Tekanan uap adalah salah satu konsep fundamental dalam kimia fisik yang menjelaskan kecenderungan suatu zat untuk berubah menjadi fase gas. Pemahaman tentang tekanan uap sangat penting, terutama dalam studi tentang larutan, distilasi, dan fenomena fase lainnya. Artikel ini akan membahas berbagai contoh soal mengenai cara mencari tekanan uap, baik untuk zat murni maupun larutan, beserta langkah-langkah pembahasannya yang mudah diikuti.
Konsep Dasar Tekanan Uap
Tekanan uap suatu zat murni adalah tekanan yang diberikan oleh uap zat tersebut ketika berada dalam kesetimbangan dengan fase cair atau padatnya pada suhu tertentu. Tekanan uap meningkat seiring dengan kenaikan suhu karena molekul memiliki energi kinetik yang lebih besar untuk mengatasi gaya tarik antarmolekul.
Baca juga: Contoh Soal Menghitung Bangun Ruang: Panduan Lengkap untuk Menguasai Geometri Tiga Dimensi
Ketika kita membahas larutan, tekanan uapnya akan dipengaruhi oleh keberadaan zat terlarut. Hukum Raoult adalah prinsip utama yang digunakan untuk menghitung tekanan uap larutan.
Hukum Raoult: Dasar Perhitungan Tekanan Uap Larutan
Hukum Raoult menyatakan bahwa tekanan uap parsial suatu komponen dalam larutan ideal adalah sama dengan tekanan uap zat murni komponen tersebut dikalikan dengan fraksi mol komponen itu dalam larutan.
Secara matematis, Hukum Raoult dapat ditulis sebagai:
$$P_A = X_A \cdot P_A^\circ$$
Di mana:
- $P_A$ = Tekanan uap parsial komponen A dalam larutan.
- $X_A$ = Fraksi mol komponen A dalam larutan.
- $P_A^\circ$ = Tekanan uap murni komponen A.
Untuk larutan yang terdiri dari dua komponen yang mudah menguap (volatil), tekanan uap total larutan ($P_{\text{total}}$) adalah jumlah tekanan uap parsial dari kedua komponen (Hukum Dalton untuk Tekanan Parsial):
$$P_{\text{total}} = P_A + P_B = (X_A \cdot P_A^\circ) + (X_B \cdot P_B^\circ)$$
Jika zat terlarut bersifat non-volatil (tidak mudah menguap, seperti gula atau garam), maka tekanan uap total larutan hanya ditentukan oleh tekanan uap parsial pelarut. Keberadaan zat terlarut non-volatil akan menyebabkan penurunan tekanan uap larutan. Penurunan tekanan uap ($\Delta P$) dirumuskan sebagai:
$$\Delta P = P^\circ – P$$
Di mana $P^\circ$ adalah tekanan uap pelarut murni, dan $P$ adalah tekanan uap larutan. Berdasarkan Hukum Raoult untuk larutan non-volatil:
$$\Delta P = X_{\text{terlarut}} \cdot P_{\text{pelarut}}^\circ$$
Contoh Soal 1: Tekanan Uap Larutan Non-Volatil
Soal:
Pada suhu $25^\circ\text{C}$, tekanan uap air murni ($P_{\text{air}}^\circ$) adalah $23.8\ \text{mmHg}$. Hitunglah tekanan uap larutan yang dibuat dengan melarutkan $180\ \text{gram}$ glukosa ($C_6H_{12}O_6$) dalam $720\ \text{gram}$ air. ($\text{Ar}: C=12, H=1, O=16$).
Pembahasan:
1. Hitung Massa Molar ($Mr$) Glukosa dan Air
- $Mr$ Glukosa ($C_6H_{12}O_6$) $= (6 \times 12) + (12 \times 1) + (6 \times 16) = 72 + 12 + 96 = 180\ \text{g/mol}$
- $Mr$ Air ($H_2O$) $= (2 \times 1) + (1 \times 16) = 18\ \text{g/mol}$
2. Hitung Jumlah Mol ($n$) Masing-Masing Komponen
- Mol Glukosa ($n_{\text{terlarut}}$) $= \frac{180\ \text{gram}}{180\ \text{g/mol}} = 1\ \text{mol}$
- Mol Air ($n_{\text{pelarut}}$) $= \frac{720\ \text{gram}}{18\ \text{g/mol}} = 40\ \text{mol}$
3. Hitung Fraksi Mol Air ($X_{\text{pelarut}}$)
- $X_{\text{pelarut}} = \frac{n_{\text{pelarut}}}{n_{\text{pelarut}} + n_{\text{terlarut}}} = \frac{40\ \text{mol}}{40\ \text{mol} + 1\ \text{mol}} = \frac{40}{41}$
4. Hitung Tekanan Uap Larutan ($P_{\text{larutan}}$)
Karena glukosa bersifat non-volatil, tekanan uap larutan ditentukan oleh tekanan uap parsial air (pelarut).
- $P_{\text{larutan}} = X_{\text{pelarut}} \cdot P_{\text{air}}^\circ$
- $P_{\text{larutan}} = \frac{40}{41} \cdot 23.8\ \text{mmHg}$
- $P_{\text{larutan}} \approx 0.9756 \cdot 23.8\ \text{mmHg}$
- $P_{\text{larutan}} \approx 23.21\ \text{mmHg}$
Jawaban: Tekanan uap larutan adalah $23.21\ \text{mmHg}$.
Contoh Soal 2: Penurunan Tekanan Uap Relatif
Soal:
Tekanan uap aseton murni pada $30^\circ\text{C}$ adalah $285\ \text{mmHg}$. Sebanyak $10\ \text{gram}$ zat X non-volatil dengan $Mr=100\ \text{g/mol}$ dilarutkan dalam $100\ \text{gram}$ aseton ($Mr=58\ \text{g/mol}$). Hitunglah penurunan tekanan uap relatif larutan.
Pembahasan:
1. Hitung Jumlah Mol Masing-Masing Komponen
- Mol Zat X ($n_{\text{terlarut}}$) $= \frac{10\ \text{gram}}{100\ \text{g/mol}} = 0.1\ \text{mol}$
- Mol Aseton ($n_{\text{pelarut}}$) $= \frac{100\ \text{gram}}{58\ \text{g/mol}} \approx 1.724\ \text{mol}$
2. Hitung Fraksi Mol Zat Terlarut ($X_{\text{terlarut}}$)
Penurunan tekanan uap relatif ($\frac{\Delta P}{P^\circ}$) sama dengan fraksi mol zat terlarut ($X_{\text{terlarut}}$).
$$X_{\text{terlarut}} = \frac{n_{\text{terlarut}}}{n_{\text{terlarut}} + n_{\text{pelarut}}}$$
- $X_{\text{terlarut}} = \frac{0.1\ \text{mol}}{0.1\ \text{mol} + 1.724\ \text{mol}}$
- $X_{\text{terlarut}} = \frac{0.1}{1.824}$
- $X_{\text{terlarut}} \approx 0.0548$
3. Hitung Penurunan Tekanan Uap Relatif
- Penurunan Tekanan Uap Relatif $= X_{\text{terlarut}} \approx 0.0548$
Jawaban: Penurunan tekanan uap relatif larutan adalah $0.0548$.
(Catatan: Jika ditanya penurunan tekanan uap absolut ($\Delta P$), maka $\Delta P = X_{\text{terlarut}} \cdot P^\circ = 0.0548 \cdot 285\ \text{mmHg} \approx 15.62\ \text{mmHg}$.)
Contoh Soal 3: Larutan Dua Komponen Volatil (Hukum Raoult Total)
Soal:
Tekanan uap murni benzena ($C_6H_6$) pada $80^\circ\text{C}$ adalah $750\ \text{mmHg}$ dan tekanan uap murni toluena ($C_7H_8$) adalah $290\ \text{mmHg}$. Sebuah larutan ideal dibuat dengan mencampurkan $3\ \text{mol}$ benzena dan $2\ \text{mol}$ toluena. Berapa tekanan uap total larutan tersebut pada $80^\circ\text{C}$?
Pembahasan:
1. Tentukan Fraksi Mol Masing-Masing Komponen
- Jumlah Mol Total ($n_{\text{total}}$) $= 3\ \text{mol} (\text{benzena}) + 2\ \text{mol} (\text{toluena}) = 5\ \text{mol}$
- Fraksi Mol Benzena ($X_{\text{benzena}}$) $= \frac{3\ \text{mol}}{5\ \text{mol}} = 0.6$
- Fraksi Mol Toluena ($X_{\text{toluena}}$) $= \frac{2\ \text{mol}}{5\ \text{mol}} = 0.4$
2. Hitung Tekanan Uap Parsial Masing-Masing Komponen
- $P_{\text{benzena}} = X_{\text{benzena}} \cdot P_{\text{benzena}}^\circ$$$P_{\text{benzena}} = 0.6 \cdot 750\ \text{mmHg} = 450\ \text{mmHg}$$
- $P_{\text{toluena}} = X_{\text{toluena}} \cdot P_{\text{toluena}}^\circ$$$P_{\text{toluena}} = 0.4 \cdot 290\ \text{mmHg} = 116\ \text{mmHg}$$
3. Hitung Tekanan Uap Total Larutan ($P_{\text{total}}$)
- $P_{\text{total}} = P_{\text{benzena}} + P_{\text{toluena}}$
- $P_{\text{total}} = 450\ \text{mmHg} + 116\ \text{mmHg}$
- $P_{\text{total}} = 566\ \text{mmHg}$
Jawaban: Tekanan uap total larutan adalah $566\ \text{mmHg}$.
Contoh Soal 4: Menentukan Massa Molar Zat Terlarut dari Tekanan Uap
Soal:
Pada suhu tertentu, tekanan uap air murni adalah $30\ \text{mmHg}$. Setelah $15\ \text{gram}$ zat non-volatil dilarutkan dalam $162\ \text{gram}$ air, tekanan uap larutan menjadi $28\ \text{mmHg}$. Tentukan massa molar ($Mr$) zat non-volatil tersebut. ($\text{Ar}: H=1, O=16$).
Pembahasan:
1. Tentukan Penurunan Tekanan Uap ($\Delta P$)
- $\Delta P = P^\circ – P$
- $\Delta P = 30\ \text{mmHg} – 28\ \text{mmHg} = 2\ \text{mmHg}$
2. Tentukan Fraksi Mol Zat Terlarut ($X_{\text{terlarut}}$)
Penurunan tekanan uap berhubungan dengan fraksi mol zat terlarut:
$$\Delta P = X_{\text{terlarut}} \cdot P_{\text{air}}^\circ$$
- $X_{\text{terlarut}} = \frac{\Delta P}{P_{\text{air}}^\circ} = \frac{2\ \text{mmHg}}{30\ \text{mmHg}} = \frac{1}{15}$
3. Hitung Jumlah Mol Air ($n_{\text{air}}$)
- $Mr$ Air ($H_2O$) $= 18\ \text{g/mol}$
- $n_{\text{air}} = \frac{162\ \text{gram}}{18\ \text{g/mol}} = 9\ \text{mol}$
Baca juga: Rektor Universitas Teknokrat Indonesia Salurkan Donasi untuk Korban Bencana Sumatera melalui ICMI
4. Gunakan Definisi Fraksi Mol untuk Mencari Mol Zat Terlarut ($n_{\text{terlarut}}$)
Untuk larutan encer, $X_{\text{terlarut}} \approx \frac{n_{\text{terlarut}}}{n_{\text{pelarut}}}$
Atau, menggunakan definisi yang lebih akurat:
$$X_{\text{terlarut}} = \frac{n_{\text{terlarut}}}{n_{\text{terlarut}} + n_{\text{air}}}$$
- $\frac{1}{15} = \frac{n_{\text{terlarut}}}{n_{\text{terlarut}} + 9}$
- $1 \cdot (n_{\text{terlarut}} + 9) = 15 \cdot n_{\text{terlarut}}$
- $n_{\text{terlarut}} + 9 = 15 \cdot n_{\text{terlarut}}$
- $9 = 15 \cdot n_{\text{terlarut}} – n_{\text{terlarut}}$
- $9 = 14 \cdot n_{\text{terlarut}}$
- $n_{\text{terlarut}} = \frac{9}{14}\ \text{mol} \approx 0.643\ \text{mol}$
5. Hitung Massa Molar ($Mr$) Zat Terlarut
- $Mr = \frac{\text{Massa}}{\text{Mol}}$
- $Mr = \frac{15\ \text{gram}}{9/14\ \text{mol}} = 15 \cdot \frac{14}{9} = \frac{210}{9}$
- $Mr \approx 23.33\ \text{g/mol}$
Jawaban: Massa molar zat non-volatil tersebut adalah $23.33\ \text{g/mol}$.
Penulis: Aripin
Post Comment