PEDOMAN PELAKSANAAN AKREDITASI BAB II SEKOLAH MENENGAH UMUM (SMU) ASPEK TERMODINAMIKA
PRINSIP KESETIMBANGAN DALAM PEMISAHAN
1
Prins nsiip Proses Pemisaha han n adalah kerj rja a Berkaitan
Hukum II Termodinamika Tujuan dari kajian ini : Me Menje njelas laskan kan hub hubung ungan an anttar an ara a term rmod odiina nam mika klas asiik de den nga gan n metod ode e pem pe mis isah ahan an yg di dikl klas asif ifik ikas asik ikan an se seba baga gaii me meto tode de kesetimbangan Meliputi:: - Sp Meliputi Spon onta tan/ n/ti tida dak k - Meramalkan kondisi fasa-fasa yg bera be rada da dl dlm m ke kese seti timb mban anga gan n - Memperkirakan komposisi sistem 2
ENERGI BEBAS DAN KONSTANTA KESETIMBANGAN aA + bB
cC + dD
Pemahaman tentang faktor yang menentukan posisi akhir reaksi adalah salah satu tujuan termodinamika kimia Secara termodinamika kespontanan reaksi kimia ditentukan oleh energi bebas. bebas.
∆G = ∆H ∆H - T ∆S ∆S Suatu sistem bergerak dari suatu yang tidak setimbang ke posisi setimbang, artinya ∆G artinya ∆G harus berubah dari ada nilainya menjadi 0 Selain itu dalam suatu reaksi kimia seringkali yang berubah adalah konsentrasi, sehingga ∆G sehingga ∆G harus merupakan fungsi dari konsentrasi reaktan dan produk
3
∆G = ∆G0 + RT ln Q The change in Gibb’s free energy under standardstate conditions
Accounts for nonstandardstate pressures or concentrations
u/ reaksi: aA + bB
Q
cC + dD
[C ]c [ D]d [ A]a[ B]b
Pada keadaan kesetimbangan energi bebas Gibb’s=0, Sehingga:
∆G0 = - RT ln K K
c eq
d eq
[C ] [ D]
[ A]a [ B]b
4
MANIPULATING EQUILIBRIUM CONSTANTS 1. Jika kita membalikkan suatu reaksi, konstanta kesetimbangan untuk reaksi yang baru adalah kebalikan dari reaksi awal. Contoh: A + 2B
AB2 [ AB 2 ]
K 1
[ A][ B ]
maka untuk reaksi: AB2
K 2
2
A + 2B 2
1
[ A][ B]
K 1
[ AB2 ]
5
2. Jika kita menjumlahkan dua buah reaksi membentuk reaksi yang baru, maka konstanta kesetimbangan untuk reaksi yang baru adalah hasil kali konstanta kesetimbangan dari reaksi asal. [ AC ] Contoh: A + C AC K 1 [ A][C ]
AC + C
2
AC
Maka untuk reaksi: A + 2C
K 3
K 1 K 2
[ AC ]
K 2
[ AC 2 ] [ AC ]][ C ]
AC2
x
[ AC 2 ]
[ A][ C ] [ AC ][C ]
[ AC 2 ] [ A][C ]
2
6
LATIHAN 1 Hitung konstanta kesetimbangan untuk reaksi: 2A + B
C + 3D
Jika diketahui Reaksi 1 : A + B
D
K 1 = 0,4
Reaksi 2 : A + E
C+D+F
K2 = 0,1
Reaksi 3 : C + E
B
K 3 = 2,0
Reaksi 4 : F + C
D + B
K4 = 5,0
Jawab: K = ……….
7
Tabel 1 Jenis-jenis reaksi kesetimbangan dalam proses kimia
Kesetimbangan Reaksi
Konstanta Kesetimbangan
Reaksi asam basa
HA + H2O
Reaksi pengendapan
MX
Pembentukan Kompleks
Mn+ + aLb-
MLa(n-ab)+
Kf
Redoks
Ared + Boks
Aoks + Bred
Keq
Distribusi fasa
AH2O
H3O+ + A-
Mn+ + Xn-
Aorganik
Ka Ksp
KD 8
1.Reaksi asam basa Bronsted-Lowry (1923) mendefinisikan asam adalah .......................... dan basa adalah ............................... Contoh: CH3COOH(aq) + NH3(aq)
CH3COO- (aq) + NH4+(aq)
Berdasarkan reaksi antara asam dengan pelarut (contohnya air) asam dibagi menjadi dua kategori: -Asam kuat, yaitu: .......................................... -Asam lemah, yaitu: ....................................... H3O+(aq) + Cl-(aq)
HCl(aq) + H2O CH3COOH(aq) + H2O(l)
K a
CH3COO-(aq) + H3O+(aq)
[ H 3O ][CH 3COO ] [CH 3COOH ]
5
1,75 x10 9
Latihan 2: Turunkan konstanta disosiasi asam poliprotik (asam fosfat) Jawab:
K a1= 7,11 x 10 -3 K a2= 6,32 x 10 -8 K a3= 4,5 x 10 -13 10
Basa kuat adalah ............................................................. Basa Lemah adalah .......................................................... Na+(aq) + OH-(qa)
NaOH(aq)
CH3COO-(aq) + H2O(l) K b
CH3COOH(aq) + OH-(aq) [OH ][CH 3COOH ] [CH 3COO ]
5,71 x10
10
Latihan 3 Ampiprotik adalah ......................................... Tuliskan persamaan reaksi ion bikarbonat, jika berfungsi sebagai asam dan jika berfungsi sebagai basa. Jawab: .............................................................................................. K = 4,69 x 10 -11 dan K b = 2,25 x 10 -8
11
Disosiasi Air H2O(l) + H2O(l)
H3O+(aq) + OH-(aq)
K w = [H3O+][OH-] K w = 1,000 x 10 -14 (24oC) 6,809 x 10 -15 (20oC) 1,469 x 10 -14 (30oC) Latihan 4 Hitung konsentrasi OH- jika [H 3O+] adalah 6,12 x 10 -5! Jawab: .......................................................................................
12
CH3COOH(aq) + H2O(l) CH3COO-(aq) + H2O(l)
CH3COO-(aq) + H3O+(aq) CH3COOH(aq) + OH-(aq)
K a=... K b= ...
Apabila kedua reaksi di atas dijumlahkan maka: 2H2O(l)
H3O+(aq) + OH-(aq)
Jadi: K w = K a x K b Latihan 5 Hitung konstanta kesetimbangan dari: a. K b untuk piridin, C5H5N jika K a C5H5NH+= 5,90 x 10 -6 b. K b untuk dihidrogen fosfat, H2PO4- jika Ka H3PO4= 7,11 x 10-3 Jawab: ........................................................................................................ 13
2.Reaksi Pengendapan Contoh: reaksi pengendapan PbCl2 dituliskan sebagai: Pb2+(aq) + 2Cl- (aq)
PbCl2(s)
Reaksi kebalikannya yang melibatkan pelarutan endapan lebih sering dituliskan. PbCl2(s)
Pb2+(aq) + 2Cl-(aq)
Konstanta kesetimbangan untuk reaksi ini disebut Hasil kali kelarutan,K sp. K sp = [Pb2+][Cl-]2 = 1,7 x 10-5
14
3. Reaksi Pembentukan kompleks Contoh: reaksi antara ion logam Cd2+ dan ligan NH3 Cd2+(aq) + 4(:NH3)(aq)
Cd(:NH3)42+(aq)
Pembentukan kompleks logam-ligan ditunjukkan dengan konstanta pembentukan, K f .
K f
[Cd ( NH 3 ) 24 ] [Cd 2 ][ NH 3 ]4
5,5 x107
Kebalikan dari reaksi pembentukan kompleks adalah reaksi disosiasi dan ditunjukkan dengan konstanta disosiasi, K d , merupakan kebalikan dari K f .
15
Beberapa reaksi pembentukan kompleks terjadi dari beberapa tahapan reaksi. Contoh: Cd2+(aq) + NH3(aq)
Cd(NH3)2+(aq)
Cd(NH3)2+(aq) + NH3(aq)
Cd(NH3)22+(aq)
Cd(NH3)22+(aq) + NH3(aq)
Cd(NH3)32+(aq)
Cd(NH3)3 2+(aq) + NH3(aq)
Cd(NH3)42+(aq)
4
= K 1 xK 2 xK 3 xK 4
16
4.Reaksi Oksidasi-Reduksi Hubungan energi bebas, G, dengan perpindahan muatan,Q, di bawah suatu potensial tertentu diberikan dalam persamaan:
G = EQ Untuk 1 mol reaktan yang dioksidasi atau direduksi, muatan:
Q = nF o
E E
Maka:
0,05916 n
log Q
G = -nFE
Hubungan antara potensial elektrokimia dan konsentrasi reaktan dan produk adalah: -nFE = -nFEo + RT lnQ Maka:
o
E E
RT nF
ln Q 25oC
17
Karena pada reaksi kesetimbangan G = 0 maka E juga 0 Sehingga pada kesetimbangan:
o
E
RT nF
log K
Eoreaksi = Eored – Eoox Eored dan Eoox adalah potensial reduksi standar Latihan 6 Hitung: (a) potensial standar, (b) konstanta kesetimbangan, dan (c) potensial jika [Ag]+=0,020M dan [Cd2+]=0,050M untuk reaksi berikut pada suhu 25oC. Cd(s) + 2Ag+(aq)
Cd2+(aq) + 2Ag(s)
Jawab: .............................................................................................. 18
19
Termodinamika Pemisahan
Hukum ke-2 Termodinamika
Prinsip
Proses Pemisahan merupakan kerja Digunakan untuk
Menjelaskan fenomena dalam proses pemisahan • Kespontanan reaksi • Meramalkan kondisi fasa dlm kesetimbangan • Meramalkan komposisi sistem
20
1. Konsep Umum Kesetimbangan Kimia
Pendekatan termodinamika untuk menjelaskan sistem kesetimbangan dilakukan melalui persamaan & besaran dalam bentuk fungsi keadaan
Fungsi Keadaan ??? Sistem setimbang ??? Contoh: Pada ekstraksi, kesetimbangan tercapai bila pengocokan lebih lanjut tidak lagi menghasilkan produk ekstraksi 21
2. Hubungan G Vs K G merupakan besaran ekstensif dan fungsi keadaan Jadi penentuan perubahan G dari suatu proses dapat dihitung melalui: ∆G = ∆G0akhir - ∆G0awal
(1)
Apa beda ∆G dan ∆G0 ??? Kesetimbangan tercapai bila tidak terjadi perubahan energi bebas (G) sistem pada kondisi suhu & tekanan tetap
( G) P,T = 0
22
Reaksi akan berlangsung spontan ke arah tingkat energi bebas yang lebih rendah/ ∆G berharga negatif. Hubungan ΔG dan ΔG o ∆G = ∆G0
+ RT ln Q atau ∆G = ∆G0 + 2,303 RT log Q
Pada saat sistem mencapai kesetimbangan, energi bebas produk sama dengan energi bebas reaktan atau dengan kata lain ∆G = 0, dan harga Q = K, sehingga pada saat kesetimbangan diperoleh : 0 = ∆G0 + RT ln K atau ∆G0 = - RT ln K Untuk reaksi kesetimbangan yang melibatkan gas harga K= Kp dan untuk reaksi kesetimbangan dalam larutan harga K =Kc, sehingga didapatkan : ∆G0 = - RT ln Kp ( reaksi gas) (2) (3) ∆G0 = - RT ln Kc (reaksi larutan) 23
Gambar 1. Kurva Energi Bebas Reaksi
24
Hubungan antara ∆G0 dengan K berdasarkan persamaan ∆G0 = - RT ln K dapat dilihat pada tabel 2 berikut : K
ΔGo
Ln K
Keterangan
>1
Positif
Negatif
Pada kesetimbangan produk lebih banyak daripada reaktan
=1
0
0
Pada kesetimbangan produk = reaktan
<1
Negatif
Positif
Pada kesetimbangan produk lebih sedikit daripada reaktan
25
Contoh soal 1 Untuk reaksi kesetimbangan : 2NO2 (g) N2O4(g) , tentukan apakah reaksi berlangsung spontan, ke arah N2O4 ??? Jika diketahui temperatur sistem berharga 25 oC, tekanan parsial NO 2 dan N2O4 masing-masing adalah 0,2 atm dan 0,1 atm serta ∆G0 = -5,40 kJ/mol N2O4.
Jawab:
26
Selain dari ΔG, kecenderungan reaksi dapat didefinisikan ΔH dan ΔS Suatu sistem cenderung ada dalam kondisi Δ H=- dan Δ S = + Hubungan antara Δ H dan Δ S dinyatakan sebagai persamaan energi bebas Gibbs G = H - TS
(4)
Pada kondisi temperatur tetap: ∆G = ∆H - T∆S (5) Bila pengukuran termodinamik dilakukan dalam keadaan standar (1 atm, 298 K) maka diperoleh : ∆Go = ∆Ho - T∆So (6) Entalpi standar (Ho) dan entropi standar (So) serta energi bebas standar (Go) menunjukkan kuantitas termodinamik untuk pembentukan senyawa dari unsur-unsurnya dalam keadaan standar.
27
Contoh Soal 2 Tentukan tetapan kesetimbangan untuk reaksi ; 2SO2 (g) + O2 (g) 2SO3(g), jika diketahui ∆G0 = -140 kJ, dan reaksi berlangsung pada temperatur 250C? Jawab:
Contoh Soal 3 Diketahui tetapan kesetimbangan untuk reaksi H 2O(l) H2O(g) adalah 3,1 x 10 -2. Tentukan besarnya ∆G0 , jika reaksi berlangsung pada 25oC? Jawab:
28
3. Jenis Sistem Kesetimbangan 1.Kesetimbangan Homogen Istilah kesetimbangan homogen digunakan untuk menunjukkan bahwa fasa dari semua spesies yang berada dalam sistem sama. Sebagai contoh kesetimbangan homogen fasa gas untuk reaksi penguraian N2O4. N2O4 (g) 2NO2(g) Tetapan kesetimbangan untuk reaksi di atas adalah :
K p
2 NO 2
p
p N 2O4 29
2. Kesetimbangan Heterogen Kesetimbangan heterogen merupakan reaksi yang melibatkan pereaksi dan produk dalam fasa yang berbeda. Sebagai contoh, jika calsium karbonat (CaCO3) dipanaskan dalam tabung tertutup, maka akan terjadi kesetimbangan : CaCO3 (s)
CaO (s) + CO2(g)
Gambar 2 Kesetimbangan heterogen CaCO 3 , CaO dan CO 2
30
Dalam sistem tersebut terdapat dua fasa yaitu padatan CaO dan CaCO3 dan gas CO2. Pada keadaan setimbang , tetapan kesetimbangannya dapat dituliskan : '
K c
CaO CO2 CaCO3
Bagaimanapun, konsentrasi padatan sebagai kerapatan atau massa jenis merupakan besaran intensif yang tidak bergantung pada kuantitas zat. Satuan konsentrasi (mol/liter) dapat diubah menjadi satuan kerapatan (gram/cm3) begitu juga sebaliknya. Untuk alasan ini maka konsentrasi CaCO3 dan CaO dianggap konstan dapat digabungkan dengan tetapan kesetimbangan sehingga diperoleh: '
K c
CaO CaCO3
K c
CO2
31
Contoh soal 4 Diketahui tetapan kesetimbangan Kp untuk reaksi : PCl5 (g) PCl3(g) + Cl2(g) adalah 1,05 pada temperatur 250 oC. Jika tekanan parsial pada kesetimbangan untuk PCl5 dan PCl3 berturutturut adalah 0,875 atm dan 0,463 atm, berapa tekanan parsial untuk Cl2 saat kesetimbangan pada suhu yang sama ?
Jawab:
32
PERUBAHAN FASA & KESETIMBANGAN Fasa ??? Bagian yang serbasama dalam suatu sistem yang kontak dengan bagian lain dalam sistem namun terpisahkan satu sama lain dengan batas yang jelas. Contoh: Es dan cairannya Perubahan fasa merupakan pembentukan satu fasa dari fasa lainnya yang berlangsung ketika ada energi (biasanya dalam bentuk panas) yang diserap atau dilepaskan oleh sistem Perubahan fasa merupakan perubahan fisika yang dicirikan dengan perubahan dalam tingkat molekuler, misalnya padatan memiliki tingkat keteraturan molekuler yang lebih besar dibandingkan cairan juga gas. 33
1. Kesetimbangan Cair-Uap Evaporasi atau penguapan??? Peristiwa ketika sejumlah tertentu molekul dalam cairan memiliki energi kinetik yang cukup untuk keluar dari permukaan cairan.
Gambar 3 Alat untuk mengukur tekanan uap cairan. (a) sebelum penguapan (b) saat kesetimbangan
34
Pada keadaan kesetimbangan dinamis antara dua fasa (cair dan gas), maka laju penguapan akan sama dengan laju kondensasi. Tekanan yang diukur ketika kondisi kesetimbangan dinamis antara kondensasi dan penguapan disebut tekanan uap kesetimbangan atau disederhanakan sebagai tekanan uap.
Tekanan uap kesetimbangan merupakan tekanan uap maksimum dari molekul cairan yang dapat lepas ke permukaan cairan pada temperatur yang diberikan dan berharga konstan pada temperatur tetap
Sebagai contoh tekanan uap air pada suhu 200 O C adalah 17,5 mmHg dan pada suhu 100oC adalah 760 mmHg.
35
Gambar 4. Peningkatan tekanan uap akibat kenaikan suhu Titik didih normal cairan ditunjukkan dengan garis putus-putus.
36
Kalor Penguapan & Titik Didih ( Hvap) merupakan ukuran seberapa kuat molekul berada dalam cairan, yang didefinisikan sebagai energi (biasanya dalam satuan kJ) yang diperlukan untuk menguapkan 1 mol cairan. titik didih, yaitu keadaan dimana tekanan uap cairan sama dengan tekanan udara luar (atmosfer).
37
Kalor molar penguapan untuk beberapa cairan diukur pada 1 atm
Senyawa
Titik Didih ( oC)
Argon (Ar)
-186
6,3
Metana
-164
9,2
Etil eter
34,6
26,0
Etanol
78,3
39,3
Benzena
80,1
31,0
Air
100
40,79
Raksa
357
59,0
Hvap (kJ/mol)
38
kurva tekanan uap dan temperatur ditunjukkan dengan persamaan Clapeyron (1834).
dp
H v ap
dT
T v
(1)
Karena volume cairan sangat kecil bila dibandingkan volume gas, sehingga v v , Jika kita juga mengasumsikan bahwa uap merupakan gas ideal, maka berlaku: v
Sehingga
dp dT
RT p
H vap 2
RT
p
dp p
H vap RT
2
dT
39
(2)
Hasil pengintegrasian:
ln p
log p
log
p 2 p1
H vap RT H vap
2,303 RT
H vap
C
C
1
1
2 ,303 R T 2
T 1
40
Contoh Soal : Berapa tekanan uap dari n-pentana pada suhu 25oC, jika diketahui pada suhu 20oC hasil dari plot grafik dengan slop = 1,4 x 103 derajat, memberikan harga Hv sebesar 6400 kal/mol dan tekanan uap sebesar 420 torr?
Jawab:
41
Contoh Soal : Berapa titik didih dari benzena jika diketahui titik didih normalnya adalah 353,2 K. dan tekanan uapnya adalah 0,47 atm dan kalor penguapan molar benzene adalah 31,8 kJ/mol. Jawab:
42
Tekanan kritis Vs Temperatur Kritis Setiap senyawa mempunyai temperatur kritis (Tc), dimana pada suhu tersebut bentuk gas tidak dapat diubah menjadi cair, atau temperatur dimana cairan tetap ada dalam fasa cair. Tekanan minimum yang diperlukan untuk mencairkan gas pada temperatur kritis disebut tekanan kritis.
Kesetimbangan Padat-Cair Energi yang diperlukan untuk melelehkan 1 mol padatan disebut kalor molar peleburan ( Hfus). Data mengenai titik leleh dan kalor molar peleburan dari beberapa senyawa dapat dilihat pada tabel 3
43
Kalor molar peleburan untuk beberapa cairan diukur pada 1 atm
Senyawa
Titik leleh (oC)
Argon (Ar)
-190
1,3
Metana
-183
0,84
Etil eter
-116,2
6,90
Etanol
-117,3
7,61
Benzena
5,5
10,9
Air
0
6,01
Raksa
-39
23,4
Hfus (kJ/mol)
44
Kurva Pemanasan zat
45
Titik Beku Campuran
Diagram fasa untuk kamper murni dan kamper dengan penambahan sejumlah naftalena (kurva C) 46
Kesetimbangan padat-gas Proses dimana molekul berubah secara langsung dari fasa padat menjadi fasa gas disebut sublimasi dan proses kebalikannya disebut deposisi Energi yang diperlukan untuk menyublimkan 1 mol padatan disebut kalor molar sublimasi ( Hsub).
Hsub = Hfus +
Hvap
padatan memiliki tekanan uap dan tekanan uapnya bergantung pada temperatur dalam kondisi yang sama sesuai dengan persamaan Clapeyron :
log p
H s
2,303 RT
C 47
Diagram fasa
48
Diagram fasa dapat digunakan untuk memprediksi perubahan fasa suatu senyawa senyawa pada titik didih atau titik leburnya sebagai akibat perubahan tekanan luar, kita juga dapat memperkirakan secara langsung transisi fasa yang terjadi akibat perubahan temper tem perat atur ur dan tekana tekanan. n.
Titik didih normal dan titik leleh normal air diukur pada 1 atm, berturut-turut adalah 100oC dan 0oC.
Apa yang akan terjadi jika peleburan dan pendidihan berlangsung pada tekanan yang lain? peningkatan katan tekanan tekanan di atas 1 atm atm akan meningkatkan meningkatkan titik titik • pening didih dan menurunkan titik lebur. tekanan akan menurunkan m enurunkan titik didih dan •Penurunan tekanan meningkatkan titik lebur. 49
KESETIMBANGAN FASA Aturan fasa dapat digunakan untuk menjelaskan perubahan keadaan yang dialami oleh suatu komponen dalam campuran Aturan fasa diperlukan untuk menentukan m enentukan derajat kebebasan sistem Fase adalah keadaan materi yang seragam di seluruh bagiannya,, bukan hanya dalam komposisi kimianya, bagiannya melainkan juga dalam keadaan fisiknya. Contohnya fase padat, fase cair dan fasa gas.
Banyaknya Banyakny a fase dalam sistem diberi notasi P
50
Komponen adalah spesies yang ada dalam sistem. Jumlah komponen dalam sistem merupakan jumlah minimum spesies bebas yang diperlukan untuk menentukan komposisi semua fasa yang ada dalam sistem, jika spesies yang ada dalam sistem tidak bereaksi. Banyaknya komponen dalam sistem disimbolkan dengan (C ).
Contoh soal : Tentukan jumlah fasa dan komponen yang ada dalam sistem berikut : 1. Gula pasir dilarutkan dalam air 2. Garam dapur dilarutkan dalam air 3. Es dimasukkan dalam segelas air 4. Minyak dicampurkan dengan air
51
Derajat kebebasan suatu sistem merupakan jumlah variabel intensif bebas yang diperlukan untuk menyatakan keadaan sistem. Derajat kebebasan disimbolkan dengan ( f )
Hukum fasa Gibbs adalah :
f = c - p + 2 Tiga variabel intensif dalam proses pemisahan adalah suhu, tekanan dan komposisi (konsentrasi). Dengan menetapkan atau menspesifikasikan dua diantara tiga variabel ini, maka variabel ketiga secara langsung dapat ditentukan. Untuk itulah maka digunakan nilai tetapan 2 dalam persamaan di atas.
52
Contoh soal : Suatu sistem terdiri dari dua larutan yaitu dietil eter dalam air dan air dalam dietil eter yang berkesetimbangan dengan fasa uapnya pada temperatur 298 K dan tekanan 59,5 kPa. Berapa derajat kebebasan sistem ?
Jawab:
53
1. Sistem Satu Komponen Untuk sistem satu komponen seperti air murni, aturan fasanya adalah : f = 3 - p. Jika hanya ada satu fase maka f =2, • • jika ada dua fase maka f =1, dan jika ada 3 fase maka f =0. • Dengan demikian untuk sistem satu komponen maksimum ada dua variabel intensif untuk menyatakan keadaan sistem. Kita dapat menggambarkan setiap keadaan dengan satu titik pada diagram fasa yaitu diagram dua dimensi P terhadap T.
54
Gambar : Diagram Fasa Air
Pada titik A yaitu daerah fasa cair, p =1, f=2, sehingga ada 2 variabel spesifik, yaitu temperatur dan tekan untuk menentukan lokasi titik A. Pada titik B yaitu satu titik pada garis kesetimbangan cairan –uap, niai p =2 dan f =1, sehingga hanya 1 variabel yang harus spesifik, suhu atau tekanan.
55
Sistem dua komponen disebut juga sistem biner. Jika terdapat dua komponen dalam sistem , c = 2, maka aturan fasanya adalah f = 4 - p. Untuk sistem satu fasa f = 3 berarti ada tiga variabel bebas yang dperlukan untuk menyatakan keadaan sistem yaitu T, P dan fraksi mol. Biasanya satu dari ketiga variabel dibuat tetap (tekanan), sehingga dua variabel lainnya (fraksi mol dan T) dapat digambarkan dalam diagram fasa dua dimensi. Sistem dua komponen cair-uap ideal Larutan ideal adalah laruan yang memenuhi hukum Raoult pada semua rentang konsentrasi. Pi = Xi Pio Di mana Pi = tekanan uap jenuh I di atas larutan pada suhu T, Xi menyatakan fraksi mol I dalam larutan ideal dan Pio = tekanan uap jenuh pelarut murni I pada temperatur T. campuran benzena dan toluena. 56
Gambar. Diagram fasa untuk campuran benzena dan toluena dalam kondisi isobar
57
Sistem dua komponen cair-uap tak ideal Diagram fasa cair-uap untuk sistem tak ideal diperoleh melalui pengukuran tekanan dan komposisi uapnya dalam kesetimbangan dengan cairan yang diketahui komposisinya.
Diagram fasa sistem dua komponen dalam kondisi isotermal 58
1. Dalam Proses Ekstraksi dan KCC: Kesetimbangan fasa Cair-cair
K D
m2
1
m1
2
'
K
59
2. Dalam Destilasi/KGC
Hukum clapeyron: log
p1
H vap
Hvap (kJ/mol)
Argon (Ar)
-186
6,3
Metana
-164
9,2
Etil eter
34,6
26,0
Etanol
78,3
39,3
Benzena
80,1
31,0
Air
100
40,79
Raksa
357
59,0
Senyawa
Dasar: Kesetimbangan cair-gas Perbedaan titik didih
p 2
Titik Didih (oC)
1
1
2 ,303 R T 2
T 1
Kalor molar penguapan untuk beberapa cairan diukur pada 1 atm
Berapa titik didih dari benzena jika diketahui titik didih normalnya adalah 353,2 K. dan tekanan uapnya adalah 0,47 atm dan kalor penguapan molar benzene adalah 31,8 kJ/mol. Penyelesaian soal : Titik didih normal suatu cairan adalah titik didih pada tekanan 1 atm, sehingga p 1= 1 atm, kemudian p2 = 0,47 atm. Untuk menentukan titik didih benzene dapat dihitung dengan menggunakan rumus :
log
0,47 atm 1atm
31800 J / mol
1
2,303 8,314 J / molK T b
1 353,2
K
Td = 330 K 60
Hukum Trouton:
H uap
21 T d
Trouton, Clausius-Clapeyron:
log
8,9(
T 2
T 1
T 1.T 2
)
= faktor pemisahan, komponen 1 lebih mudah menguap dibandingkan komponen 2.
61
3. Dalam Sublimasi/KGP Kesetimbangan Fasa gas-padat
log P
H uap
2,3 RT
C
4. Dalam Pengendapan/kristalisasi: Prinsip: Kesetimbangan fasa cair-padat, Ksp
62
