Unduh PDFUnduh PDFX
Artikel ini disusun bersama Bess Ruff, MA. Bess Ruff adalah mahasiswa program PhD jurusan Geografi di Florida. Dia meraih gelar MA dari jurusan Ilmu Lingkungan dan Manajemen, Bren School of Environmental Science & Management, UC Santa Barbara pada 2016. Dia telah melakukan survei dalam proyek perencanaan spasial kelautan di Kepulauan Karibia dan mendukung penelitian sebagai mahasiswa pascasarjana di Sustainable Fisheries Group.
Ada 9 referensi yang dikutip dalam artikel ini dan dapat ditemukan di akhir halaman.
Artikel ini telah dilihat 71.436 kali.
Apakah Anda pernah meninggalkan sebotol air di bawah terik matahari selama beberapa jam dan mendengar sedikit suara "mendesis" saat Anda membukanya? Hal ini disebabkan oleh prinsip yang disebut tekanan uap. Dalam kimia, tekanan uap adalah tekanan yang diberikan dinding wadah yang tertutup saat zat kimia di dalamnya menguap (berubah menjadi gas).[1] Untuk mencari tekanan uap pada suhu yang diketahui, gunakan persamaan Clausius-Clapeyron: ln(P1/P2) = (ΔHuap/R)((1/T2) - (1/T1)).
Langkah
Tulislah persamaan Clausius-Clapeyron. Rumus yang digunakan untuk menghitung tekanan uap dengan perubahan tekanan uap pada selang waktu tertentu disebut dengan persamaan Clausius-Clapeyron (diberi nama dari fisikawan Rudolf Clausius dan Benoît Paul Émile Clapeyron.)[2] Ini pada dasarnya merupakan rumus yang akan Anda butuhkan untuk menyelesaikan kebanyakan jenis soal-soal tekanan uap yang sering ditemukan dalam kelas fisika dan kimia. Rumusnya seperti ini: ln(P1/P2) = (ΔHuap/R)((1/T2) - (1/T1)). Dalam rumus ini, variabel-variabelnya melambangkan:- ΔHuap: Entalpi penguapan zat cair. Entalpi ini biasanya dapat ditemukan di tabel di bagian belakang buku paket kimia.
- R: Konstanta gas nyata/universal, atau 8,314 J/(K × Mol).[3]
- T1: Suhu saat tekanan uap diketahui (atau suhu awal).
- T2: Suhu saat tekanan uap belum diketahui/ ingin dicari (atau suhu akhir).
- P1 dan P2: Tekanan uap pada suhu T1 dan T2, secara berturut-turut.
Masukkan variabel-variabel yang Anda ketahui. Persamaan Clausius-Clapeyron tampak rumit karena memiliki banyak variabel yang berbeda, tetapi sebenarnya tidak terlalu sulit jika Anda memiliki informasi yang tepat. Kebanyakan soal-soal tekanan uap dasar akan menuliskan dua nilai suhu dan satu nilai tekanan atau dua nilai tekanan dan satu nilai suhu — setelah Anda mengetahuinya, menyelesaikan persamaan ini sangatlah mudah.- Misalnya, katakan bahwa kita diberitahu jika kita memiliki wadah penuh zat cair pada suhu 295 K yang tekanan uapnya adalah 1 atmosfer (atm). Pertanyaan kita adalah: Berapa tekanan uap pada suhu 393 K? Kita memiliki dua nilai suhu dan satu nilai tekanan, jadi kita dapat mencari nilai tekanan yang lain dengan persamaan Clausius-Clapeyron. Dengan memasukkan variabel-variabel kita, kita mendapatkan ln(1/P2) = (ΔHuap/R)((1/393) - (1/295)).
- Perhatikan bahwa, untuk persamaan Clausius-Clapeyron, Anda harus selalu menggunakan nilai suhu Kelvin. Anda dapat menggunakan nilai tekanan apa pun asalkan nilai untuk P1 dan P2 sama.
Masukkan konstanta-konstanta Anda. Persamaan Clausius-Clapeyron memiliki dua konstanta: R dan ΔHuap. R selalu sama dengan 8,314 J/(K × Mol). Akan tetapi, ΔHuap (entalpi penguapan) bergantung pada zat yang tekanan uapnya Anda cari. Seperti yang dituliskan di atas, Anda biasanya dapat mencari nilai-nilai ΔHuap untuk berbagai macam zat di bagian belakang buku paket kimia atau fisika, atau daring (seperti, misalnya di sini.)[4]- Dalam contoh kita, misalkan zat cair kita adalah air murni. Kalau kita mencari di tabel nilai-nilai ΔHuap, kita menemukan bahwa ΔHuap air murni sekitar 40,65 KJ/mol. Karena nilai H kita menggunakan joule, dan bukan kilojoule, kita dapat mengubahnya menjadi 40.650 J/mol.
- Dengan memasukkan konstanta-konstanta kita, kita mendapatkan ln(1/P2) = (40.650/8,314)((1/393) - (1/295)).
Selesaikan persamaannya. Jika Anda sudah memasukkan semua variabel dalam persamaan kecuali variabel yang Anda cari, lanjutkan untuk menyelesaikan persamaan sesuai dengan aturan aljabar biasa.- Satu-satunya bagian sulit saat menyelesaikan persamaan kita (ln(1/P2) = (40.650/8,314)((1/393) - (1/295))) adalah menyelesaikan log natural (ln). Untuk menghilangkan log natural, gunakan saja kedua sisi persamaan sebagai eksponen untuk konstanta matematis e. Dengan kata lain, ln(x) = 2 → eln(x) = e2 → x = e2.
- Sekarang, ayo selesaikan persamaan kita:
- ln(1/P2) = (40.650/8,314)((1/393) - (1/295))
- ln(1/P2) = (4.889,34)(-0,00084)
- (1/P2) = e(-4,107)
- 1/P2 = 0,0165
- P2 = 0,0165-1 = 60,76 atm. Hal ini masuk akal — dalam sebuah wadah tertutup, menaikkan suhunya hingga hampir 100 derajat (hingga hampir 20 derajat di atas titik didih) akan menghasilkan banyak uap, meningkatkan tekanan dengan cepat.
Iklan
Tuliskan Hukum Raoult. Dalam kehidupan nyata, kita jarang sekali bekerja dengan suatu cairan murni — biasanya, kita bekerja dengan cairan yang merupakan campuran dari beberapa senyawa zat yang berbeda. Beberapa campuran yang paling sering digunakan ini dibuat dengan melarutkan sedikit zat kimia tertentu yang disebut zat terlarut dalam banyak zat kimia yang disebut zat pelarut untuk membuat larutan. Dalam kasus-kasus ini, sangat berguna untuk mengetahui persamaan yang disebut Hukum Raoult (diberi nama dari fisikawan François-Marie Raoult),[5] yang dituliskan seperti ini: Pzat terlarut=Pzat pelarutXzat pelarut. Dalam rumus ini, variabel-variabelnya melambangkan;- Pzat terlarut: Tekanan uap dari keseluruhan larutan (semua unsur-unsurnya digabungkan)
- Pzat pelarut: Tekanan uap zat pelarut
- Xzat pelarut: Fraksi mol dari zat pelarut
- Jangan khawatir jika Anda tidak mengetahui istilah-istilah seperti fraksi mol — kami akan menjelaskannya dalam beberapa langkah selanjutnya.
Tentukan zat pelarut dan zat terlarut dalam larutan Anda. Sebelum Anda dapat menghitung tekanan uap dari zat cair campuran, Anda harus mengidentifikasi zat-zat yang Anda gunakan. Sebagai pengingat, larutan terbentuk saat zat terlarut larut dalam zat pelarut — zat kimia yang larut selalu disebut zat terlarut, dan zat kimia yang membuatnya larut selalu disebut zat pelarut.- Ayo bekerja menggunakan contoh sederhana dalam bagian ini untuk mengilustrasikan konsep-konsep yang kita diskusikan. Untuk contoh kita, misalkan kita ingin mencari tekanan uap dari sirup gula. Secara tradisional, sirup gula adalah gula yang larut dalam air (perbandingan 1:1), jadi kita dapat mengatakan bahwa gula adalah zat terlarut kita dan air adalah zat pelarut kita.[6]
- Perhatikan bahwa rumus kimia untuk sukrosa (gula dapur) adalah C12H22O11. Rumus kimia ini akan menjadi sangat penting.
Carilah suhu larutannya. Seperti yang kita lihat di bagian Clausius Clapeyron di atas, suhu zat cair akan memengaruhi tekanan uapnya. Umumnya, semakin tinggi suhunya, semakin besar tekanan uapnya — saat suhunya naik, semakin banyak zat cair yang akan menguap dan membentuk uap, meningkatkan tekanan dalam wadah.- Dalam contoh kita, misalkan suhu sirup gula pada saat ini adalah 298 K (sekitar 25 C).
Carilah tekanan uap zat pelarut. Bahan-bahan referensi kimia biasanya memiliki nilai tekanan uap untuk banyak zat-zat dan senyawa-senyawa yang sering digunakan, tetapi nilai tekanan ini biasanya hanya berlaku jika zatnya memiliki suhu 25 C/298 K atau pada titik didihnya. Jika larutan Anda memiliki salah satu suhu ini, Anda dapat menggunakan nilai referensi, tetapi jika tidak, Anda harus mencari tekanan uap pada suhu saat itu.- Clausius-Clapeyron dapat membantu —gunakan tekanan uap referensi dan 298 K (25 C) untuk P1 dan T1 secara berurutan.
- Dalam contoh kita, campuran kita memiliki suhu 25 C, sehingga kita dapat dengan mudah menggunakan tabel referensi mudah kita. Kita mengetahui bahwa pada 25 C, air memiliki tekanan uap sebesar 23,8 mm HG[7]
Carilah fraksi mol dari zat pelarut Anda. Hal terakhir yang perlu kita lakukan sebelum kita dapat menyelesaikannya adalah mencari fraksi mol dari zat pelarut kita. Mencari fraksi mol itu mudah: ubah saja senyawa-senyawa Anda menjadi mol, kemudian carilah persentase masing-masing senyawa dari total jumlah mol pada zat. Dengan kata lain, fraksi mol masing-masing senyawa sama dengan (mol senyawa)/(total jumlah mol dalam zat).- Misalkan resep kita untuk sirup gula menggunakan 1 liter (L) air dan 1 liter sukrosa (gula). Dalam kasus ini, kita harus mencari jumlah mol masing-masing senyawa. Untuk melakukannya, kita akan mencari massa masing-masing senyawa, kemudian menggunakan massa molar zat untuk mengubahnya ke mol.
- Massa (1 L air): 1.000 gram (g)
- Massa (1 L gula mentah): Sekitar 1.056,8 g[8]
- Mol (air): 1.000 gram × 1 mol/18,015 g = 55,51 mol
- Mol (sukrosa): 1.056,7 gram × 1 mol/342,2965 g = 3,08 mol (perhatikan bahwa Anda dapat menemukan massa molar sukrosa dari rumus kimianya, C12H22O11.)
- Total mol: 55,51 + 3,08 = 58,59 mol
- Mol fraksi air: 55,51/58,59 = 0,947
Selesaikan. Akhirnya, kita memiliki semua yang kita butuhkan untuk menyelesaikan persamaan Hukum Raoult kita. Bagian ini sangatlah mudah: masukkan saja nilai-nilai Anda pada variabel-variabel dalam persamaan Hukum Raoult yang telah disederhanakan di awal bagian ini (Pzat terlarut = Pzat pelarutXzat pelarut).- Dengan memasukkan nilai-nilai kita, kita mendapatkan:
- Plarutan = (23,8 mm Hg)(0,947)
- Plarutan = 22,54 mm Hg. Hasilnya masuk akal — dalam istilah mol, hanya ada sedikit gula yang terlarut dalam banyak air (meskipun dalam istilah dunia nyata, kedua bahan memiliki volume yang sama), sehingga tekanan uapnya hanya akan berkurang sedikit.
Iklan
Berhatilah-hatilah dengan kondisi Suhu dan Tekanan Standar. Ilmuwan seringkali menggunakan sekumpulan nilai suhu dan tekanan sebagai “standar” yang mudah digunakan. Nilai-nilai ini disebut Suhu dan Tekanan Standar (atau STP). Soal-soal tekanan uap seringkali merujuk pada kondisi STP, sehingga sangat penting untuk mengingat nilai-nilai ini. Nilai-nilai STP didefinisikan sebagai:[9]- Suhu: 273,15 K / 0 C / 32 F
- Tekanan: 760 mm Hg / 1 atm / 101,325 kilopascal
Susunlah kembali persamaan Clausius-Clapeyron untuk mencari variabel-variabel lainnya. Dalam contoh kita di Bagian 1, kita melihat bahwa persamaan Clausius-Clapeyron sangatlah berguna untuk mencari tekanan uap untuk zat-zat murni. Akan tetapi, tidak semua soal akan meminta Anda untuk mencari P1 atau P2 — banyak soal akan meminta Anda untuk mencari nilai suhu atau bahkan terkadang nilai ΔHuap. Untungnya, dalam kasus-kasus ini, mendapatkan jawaban yang benar hanyalah masalah menyusun ulang persamaan sehingga variabel-variabel yang ingin Anda selesaikan menjadi tersendiri di salah satu sisi tanda sama dengan.- Misalnya, katakan kita memiliki zat cair yang tidak diketahui dengan tekanan uap 25 torr pada suhu 273 K dan 150 torr pada suhu 325 K, dan kita ingin mencari entalpi penguapan zat cair ini (ΔHuap). Kita bisa menyelesaikannya seperti ini:
- ln(P1/P2) = (ΔHuap/R)((1/T2) - (1/T1))
- (ln(P1/P2))/((1/T2) - (1/T1)) = (ΔHuap/R)
- R × (ln(P1/P2))/((1/T2) - (1/T1)) = ΔHuap Sekarang, kita masukkan nilai-nilai kita:
- 8,314 J/(K × Mol) × (-1,79)/(-0,00059) = ΔHuap
- 8,314 J/(K × Mol) × 3.033,90 = ΔHuap = 25.223,83 J/mol
Perhitungkan tekanan uap zat terlarut saat zat menghasilkan uap. Dalam contoh Hukum Raoult kita di atas, zat terlarut kita, gula, tidak menghasilkan tekanan apa pun dengan sendirinya pada suhu normal (pikirkan — kapan terakhir kali Anda melihat semangkuk gula menguap di lemari atas Anda?) Akan tetapi, saat zat terlarut Anda memang menguap, hal ini akan memengaruhi tekanan uap Anda. Kita memperhitungkan hal ini dengan menggunakan versi persamaan Hukum Raoult yang diubah: Plarutan = Σ(PsenyawaXsenyawa) Simbol sigma (Σ) berarti bahwa kita hanya perlu menjumlahkan semua tekanan uap senyawa-senyawa yang berbeda untuk mendapatkan jawaban kita.- Misalnya, katakan kita memiliki sebuah larutan yang terbuat dari dua zat kimia: benzena dan toluena. Total volume larutannya adalah 12 mililiter (mL); 60 mL benzena dan 60 mL toluena. Suhu larutannya adalah 25 C dan tekanan uap masing-masing zat kimia ini pada suhu 25 C adalah 95,1 mm Hg untuk benzena dan 28,4 mm Hg untuk toluena. Dengan nilai-nilai ini, carilah tekanan uap larutan. Kita dapat melakukannya seperti berikut, menggunakan nilai-nilai massa jenis, massa molar, dan tekanan uap stnadar untuk kedua zat kimia kita:
- Massa (benzena): 60 mL = 0,060 L × 876,50 kg/1.000 L = 0,053 kg = 53 g
- Massa (toluena): 0,060 L × 866,90 kg/1.000 L = 0,052 kg = 52 g
- Mol (benzena): 53 g × 1 mol/78,11 g = 0,679 mol
- Mol (toluena): 52 g × 1 mol/92,14 g = 0,564 mol
- Total mol: 0,679 + 0,564 = 1,243
- Fraksi mol (benzena): 0,679/1,243 = 0,546
- Fraksi mol (toluena): 0,564/1,243 = 0,454
- Penyelesaian: Plarutan = PbenzenaXbenzena + PtoluenaXtoluene
- Plarutan = (95,1 mm Hg)(0,546) + (28,4 mm Hg)(0,454)
- Plarutan = 51,92 mm Hg + 12,89 mm Hg = 64,81 mm Hg
Iklan
Tips
- Untuk menggunakan persamaan Clausius Clapeyron di atas, suhu harus diukur dalam Kelvin (dituliskan sebagai K). Jika Anda memiliki suhu dalam Celcius, maka Anda harus mengubahnya menggunakan rumus berikut: Tk = 273 + Tc
- Cara-cara di atas dapat digunakan karena energi tepat sebanding dengan jumlah panas yang diberikan. Suhu cairan adalah satu-satunya faktor lingkungan yang mempengaruhi tekanan uap.
Iklan
Referensi
- ↑ https://www.chem.purdue.edu/gchelp/liquids/vpress.html
- ↑ http://bado-shanai.net/Map%20of%20Physics/mopClausiusClapeyron.htm
- ↑ http://www.chem.umass.edu/~thompson/Courses/chem471/old.exams/2010/formulae4.pdf
- ↑ http://www.phs.d211.org/science/smithcw/AP%20Chemistry/Posted%20Tables/Enthalpy%20Vaporization%20and%20Fusion.pdf
- ↑ http://chemwiki.ucdavis.edu/Physical_Chemistry/Physical_Properties_of_Matter/Solutions_and_Mixtures/Ideal_Solutions/Changes_In_Vapor_Pressure,_Raoult%27s_Law
- ↑ http://allrecipes.com/recipe/simple-syrup/
- ↑ http://intro.chem.okstate.edu/1515sp01/database/vpwater.html
- ↑ http://www.traditionaloven.com/culinary-arts/sugars/raw-sugar/convert-liter-l-to-gram-g-raw-sugar.html
- ↑ http://whatis.techtarget.com/definition/standard-temperature-and-pressure-STP
Tentang How.com.vn ini
Ilmuwan Lingkungan Hidup
Artikel ini disusun bersama Bess Ruff, MA. Bess Ruff adalah mahasiswa program PhD jurusan Geografi di Florida. Dia meraih gelar MA dari jurusan Ilmu Lingkungan dan Manajemen, Bren School of Environmental Science & Management, UC Santa Barbara pada 2016. Dia telah melakukan survei dalam proyek perencanaan spasial kelautan di Kepulauan Karibia dan mendukung penelitian sebagai mahasiswa pascasarjana di Sustainable Fisheries Group. Artikel ini telah dilihat 71.436 kali.
Daftar kategori: Matematika
Halaman ini telah diakses sebanyak 71.436 kali.
Apakah artikel ini membantu Anda?
⚠️ Disclaimer:
Content from Wiki How Bahasa Indonesia language website. Text is available under the Creative Commons Attribution-Share Alike License; additional terms may apply.
Wiki How does not encourage the violation of any laws, and cannot be responsible for any violations of such laws, should you link to this domain, or use, reproduce, or republish the information contained herein.
- - A few of these subjects are frequently censored by educational, governmental, corporate, parental and other filtering schemes.
- - Some articles may contain names, images, artworks or descriptions of events that some cultures restrict access to
- - Please note: Wiki How does not give you opinion about the law, or advice about medical. If you need specific advice (for example, medical, legal, financial or risk management), please seek a professional who is licensed or knowledgeable in that area.
- - Readers should not judge the importance of topics based on their coverage on Wiki How, nor think a topic is important just because it is the subject of a Wiki article.
Iklan
