destilasi

Hukum Raoult

Francois M Raoult, pencetus Hukum Raoult

Hukum Raoult adalah hukum yang dicetuskan oleh Francois M Raoult (1830-1901) untuk mempelajari sifat-sifat tekanan uap larutan yang mengandung zat pelarut yang bersifat nonvolatil, serta membahas mengenai aktivitas air^.

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.”

Secara matematis ditulis sebagai berikut:

P_larutan= X_terlarut . P_pelarut

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 P_A dan P_B 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.

                           

P^o adalah tekanan uap dari A dan B apabila keduanya berada dalam keadaan terpisah (dalam larutan murni).

x_A dan x_B 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:

                                  

                               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. 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.

Penyimpangan Hukum Raoult

Tidak semua campuran bersifat ideal. Campuran – campuran non ideal 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.

                    

                       Destilasi Larutan Biner

Distilasi atau penyulingan adalah suatu metode pemisahan bahan kimia berdasarkan perbedaan kecepatan atau kemudahan menguap (volatilitas) bahan atau didefinisikan juga teknik pemisahan kimia yang berdasarkan perbedaan titik didih. Dalam penyulingan, campuran zat dididihkan sehingga menguap, dan uap ini kemudian didinginkan kembali ke dalam bentuk cairan. Zat yang memiliki titik didih lebih rendah akan menguap lebih dulu. Metode ini merupakan termasuk unit operasi kimia jenis perpindahan massa. Penerapan proses ini didasarkan pada teori bahwa pada suatu larutan, masing-masing komponen akan menguap pada titik didihnya. Model ideal distilasi didasarkan pada Hukum Raoult dan Hukum Dalton.

Pembagian Destilasi

1.         Distilasi berdasarkan prosesnya terbagi menjadi dua, yaitu :

a.         Distilasi kontinyu

b.         Distilasi batch

2.         Berdasarkan basis tekanan operasinya terbagi menjadi tiga, yaitu :

a.         Distilasi atmosferis

b.         Distilasi vakum

c.         Distilasi tekanan

3.         Berdasarkan komponen penyusunnya terbagi menjadi dua, yaitu :

a.         Destilasi system biner

b.         Destilasi system multi komponen

4.         Berdasarkan system operasinya terbagi menjadi dua, yaitu :

a.         Single-stage Distillation

b.         Multi stage Distillation

Selain pembagian macam destilasi, dalam referensi lain menyebutkan macam – macam destilasi, yaitu :

1.         Destilasi sederhana

2.         Destilasi bertingkat ( fraksional )

3.         Destilasi azeotrop

4.         Destilasi vakum

5.         Refluks / destruksi

6.         Destilasi kering