Upload
lalu-abdul-yasir
View
241
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
8/18/2019 Kesetimbangan Larutan.pdf
1/24
KIMIA FISIKA 2
Kesetimbangan)
1. Kesetimbangan Larutan: Kuantitas molar
parsial, termodinamika pencampuran, hukum
Raoult, hukum Henry, dan sifat koligatif
larutan.
2. Kesetimbangan Kimia: Perumusan keadaan
setimbang secara termodinamika, berbagai
ungkapan K, penentuan nilai K, pengaruh suhuterhadap K, faktor penentu keadaan setimbang
dan kesetimbangan heterogen.
3. Kesetimbangan Sel Elektrokimia: Pengertian
sel elektrokimia, Termodinamika sel
elektrokimia, dan Penerapan konsep sel
elektrokimia.
4. Kesetimbangan Permukaan dan Koloid.
8/18/2019 Kesetimbangan Larutan.pdf
2/24
Pengantar
Kesetimbangan Larutan
Fungsi Keadaan Syarat
Tidak Ideal
IdealTermodinamika
(V, H, G, μ)T,P,n
Tersekat : ∆S=0
Tertutup : ∆G=0
Larutan Biner
Besaran MOLAR
SISTEM
Zat Terlarut
Pelarut
8/18/2019 Kesetimbangan Larutan.pdf
3/24
Beberapa Istilah :
Sistem : Sejumlah materi/daerah dalam ruang
yang dijadikan sebagai obyek
Batas : Bidang yang bersifat riil maupun
imajiner dapat berupa batas tetap atau batas
berubah
Fungsi Keadaan : Sifat sistem yang hanya
ditentukan oleh KEADAAN SISTEM dan
bukan oleh cara mencapai keadaan.
Keadaan Sistem : Kumpulan nilai dari
seluruh karakteristik yang dimiliki oleh
sistem.
Besaran Ekstensif : ditentukan oleh
JUMLAH/KUANTITAS sistem misalnya
volume, massa, energi, H, G, S.
Besaran Intensif : TIDAK TERGANTUNG
PADA JUMLAH/Kuantitas sistem misalnya
tekanan P), Suhu T), densitas, viskositas,tegangan permukaan )
8/18/2019 Kesetimbangan Larutan.pdf
4/24
SISTEM LARUTAN
Pelarut Zat Terlarut Contoh
Cair Padat Air gula
Cair Cair Alkohol
Cair Gas CO 2 dalam Air
Padat Padat Alloy /Aliage
Padat Cair Air Kristal
Padat Gas Batu Apung
Gas Padat Asap /Debu
Gas Cair Embun
Gas Gas Udara
Catatan:
1. Jika fasa sama maka jumlah massa yang lebih
besar dianggap sebagai pelarut Solvent)
2. Jika fasa berbeda maka fasa pelarut dianggap
sama dengan fasa larutan
8/18/2019 Kesetimbangan Larutan.pdf
5/24
Sifat penting zat sebagai pelarut :
1. Keserupaan Komposisi Kimia antara Pelarut dan
zat terlarut like dissolve like)
Misalnya : larutan gula sirup)
Gula : C 11 H22 O 11 perbandingan H : O = 2 : 1
Air : H 2O perbandingan H : O = 2 : 1
2. Konstanta Dielektrik Pelarut ε )
Pelarut yang ε tinggi mudah melarutkansenyawa ion. Dasarnya adalah Hukum Coulomb
F = gaya tarik antara ion + dan ion - dalam
senyawa ion
r = Jarak antara q 1 dan q 2
ε = Konstanta dielektrik pelarut
Contoh
Pelarut dengan ε tinggi (Kepolaran >>; TD >>)
8/18/2019 Kesetimbangan Larutan.pdf
6/24
As. Format, Nitro metana, HCN, Asetonitril,Air, Metil tiosianat, Amonia, Metanol, Etilenglikol
Pelarut dengan ε rendah Senyawa karbon dengan derivatnya.
3. Sifat asam – basa pelarut
Sifat ini sangat relative terhadap zat terlarutnya;
sehingga
Tingkat keasaman zat terlarut >>> bila
pelarutnya basa dan tingkat kebasaan zat terlarut
>>> bila pelarutnya asam.
Sifat Fisika yang menunjang suatu zat
sebagai pelarut:
1. Daerah cairannya luas
2. Berbentuk cair serta stabil dalam kondisi kamar
3. Tidak Beracun
8/18/2019 Kesetimbangan Larutan.pdf
7/24
TERMODINAMIKA PENCAMPURAN
Potensial Kimia μ)
Energi Bebas Gibbs ∆G)
Entropi ∆S)
Entalpi ∆H)
8/18/2019 Kesetimbangan Larutan.pdf
8/24
8/18/2019 Kesetimbangan Larutan.pdf
9/24
Hasil substitusi 2) dan 1) diperoleh
Catatan :
Pi = tekanan uap cairan murni
Berlaku khusus larutan ideal
Hukum tersebut dikenal dengan hukum Raoult
Contoh :
1. arutan benzene/toluene
2. arutan klorobenzena/bromobenzena
Hubungan antara tekanan dan fraksi mol, seperti
gambar dibawah ini
Potensial Kimia μ)
Pi = xi . Pi 0
P A = x A . P A0
P B = x B . P B0
Tekanan total
P = P A + P B
(Hukum Dalton)
8/18/2019 Kesetimbangan Larutan.pdf
10/24
Suatu larutan ideal dalam KESETIMBANGAN dengan
uapnya pada temperatur tetap berlaku:
μ i larutan) = μ i uap) 3)
8/18/2019 Kesetimbangan Larutan.pdf
11/24
Kalau disusun ulang :
4)
Catatan : Potensial kimia adalah besarnya koefisien)
perubahan energi bebas Gibbs suatu sistem yang
disebabkan adanya penambahan zat 1 zat pertama)
yang ada dalam sistem tersebut pada tekanan,
temperatur dan jumlah zat 2 tetap).
8/18/2019 Kesetimbangan Larutan.pdf
12/24
ENERGI BEBAS G)
Bila n A) mol cairan A dan dan n B mol cairan B
dicampurkan dan membentuk larutan ideal, maka
energi bebas Gibbs larutan :
Sebelum dicampur : G i = n A . μ A0 + n B . μB0
Sesudah Pencampuran : G f = n A . μA + n B . μB
Perubahan ∆Gmix Setelah Proses Pencampuran)
∆Gmix = G f – G i
= n A . μ A + n B . μB) – n A . μA0 + n B . μ B0)
= n A μA – μ A0) + n B μ B – μB0)
= n A RT ln X A + n B RT ln X B
∆Gmix = X A n A + n B) RT ln X A + X B n A + n B) RT ln X B
Catatan : n A = X A . mol total
nA + n B = mol total
atau : ∆Gmix = nRT X A ln X A + X B ln X B)
Secara Umum :
∆G mix = nRT X i ln X i 5)
8/18/2019 Kesetimbangan Larutan.pdf
13/24
ENTROPI dan ENTALPI
Dari pers 5) dapat diturunkan entropi dan entalpi
pencampuran
= - n R x i ln x i
Dari hubungan :
∆G = ∆H - T ∆S
∆Hmix = ∆Gmix + T ∆S mix
= n R T x i ln x i – T n R x i ln x i)
∆Hmix = 0 artinya : Pembentukan larutan ideal tidak
disertai dengan efek panas)
Pertanyaan :
Tunjukkan bahwa pada pembentukan larutan ideal
tidak terjadi perubahan volume, ∆Vmix = 0 ???
8/18/2019 Kesetimbangan Larutan.pdf
14/24
Jawab :
∆G = V . dP – S . dT
Pada suhu tetap (T konstan) maka :
Karena perubahan energi bebas ∆G) bukan fungsi P,
maka hasil diferensialnya terhadap P = 0
Sehingga : ∆Vmix = 0 6)
8/18/2019 Kesetimbangan Larutan.pdf
15/24
SIFAT MOLAR PARSIAL
Sifat kesetimbangan larutan biasanya dinyatakan
dengan fungsi keadaan seperti : volume molar, entalpi,
energi bebas Gibbs dsb. Fungsi ini bergantung pada
tekanan P), temperatur T) dan jumlah zat n).
Misalnya :
nA mol A dengan volume molar V A0 + n B mol B dengan
volume molar V Bo
maka volume total larutan TIDAK SAMA dengan
nA .VA0 + n B .VBo
Andaikan volume larutan cukup besar, maka
penambahan 1 mol zat A pada T dan P tetap, maka:
Volume Molar Parsial dari A
=
VA )
VA )
8/18/2019 Kesetimbangan Larutan.pdf
16/24
Volume Total :
V = V n A, n B)
dV =
dn A + dn B
dV = dn A + dn B
Jika diintegrasikan pada komposisi tetap
V = n A + n B
Hasil diferensiasi persamaan diatas :
dV = dn A + n A + dn B + n B
karena : dV = dn A + dn B
maka untuk campuran biner, terjadi :
nA + n B = 0, maka
= =
P,T)
VA ) VB )
VA ) VB )
VA ) dVA VB ) dVB
dVA dVB
VA ) VB )
dVA dVB dVB
8/18/2019 Kesetimbangan Larutan.pdf
17/24
Secara umum :
=
=
Persamaan diatas dikenal sebagai :
PERSAMAAN GIBBS – DUHEM
dXB dXBX
X = setiap besaran Molar
8/18/2019 Kesetimbangan Larutan.pdf
18/24
FUNGSI GIBBS MOLAR PARSIAL
Selain volume molar parsial, konsep kuantitas molar
parsial yang lain adalah “Fungsi Gibbs Molar Parsial ”
dengan nama : POTENSIAL KIMIA μ )
= μ A=
G = G n A, n B)
dG =
dn A + dn B
dG = dn A + dn B
dengan analog yang sama seperti pada volume molar
parsial, Jika diintegralkan persamaan diatas menjadi :
G = n A + n B
Kemudian persamaan tersebut diferensiasikan :
dG = dn A + n A + dn B + n B
G A )
G A ) G B )
G A ) G B )
G A ) dG A G B ) dG B
8/18/2019 Kesetimbangan Larutan.pdf
19/24
karena : dG = dn A + dn B maka
nA + n B = 0, sehingga
=
=
Catatan : = μ = Potensial Kimia
=
=
Persamaan diatas dikenal sebagai :
PERSAMAAN GIBBS – DUHEM
Arti Persamaan Gibbs – Duhem diatas :
“Potensial kimia campuran tidak dapat berubah secara
bebas, dalam campuran biner campuran yang terdiri
dari dua komponen kita akan sering menyederhanakan
persamaan dengan menggunakan hubungan : X A + X B
= 1), jika satu komponen bertambah, maka komponen
dG A dG B dG B
dG A dG B
G A ) G B )
dG
dμA dμB dμB
8/18/2019 Kesetimbangan Larutan.pdf
20/24
yang lain berkurang ” berlaku pada semua kuantitas
molar parsial).
CARA MENGUKUR KUANTITAS MOLAR PARSIAL
Misalnya Volume Molar Parsial)
adalah dengan cara mengukur kebergantungan volume
pada komposisi dan menentukan kemiringan dV/dn)
pada komposisi tertentu.
dV
dn
8/18/2019 Kesetimbangan Larutan.pdf
21/24
TEKANAN UAP CAMPURAN CAIRAN
MUDAH MENGUAP
Dalam larutan ideal dua cairan, tekanan uap komponen
– komponennya berhubungan dengan komposisinya.
Berdasarkan Hukum Raoult :
P A = x A . P A0 P B = x B . P B0
Dengan : P A = tekanan uap A murni
P B = tekanan uap B murni
Sehingga tekanan uap total campuran HK Dalton)
P = P A + P B
= x A . P A0 + x B . P B0
= x A . P A0 + 1 – xA) . P B0
P = P B0 + P A0 – P B0) . x A
8/18/2019 Kesetimbangan Larutan.pdf
22/24
Arti persamaan tersebut : tekanan uap total akan
berubah secara linier berdasarkan komposisinya dari
P B0 ke P A0
Semua titik diatas garis menunjukkan fase cair
tekanan yang mengenai sistem melebihi tekakan
uapnya)
Semua titik di bawah garis menunjukkan fase uap
Garis menunjukkan kesetimbangan fase cair dan
uapnya
P
x A
P Bo
0 1
P Ao
cair
uap
garis
8/18/2019 Kesetimbangan Larutan.pdf
23/24
KOMPOSISI UAP
Pada kesetimbangan fasa cair dan uap, komposisicairan dan uapnya tidak harus sama karena pada fasa
uap, komposisi uap akan lebih banyak disbanding pada
fasa cair.
Besarnya tekanan parsial komponen dapat dihitung
berdasarkan Hukum Dalton :
P total = P A + P B
Jadi :
Besarnya fraksi mol dalam gas Y A dan Y B) adalah :
Sehingga
8/18/2019 Kesetimbangan Larutan.pdf
24/24
HUBUNGAN KOMPOSISI UAP dengan
Mr SENYAWA
Komposisi Uap pada fase uap :
P A , P B = tekanan uap parsial A dan B
Perbandingannya :
n total = n = n A + n B)