap ,zat B). penurunan tekanan #elan"utn!a akan ma#uk ke daerah uap.
6ari titik ke titik 9$ prakti# han!a ter"adi ek#pan#i dari uap$ dengan kompo#i#i uap$ dengan kompo#i#i uap !ang #udah pa#ti #ama dengan kompo#i#i cairan #emula$ X A . uap !ang terbentuk di ata# cairan #aat tekanan diturunkan$
lebih ka!a dengan zat !ang lebih mudah menguap. :ni merupakan da#ar dari #alah #atu metode pemi#ahan$ !akni de#tila#i #ecara i#otermal.
(Gambar 6! Perubahan tekanan se"ara isotermal pada diagram P#X "air uap larutan ideal)
?ara ini #angat berman&aat untuk memi#ahkan campuran !ang mudah terurai "ika didi#tila#i dengan cara bia#a. ?ara ini tidak bia#a digunakan$ kecuali "ika cara/cara lain.
6iagram &a#a P terhadap X cair uap pada #uhu tetap dari dua cairan !ang membentuk larutan ideal terdiri ata# tiga daerah. Setiap titik !ang ada di ata# kura ata# ,kura cairan) ada dalam keadaan cair dan titik !ang ada di ba#(ah kura ba(ah ,kura uap) ada dalam keadaan uap. Setiap titik !ang ada diantara kedua kura men!atakan keadaan #i#tem dimana cairan dan uapn!a terdapat ber#ama/#ama dalam keadaan ke#etimbangan. 6aerah ini di#ebut #ebagai daerah cair uap. 3adi titik K pada gambar ,.@) !ang ada di daerah ini$ terdapat di daerah dua &a#a !akni &a#a cairan dengan kompo#i#i ' dan &a#a uapn!a dengan kompo#i#i :$ #ementara po#i#i ke#eluruhan di titik K adalah XA. 8ari# horizontal
'K: di#ebut dengan gari# da#i. 6i daerah antara kura cair dan kura uap tidak bi#a diperoleh &a#a tunggal ,homogen)$ melainkan #elalu terdapat dua &a#a$ cair dan uapn!a. Satu titik !ang ada dalam daerah dua &a#a dengan kompo#i#i ke#eluruhan tertentu mempun!ai kompo#i#i uap dan cair !ang ada di u"ung gari# da#in!a.
*engurangi tekanan pada temperatur tetap merupakan #alah #atu cara untuk menger"akan de#tila#i. %etapi !ang lebih umum adalah mende#tila#i pada tekanan tetap dengan menaikkan temperatur. Jntuk membaha# de#tila#i dengan cara ini$ kita memerlukan diagram temperatur-komposisi$ #uatu diagram !ang bata#/bata#n!a memperlihatkan kompo#i#i &a#e/&a#e !ang berada dalam ke#etimbangan pada berbagai temperatur ,dan tekanan tertentu$ khu#u#n!a 1 atm).
Gambar !$ Diagram temperatur#komposisi %ang sesuai dengan "ampuran ideal, dengan & lebih mudah menguap dari ' Pendidihan dan kondensasi
berturut#turut dari "airan %ang komposisin%a mula#mula a, menghasilkan kondensat & murni ni adalah proses destilasi terraksi
?ontoh Soal5
?ampuran uap dari A dan B !ang membentuk larutan ideal dima#ukkan ke dalam #uatu #ilinder !ang dilengkapi pi#ton pada #uhu tetap$ %. Pada #uhu ter#ebut P Ao
dan PBo ma#ing/ma#ing adalah 0$D dan 1$ atm. ?ampuran uap ter#ebut
mengandung D0M mol A. ?ampuran kemudian dikompre#i#ecara perlahan/lahan. 'itung tekanan total !ang men!ebabkan cairan pertama mulai terkonden#a#i dan kompo#i#i dari cairan ter#ebut.
6iketahui5
PAo = 0$D atm
PBo = 1$ atm
6itan!akan5 P #aat uap mulai mencair X A," !ang pertama muncul
Saat uap mulai mencair$ kompo#i#i uap #ama dengan #ebelum mencair$ !akni
X A,V = 0$D karena cairan !ang muncul ma#ih #angat #edikit #ekali ,tak hingga
keciln!a). B A V A P P P X = = + $ $0 , Pi = X i, l #io XA + XB = 1 o , o 0 , o 0 , , $ $ $ B A A V A X X X X + = o 0, o 0 0, o 0 0, < 0, $ ) 4 -( $ 4 $ 4 4 + = Pen!ele#aian ,. ) 4 -( 4 ,B 4 ,B 0, 0, 0, + = ) 4 ,* -,. ,B 4 ,B 0, 0, = XA$= 0$
P total = ,1$ ; 0$- XA$) atm
= ,1$ ; 0$- 4 0$) atm = 0$ atm
9e#impulan total pada #aat cairan pertama mulai muncul adalah 0$ atm dengan kompo#i#i cairan ter#ebut XA$= 0$.
. Larutan onideal
Sebagaimana juga perilaku gas nyata berbeda dengan perilaku gas ideal, perilaku larutan nyata berebeda dengan perilaku larutan ideal, dengan kata lain berbeda dari hukum 'aoult.
6ambar @.@(a) menunjukkan kur;a tekanan uap sistem biner dua cairan yang cukup berbeda polaritasnya, aseton &e=A dan karbon disul!ida =S. Dalam hal ini, penyimpangan positi!
dari hukum 'aoult (tekanan uap lebih besar) diamati. 6ambar @.@(b) menunjukkan tekanan uap sistem biner aseton dan khloro!orm ="=l+. Dalam kasus ini, penyimpangan negati! dari
hukum 'aoult diamati. 6aris putus-putus menunjukkan perilaku larutan ideal. $eilaku larutan mendekati ideal bila !raksi mol komponen mendekati atau . Dengan menjauhnya !raksi mol dari atau , penyimpangan dari ideal menjadi lebih besar, dan kur;a tekanan uap akan mencapai minimum atau maksimum.
6ambar @.@ Tekanan total dan parsial larutan nyata (>Q=).
$enyebab penyimpangan dari perilaku ideal sebagian besar disebabkan oleh besarnya interaksi molekul. ila pencampuran komponen 0 dan menyebabkan absorpsi kalor dari lingkungan (endoterm), interaksi molekul antara dua komponen lebih kecil daripada pada masing-masing komponen, dan penyimpangan positi! dari hukum 'aoult akan terjadi. Sebaliknya, bila pencampuran menghasilkan kalor ke lingkungan (eksoterm), penyimpangan negati! akan terjadi.
ila ikatan hidrogen terbentuk antara komponen 0 dan komponen , kecenderungan salah satu komponen untuk meninggalkan larutan (menguap) diperlemah, dan penyimpangan
negati! dari hukum 'aoult akan diamati. 7esimpulannya, penyebab penyimpangan dari hukum 'aoult sama dengan penyebab penyimpangan dari hukum gas ideal.
$enyebab penyimpangan dari perilaku larutan ideal sebagian besar disebabkan oleh besarnya interaksi molekul. ila pencampuran komponen 0 dan menyebabkan absorpsi kalor dari lingkungan (endoterm), interaksi molekul antara dua komponen lebih kecil daripada pada masing-masing komponen, dan penyimpangan positi! dari hukum 'aoult akan terjadi.
Sebaliknya, bila pencampuran menghasilkan kalor ke lingkungan (eksoterm), penyimpangan negati! akan terjadi.
6iagram &a#e cair uap untuk #i#tem tak ideal diperoleh melalui pengukuran tekanan dan kompo#i#i uapn!a dalam ke#etimbangan dengan cairan !ang diketahui kompo#i#in!a. 3ika larutan #edikit tak ideal$ kuran!a mirip dengan larutan ideal dan tidak ada perubahan !ang #igni7kan. Akan tetapi "ika larutan men!impang cukup be#ar dari keadaan ideal$ akan diperoleh mak#imum atau minimum pada kura P/Xl.
Jntuk larutan !ang mengalami deia#i po#iti& dari hukum aoult akan diperoleh mak#imum pada kura #-X l. gambar
8ambar 6iagram cair uap dengan tekanan campuran mak#imum dan #uhu campuran minimum
?ampuran !ang ideal atau men!impang #edikit dari keidealan dapat dipi#ahkan ke dalam komponen/komponenn!a melalui de#tila#i bertingkat. %etapi
"ika pen!impangann!a be#ar #ampai diperoleh kura mak#imum atau minimum dalam kura #-X atau kura minimum dan mak#imum dalam kura $-X $ maka campuran #eperti ini tak dapat dipi#ahkan ke dalam komponen/komponenn!a melalui di#tila#i bertingkat.
?ampuran dengan kompo#i#i cairan X%A pada gambar b "ika didihkan akan mempun!ai kompo#i#i uap !ang #ama dengan cairann!a. 9arena penguapan tidak mengubah kompo#i#i cairann!a$ ke#eluruhan #ampel cair akan mendidih pada #uhu kon#tan. Larutan !ang mempun!ai titik didih kon#tan #eperti ini di#ebut azeotrop. %itik didih larutan azeotrop mirip dengan #uatu zat murni dan #angat berbeda dengan keban!akan larutan dari dua cairan !ang mendidih pada rentang #uhu tertentu.
Azeotrop !ang paling dikenal adalah azeotrop !ang terbentuk antara air dan etanol. Pada 1 atm$ kompo#i#i azeotrop ini adalah @M berat etanol$ dengan tiik didih -$0?$ di ba(ah titik didih air dan etanol. 9ompo#i#i azeotrop bergantung
pada tekanan. 3adi$ perubahan tekanan akan mengha#ilkan perubahan kompo#i#i azeotrop$ dan "uga titik didihn!a.
Jntuk pen!impangan negati& !ang cukup be#ar dari hukum aoult akan diperoleh minimum pada kura #-& A$ dan mak#imum pada kura $-X dengan
azeotrop bertitik didih mak#imum ,gambar -a dan b). 3ika pen!impangan po#iti& dari keidealan cukup be#ar$ kedua cairan #atu #ama lain dapat #aling larut ,mi#ibel #ebagian).
b. 6iagram &a#a %/ b. 6iagram &a#a P/
8ambar - 6iagram ?air/Jap dengan tekanan campuran minimum dan #uhu mak#imum
Destilasi !raksionasi
6e#tila#i merupakan #uatu pro#e# pemi#ahan dua atau lebih komponen zat cair berda#arkan pada titik didih. Secara #ederhana de#tila#i dilakukan dengan memana#kan atau menguapkan zat cair lalu uap ter#ebut didinginkan kembali #upa!a "adi cair dengan bantuan konden#or.
6e#tila#i tunggal$ mengha#ilkan pemi#ahan par#ial dari komponen dimana &a#e uap diperka!a dengan zat !ang lebih olatil. Sedangkan dalam de#tila#i &rak#ional atau de#tila#i bertingkat pro#e# pemi#ahan par#ial diulang berkali/kali dimana #etiap kali ter"adi pemi#ahan lebih lan"ut. Pro#e# de#tila#i bertingkat digunakan untuk komponen !ang memiliki titik didih !ang berdekatan. Pada da#arn!a #ama dengan de#tila#i #ederhana$ han!a #a"a memiliki konden#or !ang lebih ban!ak #ehingga mampu memi#ahkan dua komponen !ang memliki perbedaan titik didih !ang berdekatan. Pada pro#e# ini akan didapatkan #ub#tan kimia !ang lebih murni$ kerena mele(ati konden#or !ang ban!ak. 'al ini berarti pro#e# penga!aan dari uap !ang lebih olatil "uga ter"adi berkali/kali #epan"ang pro#e# de#tila#i &rak#ional itu berlang#ung. Pro#e# penga!aan itu bila digambar akan mengha#ilkan gambar berikut.
8ambar . 8ra7k 6e#tila#i rak#iona#i
*enurut gambar di ata#$ larutan dengan kompo#i#i XB$0 "ika dipana#kan
kompo#i#i NB$0. Pengembunan uap ini akan mengha#ilkan konden#at dengan
kompo#i#i XB$1. 9ompo#i#i XB$1 ini #ama dengan NB $0 dengan titik didih %1.
9onden#at ini di"aga pada #uhu %1 dan #e"umlah kecil uap dikumpulkan. 9onden#at kedua mempun!ain komponen XB$ dan bertitik didih %. Langkah/
langkah pada pro#e# ini dapat diulang/ulang #ampai didapatkan de#tilat murni dari komponen !ang lebih olatile dan re#idu murni dari komponen !ang kurang olatil.
Ban!ak cairan mempun!ai diagram &a#e temperatur/kompo#i#i !ang men!erupai er#i idealn!a. Oamun dalam #e"umlah ka#u# ter"adi pen!impangan !ang n!ata. Pen!impangan dari keidealan tidak #elalu begitu kuat untuk mengha#ilkan nilai mak#imum atau nilai minimum dalam bata#/bata# &a#e. %etapi "ika ini ter"adi$ timbul kon#ekuen#i penting untuk de#tila#i. Perhatikan gambar
berikut
8ambar 10. 8ra7k Azeotrop bertitik didih tinggi
Jap ,pada aF) dari campuran didih ,pada a) lebih ka!a akan B. 3ika uap
diambil ,dan dikonden#a#ikan di tempat lain)$ #i#a cairann!a akan mempun!ai kompo#i#i a dan kompo#i#i uapn!a aF. 3ika "ika uap itu diambil kompo#i#i cairan
didih berge#er ke aD dan uapn!a ke aDF. Cleh karena itu$ dengan berlan"utn!a
penguapan$ kompo#i#i #i#a cairan berge#er menu"u A$ karena B diambil. %itik didih cairan naik$ dan uapn!a men"adi lebih ka!a akan A. 3ika #udah ban!ak B !ang menguap$ #ehingga cairan men"adi kompo#i#i b$ uap mempun!ai kompo#i#i !ang #ama dengan cairan. 9emudian penguapan ter"adi tanpa perubahan kompo#i#i. ?airan ini di#ebut membentuk azeotrop.
