Aktivitas Pelarut dan Zat Terlarut

       Di dalam ilmu kimia, sering kita dengar pelarut dan zat terlarut. Sebenarnya, apa sih pelarut dan zat terlarut itu? Dan bagaimana aktivitas keduanya dalam kesetimbangan kimia?.  Menurut Underwood (1994), Istilah pelarut atau solvent merupakan zat yang mempunyai komposisi yang lebih besar dari larutan, lebih dari 50% dalam suatu larutan, sedangkan untuk zat terlarut adalah zat yang mempunyai komposisi terkecil dari larutan. Zat terlarut akan mempengaruhi konsentrasi dari larutan. Berikut penjelasan dari aktivitas pelarut dan zat terlarut dalam kesetimbangan kimia.

a. Aktivitas pelarut

Untuk menentukan potensial kimia dari zat terlarut atau pelarut dapat dihitung dari persamaan:

        Dengan keterangan P*A yang menyatakan tekanan uap dari A murni dalam bentuk pelarut dan PA merupakan tekanan uap dalam bentuk larutan. Pada larutan ideal bagi pelarut dan zat terlarut yang memenuhi hukum Raoult di semua konsentrasi dan kita dapat menuliskan persamaannya sebagai berikut (Atkins,1996):

       Dengan keadaan standar pelarut dan zat terlarut adalah cairan murni (tekanan 1 bar), kemudian diperoleh jika  XA = 1. Jika larutan tidak memenuhi hukum Raoult, kita dapat menuliskan persamaannya sebagai berikut (Atkins,1996):

aA merupakan aktivitas A, sejenis fraksi mol efektif seperti fugasitas adalah suatu tekanan efekif. Dari persamaan-persamaan diatas, diperoleh penyederhanaan sebagai

Karena semua pelarut memenuhi hukum Raoult. Jika konsentrasi zat terlarut yang mendekati nilai nol maka aktivitas pelarut yang mendekati fraksi mol ketika XA → 1:

 

 ketika 

Seperti pada gas nyata, cara untuk mengetahui larutan ideal melalui koefisien aktivitas ϒ dengan persamaan:

   ketika

Dari persamaan diatas, kita bisa menentukan potensial kimia pelarut adalah:

   
b. Aktivitas zat terlarut

        Dalam penentuan koefisien aktivitas dan keadaan standar untuk  zat terlarut memiliki masalah,  yang terjadi pada perilaku encer ideal (hukum Henry) di dalam konsentrasi rendah, bukan ketika  XB → 1. Penyusunan definisi dari zat terlarut yang mentaati hukum Henry dapat menunjukkan bagaimana cara mengatasi penyimpangan-penyimpangan yang terjadi (Fatimah, 2015):

1. Zat terlarut encer ideal.

       Pada zat terlarut B yang memenuhi hukum Henry mempunyai tekanan uap sebagai konstanta empiris. Persamaan dalam potensial kimia B dinyatakan sebagai berikut:

                                     

KB dan P*B merupakan sifat khas dari zat terlarut. Selanjutnya, suku pertama digabungkan dengan suhu kedua yang menghasilkan potensial kimia yang baru, ditulis dengan μϮB

dengan 

2. Zat terlarut nyata

        Untuk aktivitas pelarut, dengan cara memasukkan aB sebagai pengganti xB  ke hukum Henry sehingga memperoleh persamaan:

        Pada tahap terakhir, keadaan standar tetap konstan, semua penyimpangan dari keidelan ditampung pada aktivitas aB. Besar aktivitas pada semua konsentrasi dapat diperoleh dengan persamaan:

Untuk menentukan koefisien aktivitas dengan persamaan:

Jika zat terlarut memenuhi hukum Henry dan konsentrasinya menuju nol, maka:

 dan ketika

                                                                       

Penyimpangan zat terlarut dari keidealan hilang saat konsentrasi nol, namun pelarut penyimpangan hilang saat ketika mendekati kemurnian.

3. Aktivitas berkenaan dengan molalitas

        Komposisi campuran sering dinyatakan sebagai molalitas m, pengganti dari fraksi mol. Langkah awal diperhatikan bahwa pada larutan encer, jumlah dari pelarut lebih besar daripada jumlah zat terlarut (nB << nA), sehingga untuk pendekatan yang baik xB = nB/nA. Karena nB sebanding dengan molalitas mB, kita dapat menuliskan perbandingannya sebagai berikut (Fatimah,2015):

k adalah konstanta dan mo dimasukkan supaya sisi sebelah kanan tidak berdimensi. Oleh karena itu, untuk larutan encer ideal. Sekarang untuk menentukan persamaan potensial yang baru dengan menggabungkan ln k dan μ:

Kemungkinan kita bisa menuliskan persamaan dari molalitasnya:

       Potensial kimia zat terlarut memiliki keadaan standar μoB, jika molalitas B sama dengan mo. Untuk mengatasi penyimpangan, kita bisa memasukkan penyimpangan dari keidelan dengan mengenalkan aktivitas tidak berdimensi aB. Koefisien aktivitas yang tidak berdimensi ϒB dan menuliskannya:

 ketika

     Keadaan standar yang tidak berubah, sama seperti sebelumnya, semua penyimpangan dari keidelan ditampung di dalam koefisien aktivitas ϒB. Maka dapat diringkas untuk potensial kimia zat terlarut nyata pada segala molalitas. 

        Perlu bagi kita untuk mengetahui keadaan larutan keadaan nyata dan aktivitas untuk menentukan potensial kimia larutan tersebut. Hukum Raoult dan hukum Henry menjadi dasar untuk memenuhi penyimpangan-penyimpangan untuk menentukan potensial kimia berdasarkan fraksi mol suatu senyawa dalam pelarut maupun zat terlarut serta konstanta empirisnya.

Sumber: 

Atkins, P.W. 1996. Kimia Fisika Jilid 1 Edisi 4. Jakarta: Erlangga

Fatimah, Is. 2015. Kimia Fisika. Sleman: Deepublish

Underwood, L dan R.A Day. 1994.Analisis Kimia Kuantitatif. Jakarta: Erlangga

(Ririn Lailatul Fitriani, 16630067)