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