KUANTITAS MOLAR PARSIAL

Nama : Wahyuningtyas A.M

NIM   : 15630036

KUANTITAS MOLAR PARSIAL

Termodinamika merupakan ilmu yang menyelidiki tentang transformasi (perubahan bentuk) energi yang memungkinkan kita untuk membicarakan perubahan- perubahan kimia secara kuantitatif. Hidup  manusia tidak jauh dari kebutuhan terhadap air. Air adalah salah satu zat cair yang penting bagi manusia karena apabila manusia kekurangan air atau zat cair dalam tubuhnya dapat mengakibatkan kematian. Namun dalam hal mencampurkan zat cair perlu adanya perhitungan agar dapat memperoleh volume air yang diinginkan. Karena tidak serta merta akumulasi dari volume zat A dan zat B ditambahkan akan menghasilkan volume yang pasti berdasarkan penjumlahan kedua volume tersebut. Ada beberapa faktor yang mempengaruhi hasil volume campuran yang didapatkan. Oleh karena itu diperlukan pengetahuan tentang volume molal parsial untuk mendapatkan volume campuran tertentu dengan tepat.

Volume molar parsial

Molal atau molalitas didefinisikan sebagai jumlah mol zat terlarut per kg pelarut. Dari pengertian tersebut molalitas dapat juga diartikan sebagai perbandingan antara jumlah mol zat terlarut dalam satuan mol dengan massa pelarut dalam satuan kilogram. Dimana rumus dari molalitas adalah:

Volume molar parsial adalah kontribusi volume dari satu komponen dalam suatu zat/ komponen terhadap keseluruhan volume (volume total).

Volume molar parsial komponen suatu campuran dinamis atau berubah-ubah tergantung pada komposisi, karena lingkungan setiap jenis molekul dapat berubah apabila komposisinya berubah dari A murni ke B murni. Perubahan lingkungan molekular dan perubahan gaya-gaya yang bekerja antar molekul inilah yang menghasilkan variasi sifat termodinamika campuran jika komposisinya berubah (Atkins, 1996: 170).

Volume molar parsial V_x dari suatu zat X pada beberapa komposisi umum dapat dituliskan dalam persamaan sebagai berikut: 

Keterangan :

n_x : jumlah mol X

V : volume molal parsial

p : tekanan tetap

T : temperatur tetap

n’ jumlah semua zat lain tetap

Dimana V_x adalah volume molal parsial dari komponen ke-x secara fisik, V_x berarti kenaikan dalam besaran termodinamik V yang diamati ketika 1 mol senyawa ditambahkan kedalam suatu sistem yang besar, sehingga komposisinya tetap konstan. Pada P dan T yang konstan, persamaan diatas dapat ditulis sebagai

dan apabila diintegrasikan menjadi

Maksud dari integrasi ini adalah bahwa suatu larutan yang komposisinya tetap, ketika suatu komponen n₁, n_2..... , n_x ditambah lebih lanjut akan menghasilkan komposisi relatif tetap konstan dari tiap- tiap jenis. Karenanya besaran molal tetap sama tidak terpengaruh dan integrasi diambil pada banyaknya mol.

Nilai bergantung pada komposisi, maka ketika komposisi campuran berubah sebesar penambahan dn_A zat A dan dn_B zat B, maka volume total campuran berubah sebesar:

Setelah kita tahu volume molar parsial kedua komponen campuran pada komposisinya dan temperatur (yang sama dan tetap) kita dapat menyatakan volume keseluruhan total campuran V, dengan persamaan

V = n_AV_A + n_BV_B

Terdapat tiga sifat termodinamik molal parsial utama, yaitu:

1. Volume molar parsial dari masing- masing komponen dalam larutan (disebut sebagai panas diferensial larutan)

2. Entalpi molal parsial dan

3. Energi bebas molal parsial.

Ketiga sifat tersebut dapat ditentukan dengan bantuan grafik, menggunakan neraca analitik yang menunjukkan V dan n ,dan dengan menggunakan fungsi yang disebut besaran molal nyata, persamaannya yaitu

Dimana ⊽_x adalah volume molal untuk komponen utama.

Pembahasan secara kuantitatif larutan telah banyak dikembangkan oleh ilmuan berdasarkan pengenalan konsep kuantitas molal parsial. Sifat suatu larutan sebagai volume campuran alkohol dan air yang dapat diaplikasikan dalam pembuatan minuman yang pembuatannya dengan mencampurkan 2 atau lebih cairan yang berbeda.

Salah satu pengaplikasian pengetahuan tentang volume molar parsial yaitu pada kasus seorang bartender ingin membuat 100 cm­­­­³ minuman dengan mencampur 30  cm³ minuman dengan mencampur 30 cm³ etanol dengan 70 cm³ air pada temperatur 25°C, namun menghasilkan hasil campuran tidak sesuai dengan volume yang diinginkan. Berapa volume campuran awal dan berapa volume yang diperlukan untuk mendapatkan campuran yang sesuai?

Maka kita dapat mengetahui volume awal yang didapatkan dengan cara

1. kita hitung Mol Air

nH₂O = V × ρ / Mr

nH₂O = (70 ml × 0,997 g/mL) / 18 g/mol = 3,87 mol

2. kita hitung Mol Etanol

nC₂H_sOH = V × ρ / Mr

nC₂H_sOH = (30 ml × 0,789 g/mL) / 46 g/mol = 0,514 mol

akan didapatkan,

Fraksi mol air   = mol H₂O + mol C₂H₅OH : 2

= (3,87 mol + 0,514 mol) : 2

= 0,883

Fraksi mol etanol    = 1- fraksi mol a
                              = 1 – 0,883
                              = 0,117

3. Menentukan volume awal minuman yang didapat dengan rumus

V = n_AV_A + n_BV_B

Nilai Vair dan V etanol didapatkan dari grafik korelasi volume molal parsial air dan etanol diatas, didapatkan V air =  18 cm³ mol^-1  dan volume etanol = 53,6 cm³ mol^-1

V = n_AV_A + n_BV_B
V_awal         = n_Air V_Air + n_Etanol V_Etanol

    = 3,87 mol × 18 cm³ mol^-1 + 0,514 mol × 53,6 cm³ mol^-1

    = 97,2 ml

Setelah diketahui volume awal yang didapatkan maka untuk mendapatkan volume campuran 100 cm³ maka kita misalkan,

V­­₂ = 100 ml

V_awal = V₁ = 97,3 ml

Kemudian dimasukkal lagi ke dalam persamaan

V_total          = V₂ / V₁ × V_air ­+ V₂ / V₁ × V_etanol

=100ml/97,2 ml × 70 ml + 100ml/97,2 ml × 30 ml

= 72 ml + 30,8 ml

= 102,8 ml ≈ 100 ml

Jadi bartender membutuhkan 72 ml air dan 30,8 ml etanol untuk mendapatkan 100 ml volume minuman yang diinginkan.

Berikut ini adalah video gambaran nyata jika air dan etanol dicampur menjadi satu yang menunjukkan bahwa 1 + 1 tidak selamanya sama dengan 2

Fungsi Gibbs Molar Parsial

Potensial Kimia

Fungsi Gibbs Total Campuran

Dengan µ_A dan µ_B sebagai potensial kimia pada komposisi campuran

(Atkins, 1996: 172).

Persamaan Gibbs- Duhem

dG = µ_A dn_A + µ_B dn_B  + n_A dµ_{A +} n_B dµ_B

karena tekanan dan temperatur tetap

n_A dµ_{A +} n_B dµ_B = 0

maka menghasilkan potensial kimia campuran tidak dapat berubah secara biner, jika satu komponen bertambah, komponen lain berkurang (Atkins, 1996: 173).

Contohnya : pada hubungan sifat molar dan sifat molar parsial

Definisi dari molar parsial(Ratnawati, 2010)

nM = M(T, P, n₁, n₂, . . . , n_i, . . . )

apabila rumus tersebut diturunkan maka diferensial totalnya yaitu :

Pada suku pertama dan kedua ruas kanan, dapat dilihat bahwa keduanya berada pada n konstan, sehingga rumus dapat ditulis lagi :

Dikarenakan suku ketiga ruas kanan didefinisikan oleh pers. (1), sehingga persamaan dapat ditulis lagi menjadi:

Karena n_i = x_i n, maka

dn_i = x_i dn + n dx_i

Sedangkan d(nM) dapat diganti dengan:

d(nM) = n dM + M dn

Sehingga pers. (2) menjadi:

Suku-suku yang memiliki n dijadikan satu, demikian juga untuk suku-suku yang mengandung dn juga dijadikan satu, menjadi:

n dan dn masing-masing bernilai sama dan dapat diartikan sembarang, sehingga agar ruas kanan bernilai 0 atau sama dengan nol, kita harus membuat persamaan yang berada dalam kurung sama dengan nol besar.

Pers. (2) ini sama dengan (3), jika n = 1.

Jika pers. (4) dikalikan dengan n, maka

Turunan terhadap pers. (5) menghasilkan persamaan:

Jika dimasukkan ke pers. (4) maka akan menjadi:

Kemudian akan diperoleh persamaan GIBBS/DUHEM:

Persamaan ketika proses berlangsung pada T dan P konstan:

Sumber :

Atkins, P.W. 1996. Kimia Fisika Jilid 1 Edisi Keempat. Jakarta: Erlangga

Ratnawati. 2010. Bab 3 Fugasitas dan Koefisien, fugasitas.http://www.tekim.undip.ac.id/staf/ratnawati/files/2010/09/BAB-3-FUGASITAS-DAN-KOEFISIEN-FUGASITAS.ppt