Kesetimbangan Uap-Cair 2

Larutan dapat didefinisikan sebagai suatu sistem homogen yang terdiri dari dua komponen atau lebih. Istilah pelarut dan zat terlarut sebenarnya biasa dipertukarkan, tetapi istilah pelarut biasanya digunakan untuk cairan, bila larutan terdiri dari padatan atau gas dalam cairan. Istilah ini untuk jenis larutan lain biasa digunakan untuk menyatakan zat yang terdapat dalam jumlah yang lebih banyak. Komponen–komponen yang terdapat dalam jumlah yang lebih sedikit biasanya dinamakan zat terlarut (Bird,1993).

Jika kita menghendaki komposisi uap yang dalam kesetimbangan dengan campuran air, tidak cukup bila kita hanya mengetahui sifat-sifat campuran cair pada komposisi seperti itu saja; sekarang kita juga harus mengetahui sampai sejauh mana sifat-sifat itu (khususnya energi Gibbs) bergantung pada komposisi. Pengaruh temperatur yang pokok pada kesetimbangan uap-cair terdapat dalam tekanan uap komponen murni atau lebih tepatnya dalam fugasitas zat cair komponen murni. Sementara koefisien aktivitas bergantung pada temperatur sebagaimana halnya komposisi, ketergantungan itu biasanya kecil bila dibandingkan dengan ketergantungan tekanan uap zat cair murni pada temperatur. Dalam suatu campuran, kenaikan temperature 10oC meningkatkan tekanan uap zat cair sebesar 1,5 - 2 kali. Oleh karena itu, kecuali pada perubahan temperatur yang besar sering lebih mudah bila pengaruh temperatur terhadap gE diabaikan saja ketika menghitung kesetimbangan uap-cair (Reid, 1990).

Bila seluruh larutan biner diuapkan secara parsial, komponen yang mempunyai tekanan uap lebih tinggi akan terkonsentrasi pada fase uapnya, hingga terjadi perbedaan komposisi antara cairan dengan uap yang setimbang. Uap tersebut dapat diembunkan sebagai kondensat. Uap yang diperoleh dengan menguapkan secara parsial kondensat itu akan mempunyai komposisi yang lebih kaya lagi akan komponen yang mudah menguap (Alberty, 1987 ).

Larutan dikatakan ideal jika larutan tersebut mengikuti hukum Roult pada seluruh kisaran komposisi sistem. Hukum Roult dalam bentuknya yang lebih umum didefinisikan sebagai fugasitas dari tiap komponen dalam larutan yang sama dengan keadaan serta fraksi molnya dalam larutan tersebut, yakni:

                                                   f₁ = X₁ . f₁*

Sedangkan hubungan antara tekanan parsial dan komposisinya dalam larutan merupakan pendekatan dalam hal larutan yang mempunyai komponen tekanan parsial kecil.
                                                            P₁ = X₁ . P₁^o.

Dimana : p₁ = tekanan uap larutan p^o = tekanan uap larutan murni X₁ = mol fraksi larutan Potensial kimia dari tiap komponen dalam larutan didefinisikan sebagai : µ₁ = µ₁^o + R T ln X₁ (Dogra, 1990).

Komponen (pelarut dan zat terlarut) larutan ideal mengikuti Hukum Roult pada seluruh selang konsentrasi. Larutan encer yang tak mempunyai interaksi kimia di antara komponen-komponennya, Hukum Roult berlaku bagi pelarut, baik ideal maupun tak ideal. Tetapi Hukum Roult tak berlaku pada zat terlarut pada larutan tak ideal encer. Perbedaan ini bersumber pada kenyataan : molekul-molekul pelarut yang luar biasa banyaknya. Hal ini menyebabkan lingkungan molekul terlarut sangat berbeda dalam lingkungan pelarut murni. Zat terlarut dalam larutan tak ideal encer mengikuti Hukum Henry, bukan Hukum Roult (Petrucci, 1992).

Larutan juga dapat dikatakan sebagai larutan ideal apabila :

1. Homogen pada seluruh system mulai dari mol fraksi 0-1
2. Tidak ada entalpi pencampuran pada waktu komponen-komponen dicampur membentuk larutan ( ∆H pencampuran = 0 )
3. Tidak ada beda volume pencampuran, artinya volume larutan sama dengan jumlah komponen yang dicampurkan ( ∆V pencampuran = 0 )

(Tim Penyusun, 2014).

komponen larutan ideal adalah komponen yang satu akan mempengaruhi sifat komponen yang lain, sehingga sifat larutan yang dihasilkan terletak diantara sifat kedua komponennya. Contoh, sistem benzene-toluena. Larutan non ideal adalah larutan yang tidak memiliki sifat di atas. Larutan ini dibagi dua golongan yaitu : Larutan non ideal deviasi positif yang mempunyai volume ekspansi, dimana akan menghasilkan titik didih maksimum pada sistem campuran itu. Contoh : sistem aseton-karbondisulfida. Larutan non ideal deviasi negative yang mempunyai volume kontraksi, dimana akan menghasilkan titik didih minimum pada sistem campuran itu. Contoh : sistem benzene-etanol dan aseton-kloroform (Tim Penyusun, 2014).

Data komposisi uap ditampilkan pada diagram komposisi versus temperatur seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 11.3

Tampilan data kesetimbangan uap-cair yang normal diperlihatkan oleh Gambar 11.3a, kurva ABC menunjukkan suatu cairan dengan berbagai komposisi yang mendidih pada berbagai temperatur, dan kurva ADC menunjukkan komposisi uapnya  pada berbagai temperatur yang bersangkutan.

Contoh, suatu cairan dengan komposisi x₁ akan mendidih pada temperatur T₁, dan komposisi uap yang berada dalam kesetimbangan dengan cairan tersebut adalah  y₁ (ditunjukkan oleh titik D).

Berdasarkan kurva-kurva dalam Gambar 11.3a, b dan c dapat disimpulkan bahwa untuk sembarang cairan dengan komposisi x₁ akan menghasilkan uap dengan komposisi tertinggi dimiliki oleh komponen (zat) yang lebih mudah menguap (volatile). Di sini simbol-simbol x dan y menunjukkan fraksi mol komponen yang lebih volatile di dalam cairan dan di dalam uap.

Pada Gambar 11.3b dan c terdapat suatu komposisi kritis (critical composition) x_g. Pada titik ini uap memiliki komposisi yang sama dengan cairan, dengan demikian tidak ada perubahan yang terjadi pada proses pendidihan. Campuran kritis itu disebut azeotrope.

Diagram-diagaram yang disajikan di atas berlaku untuk kondisi tekanan konstan. Perlu diingat bahwa komposisi uap yang berada dalam kesetimbangan dengan cairan berubah dengan berubahnya tekanan.

Untuk kegunaan proses distilasi, data kesetimbangan uap cair lebih bermanfaat jika disajikan dalam bentuk grafik x versus y pada tekanan konstan, hal ini disebabkan kebanyakan operasi distilasi dalam industri dilakukan pada tekanan konstan. Grafik yang dimaksud ditunjukkan oleh Gambar 11.4. Perlu dicatat bahwa temperatur bervariasi di sepanjang kurva.

FATHIA RAHMATUL AZIZAH
NIM 14630053