TUGAS KHUSUS

Jelaskan mengenai penguapan, tekanan uap, dan uap panas ?

Jawab:

Destilasi dan rektifikasi adalah proses pemisahan termal yang digunakan secara luas

di bidang teknik untuk memisahkan campuran (larutan) dalam jumlah yang besar.

Contoh :

Destilasi atau penyulingan larutan, untuk mengurangi volumenya, untuk

meningkatkan konsentrasi zat terlarut, atau untuk menkristalkan bahan padat

yang terlarut.

Destilasi produk antara atau produk akhir yang diperoleh pada reaksi kimia.

Rektifikasi pelarut organik yang telah tercemar, agar diperoleh cairan murni

yang dapat digunakan kembali.

Kedua proses diatas adalah serupa, yait pemisahan terjadi oleh penguapan salah satu

komponen dari campuran, artinya dengan cara mengubah bagian-bagian yang sama

dari keadaan cair menjadi berbentuk uap. Persyaratannya adalah kemudahan

menguap (volatilitas) dari komponen yang akan dipisahkan berbeda satu dengan

lainnya.

Berikut ini dikemukakan beberapa pengertian dan gejala fisik yang berkaitan dengan

penguapan.

Di atas setiap cairan terdapat uap, yang terbentuk karena terlepasnya sejumlah

molekul yang berenergi tinggi dari permukaan cairan ke ruangan sekeliling

(mengatasi gaya tarik-menarik kohesi-dari molekul-molekul yang tinggal). Peristiwa

ini disebut sebagai penguapan dalam arti yang sangat luas. Dalam sistem yang

tertutup dapat tercapai suatu keadaan kesetimbangan yang tergantng pada suhu.

Dalam hal ini jumlah molekul dalam ruang yang kembali ke dalam cairan per satuan

waktu sama dengan jumlah molekul yang meninggalkan cairan per satuan waktu.

Molekul-molekul dalam ruang di atas cairan akan menimbulkan tekanan (karena

membentur dinding seperti molekul gas), yang di sebut sebagai tekanan uap dari

cairan yang bersangkutan. Tekanan uap adalah sebuah ukuran kecenderungan

molekul cairan untuk berubah menjadi uap, sehingga merupakan ukuran kemudahan

menguap (volatilitas) dari bahan yang bersangkutan. Setiap cairan memiliki tekanan

uap yang spesifik.

Tekanan uap suatu cairan tergantung pada suhunya. Semakin tinggi suhu cairan,

semakin banyak molekul berenergi tinggi (yaitu yang kecepatannya luar biasa besar)

dapat meninggalkan permukaan cairan per satuan waktu, sehingga semakin tinggi

tekanan uapnya. Pada titik nol mutlak tekanan uap juga sama dengan nol. (Berbeda

dengan cairan, bahan padat biasanya mempunyai tekanan uap yang sangat kecil pada

suhu ruang dan baru terlihat menguap secara nyata pada suhu yang amat tinggi).

Selama tekanan uap caiiran lebih kecil daripada tekanan sekelilingnya (tekanan

udara), maka yang menjadi uap hanyalah molekul-molekul yang berada pada

permukaan cairan. Peristiwa ini disebut penguapan. Pada penguapan ini diperlukan

energi dalam bentuk panas (untuk mengatasi gaya tarik menarik). Panas penguapan

diambil dari cairan itu sendiri (sehingga cairan menjadi dingin) ataupun dari

lingkungannya.

Segera setelah tekanan uap satu cairan menjadi sama besar dengan tekanan

sekelilingnya (karena adanya peningkatan suhu cairan atau penurunan tekanan

sekeliling), maka molekul-molekul di seluruh bagian cairan mulai menguap (jadi

tidak pada permukaannya saja). Di bagian dalam cairan kemudian timbul gelembung-

gelembung uap, cairan bergolak, dan terjadilah penguapan cairan dalam kuantitas per

satuan waktu yang jauh lebih besar daripada penguapan jenis sebelumnya. Peristiwa

ini dinamakan pendidihan dan suhu yang bersangkutan sidebut suhu didih.

Tekanan uap, kemudahan menguap dan titik didih mempunyai hubungan satu sma

lain yangdapat dinyatakan sebagai berikut :

- Cairan dengan tekanan uap yang tinggi pada suhu ruang akan mudah menguap

dan memiliki titik didih yang rendah. Contoh : etil alkohol, dietil eter.

- Cairan dengan tekanan uap yang rendah pada suhu ruang akan sukar menguap

dan memiliki titik didih yang tinggi. Contoh : Dikhloro benzen, nitro benzen.

Titik didih suatu cairan tergantung pada tekanan. Apabila tekanan sekeliling

meningkat, titik didih akan naik dan apbila tekanan sekeliling berkurang, titik didih

akan turun. (Sifat ini dimanfaatkan pada penguapan dalam kondisi vakum, misalnya

pada destilasi vakum). Pada tekaan sekeliling yang tetap besarnya, suatu cairan akan

selalu mendidih pada suhu yang sama.

Jika suatu cairan-mislanya karena pemanasan-mencapai temperatur didihnya, maka

pemanasan selanjutnya hanya kan membuat cairan menguap tanpa terjadi

peningkatan suhu. Selama penguapan, energi dalam bentuk panas yang disebut panas

penguapan harus selalu diberikan ke dalam cairan (untuk mengatasi gaya tarik-

menarik). Panas penguapan spesifik dari suatu cairan adalah jumlah panas (dalam

kkal/kg atau kJ/kg) yang diperlukan untuk mengbah 1 kg cairan yang bersangkutan

dari keadaan cair ke dalam bentuk uap pada titik didihnya.

Kasus khusus penguapan ditunjukkan oleh sublimasi bahan-bahan padat tertentu

(mislanya es kering, naftalin, yodium). Di sini bahan padat yang diberi panas (panas

sublimasi) langsung berubah ke dalam bentuk gas tanpa terjadi cair telebih dahulu.

Uraian-uraian di atas terutama berlaku untuk komponen murni. Dalam uraian

selanjutnya akan dibahas sifat-sifat campuran. Untuk mudahnya akan ditinjau dari

dua komponen. Pada campuran dua cairan yang tidak saling larut, tekanan uap total

adalah penjumlahan tekanan uap dari masing-masing komponen dalam keadaan

murni. Tekanan total tersebut tidak tergantung pada perbandingan massa antar

komponen. Tekann uap total dari campuran seperti ini dapat menyamai tekanan udara

sekeliling pada suatu suhu yang lebih rendah daripada yang dicapai oleh komponen

tunggal yang murni. Oleh karena itu titik didih campuran selalu lebih rendah daripada

titik didih terendah dari komponen yang membentuknya. Kenyataan ini (penurunan

suhu didih) diterapkan misalnya pada destilasi kukus (steam destillation).

Pada campuran yang komponen-komponennya dapat saling larut sempurna, tekanan

uap total juga merupakan hasil penjumlahan tekanan uap dari kedua komponen.

Tetapi dalam hal ini besarnya tekanan uap masing-masing (tekanan uap parsial)

tergantung pada konsentrasi komponen yang bersangkutan dalam campuran. Karena

danya gaya-gaya antar molekul (gaya tarik) dari komponen-komponen yang saling

larut, maka tekanan uap masing-masing komponen selalu lebih kecil daripada jika

komponen tersebut murni. Agar campuran dapat mendidih, yang berarti tekanan uap

total harus sebesar tekanan sekeliling, diperlukan suh campuran yang lebih tinggi

(kenaikan titik didih). Titik didih campuran berada di antara titik didih kedua

komponen murni. Tergantung pada perbandingan massa komponen dalam campuran

dan juga tekanan uap komponen tunggal. Harga titik didih campuran dapat lebih

dekat pada titik didih komponen yang satu atau komponen yang lain.

Pada proses pemisahan dengan cara penguapan, perilaku campuran dua komponen

yang dapat saling larut sangat bervariasi. Hal ini tergantung pada tekanan uap atau

titik didih komponen-kompone tersebut, apakah jauh berbeda atau dekat satu sama

lain, dan apakah dalam uap yang terbetuk terjadi suatu pengayaan uap dari komponen

yang lebih mudah menguap.

- Pada pelarutan bahan padat dalam cairan, jika dibandingkan dengan tekanan

uap pelarut maka tekanan uap bahan yang dilarutkan tak terhingga kecilnya.

Disamping itu perbedaan titik didih kedua komponen sangat besar. Oleh

kerana itu pada saat mendidih praktis hanya pelarut murni yang menguap,

sedangkan bahan padat yang sukar menguap akan tetap tinggal di dlam

larutan. Konsentrasi padatan (dengan demikian juga titk didih campuran) akan

terus naik. Larutan seperti ini sangat mudah dipisahkan dengan cara

penyulingan atau destilasi.

- Pendidihan dari larutan yang terdiri atas dua jenis cairan biasanya akan

menghasilkan uap dengan komposisi yang berbeda dari cairannya. Umunya

yang terjadi ialah uap itu diperkaya dengan komponen yang lebih mudah

menguap.

- Sedangkan konsentrasi komponen yang lebih sukar menguap dalam cairan

terus meningkat, demikian juga titik didih campuran. Semakin besar

perbedaan tekanan uap ata titik didih cairan-cairan yang akan dipisahkan,

semakin banyak kompone yang mudah menguap akan memperkaya uap, dan

semakin cepat campuran akan dipisahkan dengan cara destilasi sederhana.

Seabaliknya, jika beda tekanan uap atau titik didih kecil, pengayaan oleh

komponen yang mudah menguap hanya sedikit, dan biasanya pemisahan

hanya dapat dilakukan dengan cara rektifikasi. Campuran, yang komponen-

komponennya hanya memiliki beda tekanan uap atau titik didih yang kecil

sekali, tiidak dapat dipisahkan secara ekonomis, baik dengan cara destilasi

sederhana maupun dengan cara rektifikasi.

Faktor-faktor yang menentukan unjuk kerja penguapan terdapat dalam rumus

kuantitas

Kuantitas = Gaya pendorong x luas Waktu Tahanan

Yang berfungsi sebagai gaya pendorong ialah beda anatara tekanan uap dari

campuran yang harus dipisahkan dan tekanan sekelilingnya (atau tekanan uap dari

cairan yang jatuh dalam kondensor). Tekanan uap campuran dibangkitkan oleh panas

yang diberikan untuk proses penguapan. Sebagai luas permukaan adalah permukaan

cairan (untuk perpindahan massa) di satu pihak dan luas bidang pemanasan yang

efektif (untuk perpindahan panas) di lain pihak.

Tahanan terhadap penguapan misalnya adalah tebal lapisan campuran, tekanan

hidrostatik dalam campuran, juga kenaikan titik didih dan viskositas campuran karena

kenaikan konsentrasi.

Di samping penguapan pada tekanan normal, maka tekanan vakum merupakan proses

yang penting. Kondisi vakum menyebabkan titik didih campuran yang akan

dipisahkan turun, sehingga campuran dapat diuapkan pada sushu yang jauh lebih

rendah dibandingkan pada tekanan normal. Hal ini memungkinkan penanganan

secara hati-hati pada produk yang peka terhadap suhu atau yang mudah

terdekomposisi. Penguapan vakum juga memungkinkan penggunaan pemanas yang

lebih murah pada alat penguapan, meskipun hampir tidak dapat dilakukan

penghematan panas penguapan. Kerugian pada penguapan vakum adalah masih

diperlukannya alat-alat tambahan yang lebih rumit. Di samping itu viskositas cairan

lebih tinggi pada suhu yang reandah dan laju perpindahan panas lebih kecil. Kondisi

vakum maksimum yang dapat dicapai dalam suatu alat dibatasi oleh tekanan uap

cairan yang jatuh ke dalam kondenser atau alat pendigin.

Kuantitas panas yang diperlukan untuk penguapan, yaitu kebutuhan akan panas,

terdiri atas :

Panas untuk memanaskan campuran yang akan dipisahkan hingga mencapai

titik didih.

Panas penguapan, yaitu panas antuk mengubah cairan ke dalam fasa uap

(Panas ini harus dikeluarkan kembali dalam kondenser pada saat

kondensasi).

Panas yang hilang ke lingkungan (bila isolasi alat-alt itu baik, kuantitas

panas ini sangat sedikit).