fbpx

Hukum Raoult – Campuran Ideal / Larutan Ideal, Tekanan Uap, Contoh Soal dan Jawaban

Hukum Raoult

Hukum Raoult adalah hukum yang dicetuskan untuk mempelajari sifat-sifat tekanan uap larutan yang mengandung zat pelarut yang bersifat nonvolatil, serta membahas mengenai aktivitas air.

Francois M. Raoult, pencetus Hukum Raoult

Hukum Raoult tentang Campuran Ideal

Bunyi dari hukum Raoult adalah: “tekanan uap larutan ideal dipengaruhi oleh tekanan uap pelarut dan fraksi mol zat terlarut yang terkandung dalam larutan tersebut”.

Rumus campuran ideal

Secara matematis, untuk satu komponen dalam larutan ideal ditulis sebagai:

,

dengan  adalah tekanan uap parsial komponen pada campuran gas,  adalah tekanan uap komponen murni , dan  adalah fraksi mol komponen  dalam campuran.

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).

Untuk larutan yang mengikuti hukum Raoult, interaksi antara molekul individual kedua komponen sama dengan interaksi antara molekul dalam tiap komponen.

Larutan semacam ini disebut larutan ideal. Tekanan total campuran gas adalah jumlah tekanan parsial masing-masing komponen sesuai dengan hukum Raoult.

Hukum Raoult dalam Campuran Ideal

Campuran ideal adalah sebuah campuran yang menaati hukum Raoult. Sebenarnya tidak ada campuran yang bisa dibilang ideal.

Tapi beberapa campuran larutan kondisinya benar-benar mendekati keadaan yang ideal. Berikut ini adalah contohnya:

Dalam campuran dua larutan yang dapat menguap, hukum Raoult juga dapat digunakan.

Campuran Ideal

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. 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

Tidak semua campuran bersifat ideal. Campuran–campuran nonideal ini mengalami penyimpangan/deviasi dari hukum Raoult.

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).

Penyimpangan ini menghasilkan entalpi campuran (ΔHmix) positif (endotermik) dan mengakibatkan terjadinya penambahan volume campuran (ΔVmix > 0).

Contoh penyimpangan positif terjadi pada campuran etanol dan n–hekasana.

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). Penyimpangan ini menghasilkan entalpi campuran (ΔHmix) negatif (eksotermik) dan mengakibatkan terjadinya pengurangan volume campuran (ΔVmix < 0). Contoh penyimpangan negatif terjadi pada campuran aseton dan air.

Hukum Raoult tentang Aktivitas Air

Aktivitas air adalah ukuran derajat keterikatan air. Berdasarkan keterikatannya, air dibedakan menjadi air bebas, air terikat fisik, dan air terikat kimia.

Bunyi hukum Raoult tentang aktivitas air adalah: “Aktivitas air berbanding lurus dengan jumlah molekul di dalam pelarut dan berbanding terbalik dengan molekul di dalam larutan

Rumus aktivitas air

Secara matematis dapat ditulis sebagai:

Dimana:

  • Aw –> Aktivitas air
  • n1 –> jumlah molekul yang dilarutkan
  • n2 –> jumlah molekul pelarut

Aktivitas air minimal bagi beberapa organisme, sebagai berikut:

Penjelasan Tentang Larutan ideal atau Campuran Ideal

Dalam kimia, suatu larutan ideal atau campuran ideal adalah suatu larutan dengan sifat termodinamika yang serupa dengan campuran gas ideal.

Entalpi pencampuran dari larutan ini adalah nol, seperti halnya perubahan volume pada pencampuran menurut definisi; semakin mendekati nol entalpi pencampurannya, semakin “ideal” perilaku larutan tersebut. Tekanan uap larutan mematuhi hukum Raoult, dan koefisien aktivitas masing-masing komponen (yang mengukur penyimpangan dari idealitasnya) sama dengan satu.

Konsep larutan ideal sangat penting dalam termodinamika kimia dan aplikasinya, seperti penggunaan sifat koligatif.

Tinjauan

Idealnya suatu larutan serupa dengan idealnya gas, dengan perbedaan penting bahwa interaksi intermolekuler pada cairan bagitu kuat dan tidak bisa diabaikan begitu saja layaknya gas ideal. Sebagai gantinya diasumsikan bahwa kekuatan rata-rata dari interaksi sama antara semua molekul larutan.

Secara lebih formal, untuk campuran molekul A dan B, interaksi antara atom tetangga yang tidak sejenis (UAB) dan yang sejenis UAA serta UBB harus memiliki rerata kekuatan yang sama, yaitu, 2 UAB = UAA + UBB dan interaksi jarak jauh harus nol (atau setidaknya tidak dapat dibedakan). Jika kekuatan molekulnya sama antara AA, AB dan BB, yaitu, UAB = UAA = UBB, maka larutannya secara otomatis ideal.

Jika molekulnya hampir identik secara kimiawi, misalnya, 1-butanol dan 2-butanol, maka larutannya akan hampir ideal. Karena energi interaksi antara A dan B hampir sama, maka terjadi perubahan energi (entalpi) yang sangat kecil bila zatnya bercampur. Semakin berbeda sifat A dan B, semakin kuat larutannya diharapkan menyimpang dari keidealannya.

Definisi

Contoh sederhana dari campuran non-ideal antara dua cairan A dan B. Dalam contoh ini, daya tarik antara molekul A dan B mirip dengan antara B dan B, namun interaksi AA (panah merah) sangat tidak disukai (repulsif) berdasarkan perbandingan. Pada konsentrasi A yang lebih tinggi, interaksi A-A menjadi lebih sering terjadi, sehingga koefisien aktivitas A (energi bebas per molekul A) meningkat.

Definisi yang berbeda dari larutan ideal telah diusulkan. Definisi yang paling sederhana adalah bahwa larutan ideal adalah larutan yang setiap komponennya (i) mematuhi hukum Raoult  untuk seluruh komponen.

Disini  adalah tekanan uap komponen i di atas larutan,  adalah fraksi molnya dan adalah tekanan uap dari zat murni i pada suhu yang sama.

Definisi ini bergantung pada tekanan uap yang merupakan properti terukur secara langsung, setidaknya untuk komponen yang mudah menguap. Sifat termodinamika kemudian dapat diperoleh dari potensial kimia μ (atau energi bebas Gibbs parsial molar g) dari setiap komponen, yang diasumsikan diberikan oleh rumus gas ideal

.

Tekanan rujukan dapat ditulis sebagai  = 1 bar, atau sebagai tekanan campuran untuk memudahkan operasi.

Dalam mensubstitusi nilai  dari Hukum Raoult,

.

Persamaan ini untuk potensial kimia dapat digunakan sebagai definisi alternatif untuk larutan ideal.

Namun, uap di atas larutan mungkin tidak benar-benar berperilaku sebagai campuran gas ideal. Oleh karena itu beberapa penulis mendefinisikan larutan ideal sebagai salah satu komponen yang mematuhi analogitas hukum Raoult ,

Disini  adalah fugasitas komponen {\displaystyle i} dalam larutan dan  adalah fugasitas {\displaystyle i} sebagai zat murni.

Karena fugasitas didefinisikan dalam persamaan

definisi ini mengarah pada nilai ideal dari potensial kimia dan sifat termodinamika lainnya bahkan ketika komponen di atas larutan bukanlah gas ideal. Pernyataan yang setara menggunakan aktivitas termodinamika, dan bukan fugasitas.

Contoh

Diagram kesetimbangan uap-cair dari campuran azeotropik etanol/air.

Menurut Teori Gibbs campuran gas yang sempurna adalah larutan ideal; hal ini termasuk dalam definisi gas sempurna: memang, dalam gas yang sempurna, interaksi antara molekul semuanya identik, karena nilainya nol. Campuran gas nyata yang berperilaku rendah karena gas sempurna merupakan larutan ideal, misalnya udara.

Campuran larutan nyata dari molekul dengan struktur dan ukuran yang serupa memiliki perilaku yang mendekati larutan ideal:

Sebaliknya, jika pencampuran 1 liter air dengan 1 liter etanol memberi volume total sekitar 1,92 liter[9]. Volume idealnya {\displaystyle V^{id}} menjadi 2 liter, karenanya terdapat kontraksi pada campuran: molekul air dan etanol menarik lebih kuat daripada molekul cairan murninya. Oleh karena itu, campuran etanol-air bukanlah larutan ideal, ia merupakan larutan azeotropik yang hukum Raoult tidak mampu menggambarkannya.[10]

Non-idealitas

Penyimpangan dari idealitas dapat digambarkan dengan penggunaan fungsi Margules atau koefisien aktivitas. Parameter Margules tunggal mungkin cukup untuk menggambarkan sifat larutan jika penyimpangan dari idealitas sedikit; larutan seperti itu disebut biasa.

Berbeda dengan larutan ideal, di mana volume benar-benar aditif dan pencampuran selalu lengkap, volume larutan non-ideal tidak, secara umum, jumlah sederhana dari volume komponen cairan murni dan kelarutan tidak dijamin selama rentang komposisi keseluruhan. Dengan pengukuran kerapatan aktivitas termodinamika komponen dapat ditentukan.

Tekanan Uap pada hukum Raoult

Hukum Raoult memberikan perkiraan tekanan uap campuran cairan. Ini menyatakan bahwa aktivitas tekanan dari campuran fase-tunggal sama dengan jumlah mol tertekan fraksi dari tekanan uap komponen:

where adalah tekanan uap campuran, adalah fraksi mol komponen dalam fase cair dan adalah fraksi mol komponen masing-masing dalam fase uap.

adalah tekanan uap komponen .

Hukum Raoult hanya berlaku untuk non-elektrolit (spesies yang tidak bermuatan); ini paling sesuai untuk molekul non-polar dengan hanya gaya tarik antarmolekul yang lemah.

Padat pada hukum Raoult

Tekanan uap kesetimbangan dapat didefinisikan sebagai tekanan yang tercapai ketika fase terkondensasi berada dalam kesetimbangan dengan uapnya sendiri. Dalam kasus padatan kesetimbangan, seperti kristal, ini dapat didefinisikan sebagai tekanan ketika laju sublimasi padatan sesuai dengan laju pengendapan fase uapnya. Untuk sebagian besar padatan tekanan ini sangat rendah, tetapi beberapa pengecualian penting adalah naftalena, es kering (tekanan uap es kering adalah 5,73 MPa (831 psi, 56,5 atm) pada 20 ° C, yang menyebabkan sebagian besar wadah yang tertutup rapat pecah), dan Es. Semua bahan padat memiliki tekanan uap. Namun, karena nilainya seringkali sangat rendah, pengukuran bisa menjadi agak sulit. Teknik khas meliputi penggunaan termogravimetri dan transpirasi gas.

Ada sejumlah metode untuk menghitung tekanan sublimasi (mis., Tekanan uap) dari padatan. Salah satu metode adalah untuk memperkirakan tekanan sublimasi dari tekanan uap cair ekstrapolasi (dari cairan super dingin), jika panas fusi diketahui, dengan menggunakan bentuk khusus dari hubungan Clausius-Clapeyron ini:

yang dimana:

  • adalah tekanan sublimasi komponen padat di suhu .
  • dalah tekanan uap ekstrapolasi dari komponen cair di suhu .
  • adalah panas dari perpaduan.
  • adalah tetapan gas.
  • adalah adalah konstanta gas.
  • adalah suhu titik leleh.

Contoh Soal dan Jawaban hukum Raoult

1. Hitunglah penurunan tekanan uap yang dibuat dari pelarutan 9,5 g tiourea (Mr = 76) ke dalam 90 g air (tekanan uap air pada 25 °C adalah 23,76 mmHg).

Jawaban:
• Hitung fraksi mol masing-masing zat
• Tentukan tekanan uap larutan menggunakan Hukum Raoult
• Tentukan ΔP
Jumlah mol masing-masing zat adalah :
mol tiourea = 9,5 g / 76 g mol-1 = 0,125 mol
mol air = 90 g / 18 g mol-1 = 5 mol
Fraksi mol air adalah:
Xair = 0,975
Plarutan = Xair . P°air = (0,975) (23,76 mmHg) = 23,166 mmHg
Jadi, tekanan uap air turun dengan adanya tiourea. Besarnya penurunan tekanan uap adalah :
ΔP = (23,76 – 23,166) mmHg = 0,59 mmHg
Tekanan uap larutan dapat digunakan untuk menentukan massa molekul relatif zat terlarut. Dengan menata ulang persamaan Hukum Raoult maka diperoleh fraksi mol pelarut, yaitu:
Xpelarut = Plarutan / Popelarut
Berdasarkan fraksi mol pelarut, mol zat terlarut dapat diketahui sehingga massa molekul relatifnya dapat ditentukan.
Xpelarut =  ; atau,
mol terlarut = mol pelarut

2. Larutan dalam air terdiri atas 100 g H2O dan 5,12 g zat A (yang massa molekulnya tidak diketahui) membeku pada -0,280°C. Dengan menggunakan data di Tabel 7.3, tentukan massa molar A.

Jawaban:

Massa molar A andaikan M. Dengan menggunakan persamaan 7.7, M dapat ditentukan dengan

0,280 = Kf x (m/M) x (1/W) = 1,86 x (5,12/M) x (1/0,11)

∴ M = 340 g mol-1

3. Urea sebanyak 12 g dilarutkan dalam 90 g air pada 40 °C, tekanan uap larutan adalah 53,17 mmHg. Jika tekanan uap air murni pada suhu tersebut 55,3 mmHg, berapakah Mr urea?

Pembahasan:
Tahap:
(1) Hitung fraksi mol air menggunakan Hukum Raoult
(2) Hitung mol urea berdasarkan fraksi mol air
(3) Hitung Mr urea
Fraksi mol air :
Xair = Plarutan / Popelarut = 53,17 mmHg / 55,3mmHg = 0,96
mol air = 90 g / 18 g mol-1 = 5 mol
Jumlah mol urea:
mol urea = mol air  = 5 mol  = 0,2 mol
Mr urea = 12 g / 0,2 mol = 60 g mol-1

4. Tekanan uap cairan A dan B adalah 15 Torr dan 40 Torr pada 25°C. tentukan tekanan uap larutan ideal yang terdiri atas 1 mol A dan 5 mol of B.

Jawab

pA = pA0 xA = 15 x (1/6) = 2,5 Torr

pB = pB0 xB = 40 x (5/6) = 33,3 Torr P = pA + pB = 35,8 Torr

5. Gliserin adalah cairan tidak mudah menguap. Larutan 164 g gliserin dan 338 cm3 H2O (kerapatan 0,992 g cm3) disimpan pada 39,8°C. Pada suhu ini, tekanan uap air murni adalah 54,74 torr. Hitung tekanan uap larutan ini.

Jawaban:

Jumlah gliserin adalah 1,78 mol dan H2O adalah 18,63 mol. p = 54,74 x (18,63/(18,63+1,78)) = 54,74 x 0,913 =50,00 (Torr)

6. Tekanan uap jenuh air pada suhu 100oC adalah 760 mmHg. Berapakah tekanan uap jenuh larutan glukosa 10% pada suhu 100oC  (H = 1; C = 12; O = 16 )

Jawab :

Tekanan uap jenuh larutan sebanding dengan fraksi mol pelarut. Dalam 100 gram larutan terdapat :

Air 90%  =  90 gram = 90/18 mol = 5 mol

Glukosa 10% = 10 gram = 10/180 mol = 0.056 mol

Xair   =                5                 =  0,99

                   5    +   0,056

P   =  X air . Po

     = 0,99  . 760 mm Hg    =  752,4 mm Hg

Apakah Anda memiliki sesuatu untuk dijual, disewakan, layanan apa saja yang ditawarkan atau lowongan pekerjaan? Pasang iklan & promosikan jualan Anda sekarang juga! 100% GRATIS di: www.TokoPinter.com

Apakah Anda memiliki sesuatu untuk dijual, disewakan, layanan apa saja yang ditawarkan atau lowongan pekerjaan? Pasang iklan & promosikan jualan atau jasa Anda sekarang juga! 100% GRATIS di: www.TokoPinter.com

Cara daftar pasang iklan gratis

3 Langkah super mudah: tulis iklan Anda, beri foto & terbitkan! semuanya di Toko Pinter

Unduh / Download Aplikasi HP Pinter Pandai

Respons “Ooo begitu ya…” akan lebih sering terdengar jika Anda mengunduh aplikasi kita!

Siapa bilang mau pintar harus bayar? Aplikasi Ilmu pengetahuan dan informasi yang membuat Anda menjadi lebih smart!

Sumber bacaan: Libretexts

                       

Pinter Pandai “Bersama-Sama Berbagi Ilmu”
Quiz |Matematika|IPA | Geografi & Sejarah|Info Unik|Lainnya

By | 2019-05-19T20:57:39+07:00 Mei 10th, 2019|Matematika|0 Comments

Leave A Comment