PERTEMUAN 22
PERSOALAN YANG MELIBATKAN KESETIMBANGAN FASA
Kesetimbangan Fasa:
Pada keadaan setimbang, ada persamaaan matematis yang menghubungkan komposisi suatu
fasa dengan fasa lainnya.
Contoh:
Kesetimbangan fasa uap-cair:
 Pendekatan Raoult-Dalton:
y
αx
1  α  1 x
 Pendekatan Henry:
y = H.x
Contoh Soal:
1. Dalam sebuah labu kaca terdapat campuran biner cair A dan B (A lebih mudah menguap atau
volatil), sebanyak W0 dengan fraksi mol A = x0. Labu dipanasi sehingga terjadi penguapan cairan.
Uap yang keluar dianggap selalu berada dalam keadaan setimbang dengan cairannya.
Kesetimbangan uap-cair dianggap mengikuti hukum Henry yaitu: y = H.x. Jika penguapan
dijalankan sampai cairan tersisa W1 mol, berapa kadar A dalam cairan sisa (x1).
Penyelesaian:
W
y
x
Hal. 1
Persoalan ini melibatkan konsep kesetimbangan dan neraca massa (penguapan campuran biner
secara batch).
Misal: pada saat t, jumlah uap yang terbentuk sebesar V mol dengan fraksi mol A di dalam uap
sebesar y, serta jumlah cairan tersisa di dalam labu kaca adalah sebesar W mol dengan fraksi
mol A di dalam cairan sebesar x.
Dalam kasus ini setiap saat fraksi mol A di dalam cairan (x) berubah, demikian pula fraksi mol A
di dalam uap juga berubah.
Selama dilakukan pengamatan dari waktu t sampai dengan t + ∆t, jumlah uap yan terbentuk
sebesar ∆V, dan jumlah cairan di dalam labu kaca berkurang sebesar ∆W.
Neraca massa total cairan di dalam labu dari waktu t sampai t + ∆t adalah:
Input – Output = Accumulation
(dengan satuan setiap suku adalah massa cairan)
0 – ∆V = ∆W
∆V = – ∆W
Jika ∆t → 0, maka persamaan tersebut menjadi: dV = – dW
Neraca massa A di cairan di dalam labu dari waktu t sampai t + ∆t adalah:
Input – Output = Accumulation
(dengan satuan setiap suku adalah massa A di dalam cairan)
0 – ∆(V.y) = ∆(W.x)
Karena ∆t → 0, maka jumlah uap yang terbentuk sangat kecil, sehingga selama ∆t → 0
perubahan jumlah y nya juga sangat kecil, dan dimisalkan jumlah y = y (y rata-rata, atau y
adalah tetap), sehingga persamaan di atas menjadi:
0 – y ∆V = ∆(W.x)
Karena: ∆t → 0, besarnya y tetap, maka:
– y dV = d(Wx)
– y dV = W dx + x dW
dV = – dW, maka:
y dW = W dx + x dW
(y – x) dW = W dx
Kesetimbangan mengikuti hukum Henry yaitu: y = H.x, maka:
(H.x – x) dW = W dx
Hal. 2
x (H – 1) dW = W dx
W dx = x (H – 1) dW
dx
dW
 (H - 1)
x
W
x1
W
1
dx
dW

(H
1)
x x
W W
0
0
ln x
ln
x1
x0
 H  1 ln W
W1
W0
x1
W
 H  1 ln 1
x0
W0
W 
x1
  1
x0
 W0 
H1
W 
x1  x 0  1 
 W0 
H1
2. Udara buangan pabrik yang mengandung A akan dihilangkan A nya sebelum dibuang ke
udara, dengan cara menggelembungkan udara tersebut dalam larutan penyerap A (solven) yang
tidak volatil, sehingga sebagian besar A terserap dalam larutan. Jumlah udara = G mol udara
bebas A/waktu dengan kadar A = yF mol A/mol udara bebas A. Kandungan A dalam gas keluar
cairan dianggap dalam keadaan setimbang dengan A dalam cairan (kontak sangat baik).
Hubungan kesetimbangan uap-cair mengikuti hukum Henry: y = H.x, (x = mol A/mol pelarut
bebas A). Suhu sistem dianggap tetap sehingga harga H tetap. Larutan penyerap berjumlah M
mol dan mula-mula belum mengandung A. Dengan berjalannya waktu, kandungan A dalam
cairan makin tinggi. Jika y dalam gas keluar mencapai y max, maka larutan penyerap harus
diganti dengan yang baru. Ingin dihitung waktu sampai larutan penyerap harus diganti dengan
yang baru
Hal. 3
Penyelesaian:
G, y
• • • •
• • • • • • •
• • • M, x • ••
• • • • • • • •
••• ••••
• • •
G, yF
Persoalan ini melibatkan konsep kesetimbangan dan neraca massa (absorpsi gas di dalam
gelembung).
Dalam kasus ini, cairan di dalam tangki dianggap homogen karena teraduk baik akibat
penggelembungan.
Misal: pada waktu t, kandungan A di dalam cairan adalah x, sedangkan kandungan A terbawa
udara keluar adalah y.
Neraca massa A di cairan di dalam tangki adalah:
Rate of Input – Rate of Output = Rate of Accumulation
(dengan satuan setiap suku adalah
massa A /waktu)
G.yF – G. y = d(massa A di dalam tangki)/dt
G y F  y  
d
A dalam cairan  A dalam gelembung 
dt
Karena densitas gas jauh lebih kecil daripada densitas cairan, maka massa A dalam gelembung
di dalam tangki dianggap sangat kecil dibandingkan dengan massa A dalam cairan, sehingga A
dalam gelembung dapat diabaikan, sehingga:
G y F  y  
d
M.x
dt
Massa larutan penyerap = M mol
G y F  y   M
dx
dt
Kesetimbangan mengikuti hukum Henry yaitu: y = H.x, maka: x = y/H
Hal. 4
G y F  y   M
dt 

tp
0
M
dy
G.H y F  y
dt 
tp  
tp 
d ( y / H)
dt
M
G.H
y m ax

0
dy
yF  y
M
yF  y 0ymax
G.H
M
yF
G.H y F  y max
Soal Latihan:
1. Dalam sebuah labu kaca terdapat campuran biner cair A dan B (A lebih mudah menguap atau
volatil), sebanyak W0 dengan fraksi mol A = x0. Labu dipanasi sehingga terjadi penguapan
cairan. Uap yang keluar dianggap selalu berada dalam keadaan setimbang dengan cairannya.
Kesetimbangan uap-cair dianggap mengikuti hukum Raoult-Dalton yaitu: y =
𝛼𝑥
.
1+(𝛼 −1)𝑥
Jika
penguapan dijalankan sampai cairan 30% cairan menguap, berapa kadar A dalam cairan sisa.
2. Dalam sebuah labu kaca terdapat campuran biner cair A dan B (A lebih mudah menguap atau
volatil), sebanyak W0 dengan fraksi mol A = x0. Labu dipanasi sehingga terjadi penguapan
cairan. Uap yang keluar dianggap selalu berada dalam keadaan setimbang dengan cairannya.
Kesetimbangan uap-cair dianggap mengikuti hukum Raoult-Dalton yaitu: y =
𝛼𝑥
.
1+(𝛼 −1)𝑥
Jika
penguapan dijalankan sampai cairan tersisa W1 mol, berapa kadar A dalam cairan sisa (x1).
Hal. 5