larutan idean
-
Upload
puty-prianovira -
Category
Documents
-
view
234 -
download
1
description
Transcript of larutan idean
Perbedaan Larutan Ideal dan Larutan Non IdealOleh : alistigna Last Update 4 September, 2015
Dalam suatu sistem, atom-atom, ion-ion, dan molekul-molekul nyata saling mempengaruhi satu sama lain sehingga perilakunya sukar diramalkan secara tepat. Akibat sukar meramalkan perilaku zat nyata menimbulkan cara atau model yang dapat menjelaskan perilaku secara teoritis, dinamakan hukum ideal. Oleh karena itu muncul istilah larutan ideal, sebagai uapaya untuk menjelaskan keadaan sistem dan larutan nyata.
Molekul-molekul gas ideal dipandang sebagai molekul-molekul bebas yang tidak berinteraksi satu sama lain. Dalam larutan cair pendekatan keidealan berbeda dengan gas ideal. Dalam larutan deal partikel-partikel pelarut dan terlarut yang dicampurkan berada dalam kontak satu sama lain. Pada larutan ideal dengan zat terlarut
molekuler, gaya interaksi antara semua partikel pelarut dan terlarut setara. Dengan kata lain, dalam larutan ideal misalnya zat A dan zat B, gaya antar partikel: A¾A; A¾b; atau B¾B adalah sama. Benzen dan toluen memiliki gaya interaksi mendekati sama sehingga jika dicampurkan akan mendekati larutan ideal.
Larutan ideal dengan zat terlarut ionik didefinisikan sebagai larutan yang ion-ionnya dalam larutan bergerak bebas satu sama lain, dan tarik menarik hanya terjadi dengan molekul pelarut. Untuk larutan ionik yang sangat encer dapat dikategorikan mendekati perilaku ideal sebab ion-ion dalam larutan itu saling berjauhan akibatnya interaksi elektrostatisnya lemah.
Komponen dalam larutan ideal memberikan sumbangan terhadap konsentrasi larutan sangat efektif. Contoh seorang perenang dalam kolam renang sendirian. Dia dapat pergi kemana saja sesuai kehendaknya, dan dia memberikan sumbangan terhadap konsentrasi kolam sepenuhnya dalam kolam renang. Jika terdapat 25 perenang dalam kolam itu, keefektifan masing-masing perenang untuk menjelajah kolam turun akibat dari tabrakan atau desakan satu sama lain sehingga keefektifan konsentrasi akan lebih kecil dari 25 perenang per kolam yang seharusnya.
Larutan non ideal, gaya antar atom-atom, ion-ion, atau molekul-molekul harus dipertimbangkan dalam perhitungan. Sebagai contoh tinjau daya hantar listrik larutan elektrolit kuat misalnya NaCl. Jika larutan NaCl sangat encer kurang dari 0,01 M, daya hantarnya diharapkan sesuai dengan disosiasi garam kedalam ion-ionnya, tetapi jika konsentrasi larutan besar perbedaan antara harapan dan amatan menjadi lebih besar. Penyebabnya, ion-ion berlawanan muatan mengadakan tarik menarik antara satu sama lain, tarik menarik ini menimbulkan ion-ion saling berdekatan sehingga larutan menjadi lebih pekat.Setiap ion dikelilingi oleh molekul pelarut yang berlawanan muatan, kecenderungan ini dapat menghambat laju ion-ion menuju elektroda
yang menyebabkan daya hantar listriknya lebih rendah dari harapan. Pengaruh ini menjadi lebih besar jika larutan lebih pekat atau jika ion-ion mempuyai muatan lebih besar dari satu seperti MgSO4.
Hukum Raoult dan Campuran Larutan Ideal
Label: Fisika Kimia
Bagian ini mengupas hukum Raoult dan bagaimana aplikasinya pada
campuran dari dua larutan yang dapat menguap. Di sini akan dibahas kasus
campuran di mana dua jenis larutan dapat sepenuhnya menyatu dalam berbagai
proporsi dan bukancampuran di mana larutan yang satu berada di atas yang
lainnya (larutan yang tidak dapat menyatu sepenuhnya)
Bagian ini menjelaskan apa yang dimaksud dengan campuran ideal dan
melihat bagaimana diagram fase campuran demikian dibuat dan digunakan.
Campuran Ideal
Campuran ideal adalah sebuah campuran yang menaati hukum Raoult. Mari
kita lihat karakter sebuah campuran ideal sebelum membahas Hukum Raoult,
karena dengan demikian akan lebih mudah bagi kita untuk mengerti topik kali ini.
Contoh campuran ideal
Sebenarnya tidak ada campuran yang bisa dibilang ideal. Tapi beberapa
campuran larutan kondisinya benar-benar mendekati keadaan yang ideal. Berikut
ini adalah contohnya:
* hexane dan heptane
* benzene dan methylbenzene
* propan-1-ol dan propan-2-ol
Campuran ideal dan gaya intermolekuler
Dalam sebuah larutan, beberapa molekul yang berenergi besar dapat
menggunakan energinya untuk mengalahkan daya tarik intermolekuler permukaan
cairan dan melepaskan diri untuk kemudian menjadi uap.
Semakin kecil daya intermolekuler, semakin banyak molekul yang dapat
melepaskan diri pada suhu tertentu.
Apabila anda mempunyai larutan kedua, hal yang sama juga terjadi. Pada
suhu tertentu, sebagian dari molekul-molekul yang ada akan mempunyai energi
yang cukup untuk melepaskan diri dari permukaan larutan.
Pada sebuah campuran ideal dari kedua larutan ini, kecenderungan dari dua
macam molekul di dalamnya untuk melepaskan diri tidak berubah.
Anda mungkin berpikir bahwa diagram ini hanya menunjukkan separuh dari
seluruh molekul yang melepaskan diri, tapi sebenarnya proporsi dari kedua jenis
molekul yang melepaskan diri masih sama. Diagram ini menunjukkan campuran
50/50 dari dua larutan. Yang berarti bahwa hanya ada separuh dari tiap jenis
molekul yang berada di permukaan campuran larutan dibanding jumlah tiap jenis
molekul pada permukaan larutan awalnya. Apabila proporsi dari tiap jenis molekul
yang melepaskan diri tetap sama, tentu saja hanya ada separuh dari tiap jenis
molekul yang dapat melepaskan diri dari campuran larutan pada suatu waktu
tertentu.
Apabila molekul-molekul merah masih mempunyai kecenderungan yang
sama untuk melepaskan diri sebesar sebelumnya, ini berarti daya intermolekuler
antara dua molekul merah persis sama dengan besar daya intermolekuler antara
sebuah molekul merah dan sebuah molekul biru.
Apabila daya tersebut berubah, kecenderungan molekul untuk melepaskan
diri juga akan berubah.
Demikian halnya dengan daya antara dua molekul biru dan daya antara
sebuah molekul biru dan sebuah molekul merah. Daya tersebut juga harus sama
dan kalau tidak, kecenderungan molekul biru untuk melepaskan diri juga akan
berubah.
Apabila anda dapat mengikuti penjelasan ini, anda akan mengerti bahwa
daya tarik intermolekuler antara dua molekul merah, dua molekul biru dan antara
sebuah molekul merah dan sebuah molekul biru akan persis sama dalam campuran
ideal.
Inilah sebabnya mengapa campuran seperti hexane dan heptane mendekati
campuran ideal. Mereka memiliki besar molekul yang hampir sama dan mempunyai
daya tarik Van der Waals yang sama di antara mereka. Namun begitu, tetap saja,
besar molekul keduanya tidak persis sama, sehingga walaupun campuran ini
mendekati campuran ideal, tetap saja bukan merupakan campuran ideal.
Campuran ideal dan perubahan entalpi pada proses pencampuran
Ketika anda membuat suatu campuran larutan-larutan, anda harus
mengalahkan daya tarik intermolekuler (yang membutuhkan energi) dan membuat
daya tarik baru (yang menghasilkan energi).
Apabila besar semua daya tarik ini sama, tidak akan ada panas yang
dihasilkan atau panas yang diserap.
Ini berarti, campuran ideal dari dua larutan akan mempunyai nol energi
entalpi. Apabila suhu campuran naik atau turun pada saat anda mencampur
keduanya, ini berarti campuran tersebut bukan campuran ideal.
Hukum Raoult
Anda mungkin pernah melihat sekilas hukum Raoult yang telah
disederhanakan apabila anda pernah mempelajari efek dari larutan yang tidak
dapat menguap seperti garam pada tekanan uap di pelarut seperti air. Definisi di
bawah ini adalah yang biasa dipakai dalam pembicaraan mengenai campuran dua
larutan yang bisa menguap.
Tekanan uap parsial dari sebuah komponen di dalam campuran adalah sama
dengan tekanan uap komponen tersebut dalam keadaan murni pada suhu tertentu
dikalikan dengan fraksi molnya dalam campuran tersebut.
Hukum Raoult hanya dapat diaplikasikan pada campuran ideal.
Persamaan untuk campuran dari larutan A dan B, akan menjadi demikian:
Pada persamaan ini PA dan PB adalah tekanan uap parsial dari komponen A
dan B. Dalam suatu campuran gas, tiap gas mempunyai tekanan uapnya sendiri,
dan ini disebut tekanan parsial yang independent. Bahkan apabila anda
memisahkan semua jenis gas-gas lain yang ada, satu-satunya jenis gas yang tersisa
akan masih mempunyai tekanan parsialnya.
Tekanan uap total dari sebuah campuran adalah sama dengan jumlah dari
tekanan parsial individu tiap gas.
Po adalah tekanan uap dari A dan B apabila keduanya berada dalam keadaan
terpisah (dalam larutan murni).
xA dan xB adalah fraksi mol A dan B. Keduanya adalah fraksi
(bagian/proporsi) dari jumlah total mol (A maupun B) yang ada.
Anda dapat menghitung fraksi mol dengan rumus ini:
Contoh:
Seandainya anda memiliki campuran dari 2 mol methanol dan 1 mol etanol
pada suhu tertentu, tekanan uap methanol murni pada suhu ini aalah 81kPa dan
etanol murni adalah 45kPa. Pada campuran ini, ada 3 mol molekul. 2 mol dari total
3 mol ini adalah metanol sehingga fraksi mol metanol adalah 2/3. Dan fraksi mol
etanol, dengan demikan adalah 1/3. Anda dapat menghitung tekanan uap parsial
dengan menggunakan hukum Raoult dengan menganggap bahwa campuran
methanol dan etanol ini adalah campuran ideal.
Tekanan parsial metanol:
Tekanan parsial etanol:
Tekanan uap total dari campuran larutan ini adalah jumlah tekanan parsial
dari keduanya.
Tekanan uap / diagram komposisi
Seandainya anda mempunyai sebuah campuran ideal dari dua larutan yaitu A
dan B, kedua larutan ini akan memberi "sumbangan"-nya masing-masing pada
tekanan uap keseluruhan pada campuran seperti yang telah kita lihat pada contoh
di atas.
Mari kita lihat larutan A secara khusus sebagai contoh:
Anggap saja anda melipat-duakan fraksi mol larutan A dalam campuran
(dalam suhu yang sama). Menurut hukum Raoult, tekanan uapnya juga akan ikut
terlipat duakan. Apabila anda melipat-tigakan fraksi mol A, anda juga otomatis
melipat-tigakan tekanan uapnya, dan seterusnya. Dengan kata lain, tekanan uap
parsial A pada suhu tertentu berbanding lurus dengan fraksi mol-nya. Apabila anda
menggambar grafik tekanan uap parsial terhadap fraksi mol-nya, anda akan
memperoleh sebuah garis lurus.
Sekarang, mari kita buat grafik yang sama untuk B pada sumbu yang sama.
Fraksi mol B mengecil sejalan dengan meningkatnya fraksi mol A sehingga grafik
untuk B berbentuk garis yang menurun ke kanan. Bersamaan dengan berkurangnya
fraksi mol B, tekanan parsial uapnya juga berkurang dengan kecepatan yang sama.
Perhatikan bahwa tekanan uap larutan B murni lebih tinggi dari larutan A
murni. Ini berarti molekul-molekul pada permukaan larutan B lebih mudah
melepaskan diri daripada molekul-molekul pada larutan A. Larutan B lebih mudah
menguap daripada larutan A.
Untuk memperoleh tekanan uap total dari sebuah campuran, anda harus
menjumlahkan tekanan parsial A dan B pada tiap komposisi. Dengan demikian anda
akan memperoleh garis lurus seperti pada diagram berikut.
Pada campuran yang non-ideal, garis lurus ini akan berbentuk kurva. Untuk
campuran yang mendekati ideal garisnya akan menyerupai garis lurus. Semakin
kurang ideal sebuah campuran, semakin berkurvalah garis yang terbentuk.
Titik didih / diagram komposisi
Hubungan antara titik didih dan tekanan uap
Apabila sebuah larutan mempunyai tekanan uap yang tinggi pada sebuah
suhu, ini berarti bahwa molekul-molekul yang berada dalam larutan tersebut
sedang melepaskan diri dari permukaan larutan dengan mudahnya.
Apabila pada suhu yang sama, sebuah larutan lain mempunyai tekanan uap
yang rendah, ini berarti bahwa molekul-molekul dalam larutan tersebut tidak dapat
dengan mudah melepaskan diri.
Apa efek dari kedua fakta ini terhadap titik didih dari kedua larutan ini?
Ada dua cara untuk melihat hal ini, pilihlah yang termudah untuk anda.
1. Apabila molekul-molekul dalam larutan sedang melepaskan diri dengan
mudahnya dari permukaan larutan, ini berarti bahwa daya tarik intermolekuler
relatif 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.
2. Larutan akan mendidih ketika tekanan uapnya menjadi sama dengan tekanan
udara luar. Apabila 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 sama:Larutan dengan tekanan uap yang lebih tinggi adalah larutan yang titik
didihnya lebih rendah.
Menghitung titik didih/membuat diagram komposisi
Pada bagian yang sebelumnya, kita telah melihat diagram komposisi seperti di
bawah ini:
Kita akan mengubah diagram ini menjadi diagram komposisi/titik didih. Kita akan
mulai dengan titik didih dari larutan murni A dan larutan murni B. B memiliki
tekanan uap yang lebih tinggi. Ini berarti bahwa larutan B mempunyai titik didih
yang lebih rendah dari larutan A.
Pada campuran larutan A dan B, anda mungkin telah menduga bahwa titik-
titik didih keduanya akan membentuk sebuah garis lurus yang menghubungkan
kedua titik didih ini.Pada kenyataannya, tidak demikian! Bukan garis lurus, tapi
garis kurvalah yang terbentuk.
Kita akan menambah sebuah garis lagi pada diagram ini yang akan menunjukkan
komposisi uap pada larutan yang mendidih.
Apabila anda mendidihkan sebuah campuran larutan, larutan yang lebih
mudah menguap, tentunya akan membentuk lebih banyak uap daripada larutan
yang sukar menguap. Ini berarti, akan ada lebih banyak komponen B (komponen
yang lebih mudah menguap) terdapat dalam uap daripada dalam larutannya. Anda
dapat membuktikannya dengan memadatkan udap yang didapat dan
menganalisanya. Diagram ini menunjukkan apa yang terjadi bila anda mendidihkan
campuran larutan A dan B.
Perhatikan bahwa ada lebih banyak uap larutan B daripada uap larutan A yang ada
di atas campuran larutan yang mendidih ini karena larutan B lebih mudah
menguap.
Apabila anda mengulangi proses ini dengan campuran larutan dengan
berbagai komposisi, anda akan dapat menggambar kurva kedua, yaitu garis
komposisi uap.
Ini adalah diagram fase kita yang terakhir
Menggunakan diagram komposisi
Diagram ini dapat digunakan dengan cara yang persis sama seperti dengan
cara pembentukannya. Apabila 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 C1, titik didihnya adalah T1 dan komposisi uapnya adalah C2.
Yang harus anda lakukan hanyalah menggunakan kurva komposisi larutan
untuk mencari titik didih larutan dan melihat pada grafik ini, bagaimana komposisi
uap pada suhu tersebut (titik didih).
Perhatikan sekali lagi bahwa ada lebih banyak uap larutan B daripada uap
larutan A yang ada di atas campuran larutan yang mendidih ini karena larutan B
lebih mudah menguap.
Permulaan dari distilasi fraksional
Umpamanya anda mengumpulkan semua uap yang ada di atas larutan yang
mendidih dan anda didihkan untuk kedua kalinya. Ini berarti, sekarang anda
mendidihkan larutan baru yang komposisinya adalah C2. Larutan ini akan mendidih
pada temperatur baru yaitu T2, dan uap yang berada di atas larutan baru ini akan
mempunyai komposisi C3.
Anda dapat melihat sekarang bahwa kita mempunyai uap yang hampir
merupakan komponen B murni.
Apabila anda terus melakukan hal ini (mengkondensasi uap dan mendidihkan
cairan yang terbentuk) , pada akhirnya anda akan mendapatkan larutan B murni.Ini
adalah dasar dari distilasi fraksional. Walaupun 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 B yang akan anda dapat pada akhirnya akan sangat sedikit.
Kolom fraksional sesungguhnya (baik di laboratorium ataupun di industri)
melakukan proses kondensasi dan pendidihan ulang ini secara otomatis.
Hukum Raoult tentang Campuran Ideal[sunting | sunting sumber]
Bunyi dari hukum Raoult adalah: “tekanan uap larutan ideal dipengaruhi oleh tekanan
uappelarut dan fraksi mol zat terlarut yang terkandung dalam larutan tersebut”.[1]
Secara matematis, hukum Raoult untuk satu komponen dalam larutan ideal ditulis
sebagai[1]:
,
dengan adalah tekanan uap parsial komponen pada campuran gas,
adalah tekanan uap komponen murni , dan adalah fraksi mol komponen dalam
campuran.[2]
Ketika komponen dalam campuran telah mencapai kesetimbangan, total tekanan
uap pada campuran dapat ditentukan dengan menggabungkan hukum Raoult
dengan hukum Dalton menjadi
.
Hukum Raoult sangat penting untuk mempelajari sifat karakteristik fisik dari
larutan seperti menghitung jumlah molekul dan memprediksi massa molar suatu
zat (Mr)[3].
Untuk larutan yang mengikuti hukum Raoult, interaksi antara molekul individual
kedua komponen sama dengan interaksi antara molekul dalam tiap komponen.[3] Larutan semacam ini disebut larutan ideal[3] Tekanan total
campuran gas adalah jumlah tekanan parsial masing-masing komponen sesuai
dengan hukum Raoult.[4]
Hukum Raoult dalam Campuran Ideal[sunting | sunting sumber]
Campuran ideal adalah sebuah campuran yang menaati hukum Raoult[3].
Sebenarnya tidak ada campuran yang bisa dibilang ideal.[3] Tapi beberapa
campuran larutan kondisinya benar-benar mendekati keadaan yang ideal.
Berikut ini adalah contohnya[5]:
hexana dan heptana
benzena dan methylbenzena
propan-1-ol dan propan-2-ol
Dalam campuran dua larutan yang dapat menguap, hukum Raoult juga dapat
digunakan.[5]
Campuran Ideal[sunting | sunting sumber]
Dalam sebuah larutan, beberapa molekul yang berenergi besar dapat
menggunakan energinya untuk mengalahkan daya tarik intermolekuler
permukaan cairan dan melepaskan diri untuk kemudian menjadi uap.[5] Semakin
kecil daya intermolekuler, semakin banyak molekul yang dapat melepaskan diri
pada suhu tertentu. Pada suhu tertentu, sebagian dari molekul-molekul yang
ada akan mempunyai energi yang cukup untuk melepaskan diri dari permukaan
larutan.
Pada sebuah campuran ideal dari kedua larutan tersebut, kecenderungan dari
dua macam molekul di dalamnya untuk melepaskan diri tidak berubah. Jadi,
apabila proporsi dari tiap jenis molekul yang melepaskan diri tetap sama maka
hanya ada separuh dari tiap jenis molekul yang dapat melepaskan diri dari
campuran larutan pada suatu waktu tertentu. Apabila komposisi tersebut
berubah, kecenderungan molekul untuk melepaskan diri juga akan berubah.
Oleh karena itu, campuran yang disebut larutan ideal biasanya adalah campuran
dua jenis zat yang memiliki besar molekul yang hampir sama dan mempunyai
daya tarik van der Waals yang sama. Namun besar molekul keduanya tidak
persis sama sehingga walaupun campuran ini mendekati campuran ideal, tetap
saja bukan merupakan campuran ideal.
Campuran ideal dari dua larutan akan mempunyai energi entalpi sebesar nol.
Jadi, apabila suhu campuran naik atau turun pada saat keduanya dicampur
berarti campuran tersebut bukan campuran ideal.
Penyimpangan Hukum Raoult[sunting | sunting sumber]
Tidak semua campuran bersifat ideal.[5] Campuran–campuran nonideal ini
mengalami penyimpangan/deviasi dari hukum Raoult.[5] Terdapat dua macam
penyimpangan hukum Raoult, yaitu:
a. Penyimpangan positif
Penyimpangan positif hukum Raoult terjadi apabila interaksi dalam masing–
masing zat lebih kuat daripada interaksi dalam campuran zat ( A – A, B – B > A
– B).[6] Penyimpangan ini menghasilkan entalpi campuran (ΔHmix) positif
(endotermik) dan mengakibatkan terjadinya penambahan volume campuran
(ΔVmix > 0).[6] Contoh penyimpangan positif terjadi pada campuran etanol dan
n–hekasana.[6]
b. Penyimpangan negatif
Penyimpangan negatif hukum Raoult terjadi apabila interaksi dalam campuran
zat lebih kuat daripada interaksi dalam masing–masing zat ( A – B > A – A, B –
B).[6] Penyimpangan ini menghasilkan entalpi campuran (ΔHmix) negatif
(eksotermik) dan mengakibatkan terjadinya pengurangan volume campuran
(ΔVmix < 0).[6] Contoh penyimpangan negatif terjadi pada
campuran aseton dan air.[6]
Hukum Raoult tentang Aktivitas Air[sunting | sunting sumber]
Aktivitas air adalah ukuran derajat keterikatan air.[6] Berdasarkan keterikatannya,
air dibedakan menjadi air bebas, air terikat fisik, dan air terikat kimia.[6]
Bunyi hukum Raoult tentang aktivitas air adalah[6]: "Aktivitas air berbanding lurus
dengan jumlah molekul di dalam pelarutdan berbanding terbalik dengan molekul
di dalam larutan"
Secara matematis dapat ditulis sebagai[7]:
Dimana:
Aw --> Aktivitas air
n1 --> jumlah molekul yang dilarutkan
n2 --> jumlah molekul pelarut
Aktivitas air minimal bagi beberapa organisme, sebagai berikut[7]:
0.90 : bakteri
0.88 : ragi
0.80 : kapang
0.75 : organisme halofilik
0.61 : organisme osmofilik