BAB V LARUTAN
6.8 Sistem Tiga Komponen
Dalam sistem tiga komponen, varian adalah F = 3 – P + 2 = 5 – P. Jika sistem hanya mengandung satu fase, dibutuhkan empat variabel untuk menyatakan keadaan
sistem; ini mungkin lebih menguntungkan jika diambil variabel T,p,x1,x2. Adalah tidak mungkin memberikan suatu representasi grafis lengkap mengenai sistem ini dalam tiga dimensi,apalagi dalam dua dimensi. Konsekuensinya, cara untuk merepresentasikan sistem ini adalah pada tekanan dan suhu konstan. Maka varian menjadi F’ = 3 – P, sehingga sistem memiliki, paling tidak, 2 varian, dan dapat direpresentasikan pada bidang datar.
Setelah menetapkan suhu dan tekanan, variabel yang tinggal adalah variabel komposisi,x1,x2,x3, yang dihubungkan oleh x1 + x2 + x3 =1. Sehingga dengan menentukan dua maka yang ketiga dapat dihitung. Metoda Gibbs dan Roozeboom menggunakan suatu segitiga sama sisi untuk representasi grafis. Gambar 6.15 menunjukkan prinsip metoda ini.
Titik A, B, C pada titik sudut segitiga menyatakan 100% A, 100% B, 100% C. Gris yang paralel dengan AB merupakan berbagai prosentasi dari C. Titik P pada gambar 6.15 menyatakan sistem mengandung 30% C. Panjang PM menyatakan persen C, panjang PN menyatakan persen A, panjang PL menyatakan persen B. Jumlah ketiga panjang ini selalu sama dengan panjang sisi segitiga yaitu menyatakan 100%. Dengan metoda ini setiap komposisi dari sistem tiga komponen dapat dinyatakan oleh titik dalam segitiga.
Dua sifat yang lain dari diagram ini juga penting. Yang pertama diilustrasikan dalam gambar 6.16(a). Jika dua sistem dengan komposisi seperti dinyatakan oleh P dan Q dicampur bersama sama, komposisi campuran yang diperoleh akan dinyatakan oleh titik x di suatu tempat pada garis yang menghubungkan titik P dan Q. Hal ini dapat diikuti dengan mudah yaitu jika tiga sistem yang dinyatakan oleh titik P,Q,R dicampur, komposisi campuran akan terletak di dalam segitiga PQR. Sifat penting kedua yaitu bahwa semua sistem dinyatakan oleh titik titik pada garis yang melalui puncak yang mengandung dua komponen lain dalam perbandingan yang sama. Contoh, semua sistem yang dinyatakan oleh titik pada CM mengandung A dan B dalam jumlah yang sama. Pada ganbar 6.16 (c), dengan menegakkan garis tegak lurus dari dua titik P dan P’ dan menggunakan sifat sifat segitiga, kita peroleh :
' '
' '
'
' CP
CP N
P dan PN CP
CP S
P
PS
sehingga
', '
' ' '
' '
' P N
S P PN atau PS N P
PN S
P
PS
yang dibuktikan. Sifat ini penting dalam mendiskusikan penambahan atau pengambilan suatu komponen pada sistem tanpa mengubah jumlah dua komponen lain yang ada.
Gambar 6.13 Diagram segitiga Gambar 6.14 Sifat diagram segitiga 6.9 Kesetimbangan Cair–Cair
Diantara beberapa contoh sederhana dari perilaku sistem tiga komponen adalah sistem chloroform-air- asam acetat. Pasangan chloroform-asam asetat dan air- asam asetat adalah saling bercampur sempurna. Pasangan chloroform-air tidak. Gambar 6.17
menunjukkan skema kesetimbangan cair-cair untuk sistem ini. Titik a dan b menyatakan lapisan cairan konjugasi tanpa asam asetat. Anggap bahwa semua komposisi sistem adalah c sehingga dengan aturan lever terdapat lebih banyak lapisan b daripada lapisan a. Jika sedikit asam asetat ditambahkan ke dalam sistem, komposisi berubah sepanjang garis yang menghubungkan c dengan puncak asam asetat ke titik c’. Penambahan asam asetat mengubah komposisi dari kedua lapisan menjadi a’ dan b’. Ingat bahwa asam asetat lebih cenderung memasuki lapisan kaya air b’, sehingga garis dasi yang menghubungkan larutan konjugat a’ dan b’ tidak paralel ke ab. Jumlah relatif dari a’ dan b’ diberikan oleh aturan lever; yaitu, dengan perbandingan segmen dari garis dasi a’b’. Penambahan selanjutnya dari asam asetat mengubah komposisi lebih lanjut sepanjang garis putus putus c; lapisan kaya air bertambah sedangkan lapisan kaya chloroform berkurang. Pada c” hanya sedikit lapisan kaya chloroform yang tinggal, sedangkan di atas c” sistemnya homogen.
Karena garis dasi tidak paralel, titik yang disitu dua larutan konjugat memiliki komposisi yang sama tidak terletak pada puncak dari kurva binodal tetapi keluar ke satu sisi pada titik k, yaitu titik sambung. Jika sistem berkomposisi d dan ditambahkan asam asetat ke dalamnya, komposisi akan berubah sepanjang dk; hanya di bawah k dua lapisan akan ada dalam jumlah yang komparabel; pada k, batas antara dua larutan lenyap sehingga sistem menjadi homogen. Bandingkan perilaku ini dengan yang ada di titik c” yang disitu hanya ada sedikit dari satu lapisan konjugat yang tinggal.
Gambar 6.17 Dua zat cair larut sebagian 6.10 Kelarutan Garam; Efek Ion Sejenis
Sistem yang mengandung dua garam dengan ion sejenis dan air memiliki kecenderungan yang besar menurut pandangan praktis ini. Masing masing garam saling mempengaruhi kelarutannya satu sama lain. Skema diagram untuk NH4Cl.(NH4)2SO4.H2O pada 30oC tampak pada gambar 6.18. Titik a menyatakan larutan jenuh NH4Cl dalam air tanpa (NH4)2SO4. Titik antara A dan a menyatakan berbagai jumlah padatan NH4Cl dalam kesetimbangan dengan larutan jenuh a. Titik antara a dan C menyatakan larutan tidak jenuh NH4Cl. Serupa dengan itu, b menyatakan kelarutan (NH4)2SO4 tanpa NH4Cl. Titik pada Cb menyatakan larutan tidak jenuh, sedang pada bB menyatakan padatan (NH4)2SO4 dalam kesetimbangan dengan larutan jenuh. Adanya (NH4)2SO4 mengubah kelarutan NH4Cl sepanjang garis ac, sedang adanya NH4Cl mengubah kelarutan (NH4)2SO4 sepanjang garis bc. Titik c menyatakan larutan yang dijenuhkan terhadap kedua NH4Cl dan (NH4)2SO4. Garis dasi menghubungkan larutan jenuh dan padatan dalam kesetimbangan dengannya.
Daerah stabilitas tampak pada Tabel 6.2.
Gambar 6.18 Tabel 6.2
Anggap suatu larutan takjenuh dinyatakan oleh P dievaporasikan secara isotermal;
titik keadaan seharusnya bergerak sepanjang garis Pdef, yang digambarkan melalui puncak C dan titik P. Pada d, NH4Cl mengkristal, komposisi larutan bergerak sepanjang garis dc. Pada titik e, komposisi larutan adalah c, dan (NH4)2SO4 mulai mengkristal.
Evaporasi lebih lanjut akan mengendapkan kedua NH4Cl dan (NH4)2SO4 hingga titik f dicapai, di situ larutan menghilang secara sempurna.