Hukum Raoult: Komposisi Larutan dan Tekanan Wap

Molekul pada permukaan cecair sentiasa bertukar antara fasa cecair dan wap. Apabila dua bahan membentuk larutan yang hampir ideal, sumbangan setiap komponen kepada tekanan wap berkait dengan pecahan molnya dalam fasa cecair. Hukum Raoult menghubungkan komposisi cecair ini dengan tekanan wap separa yang dihasilkan oleh setiap komponen.

Pecahan mol menentukan bahagian sumbangan tekanan wap

Bagi larutan ideal, tekanan wap separa sesuatu komponen sama dengan pecahan mol komponen itu dalam fasa cecair didarab dengan tekanan wap bahan tulennya pada suhu yang sama. Dalam simbol, P_i = x_i P_i*, dengan P_i ialah tekanan wap separa komponen i, x_i ialah pecahan mol komponen itu dalam cecair dan P_i* ialah tekanan wap bahan tulen pada suhu yang sama. Jika komponen meruap menjadi kurang banyak dalam cecair, sumbangannya kepada tekanan wap juga berkurang secara berkadar.

Zat terlarut tidak meruap menurunkan tekanan wap pelarut

Jika zat terlarut mempunyai tekanan wap yang boleh diabaikan, hanya pelarut menyumbang dengan ketara kepada wap di atas larutan. Pecahan mol pelarut menjadi kurang daripada satu, maka tekanan wap larutan lebih rendah daripada tekanan wap pelarut tulen. Kesan ini menjadi asas kepada salah satu sifat koligatif larutan.

Komponen meruap masing-masing menyumbang kepada tekanan keseluruhan

Jika kedua-dua komponen boleh meruap, setiap satu mempunyai tekanan wap separa sendiri. Tekanan wap keseluruhan ialah jumlah tekanan separa semua komponen. Wap biasanya menjadi lebih kaya dengan komponen yang lebih mudah meruap, dan perbezaan ini dimanfaatkan dalam penyulingan.

Contoh pengiraan: campuran benzena dan toluena

Pada 25 °C, tekanan wap benzena tulen kira-kira 12.7 kPa dan toluena tulen kira-kira 3.8 kPa. Campuran ini berkelakuan hampir ideal. Bagi campuran dengan x(benzena) = 0.50 dan x(toluena) = 0.50, P(benzena) = 0.50 × 12.7 = 6.35 kPa dan P(toluena) = 0.50 × 3.8 = 1.9 kPa. Tekanan wap keseluruhan ialah 6.35 + 1.9 ≈ 8.3 kPa. Wap menjadi lebih kaya dengan benzena kerana pecahan molnya dalam wap ialah 6.35/8.25 ≈ 0.77, lebih tinggi daripada 0.50 dalam cecair.

Larutan sebenar boleh menyimpang daripada hukum ideal

Hukum Raoult tepat untuk larutan ideal dan sering menjadi anggaran berguna apabila interaksi antara molekul berlainan hampir menyerupai interaksi dalam bahan tulen. Campuran sebenar boleh menunjukkan tekanan wap lebih tinggi atau lebih rendah daripada ramalan apabila kekuatan interaksi antara molekul berubah dengan ketara semasa pencampuran.

Penyimpangan positif berlaku apabila interaksi antara molekul berlainan lebih lemah daripada interaksi dalam bahan tulen, jadi molekul lebih mudah melepaskan diri dan tekanan wap lebih tinggi daripada ramalan hukum Raoult; contohnya campuran etanol dan air. Penyimpangan negatif berlaku apabila interaksi antara molekul berlainan lebih kuat, jadi tekanan wap lebih rendah; contohnya campuran aseton dan kloroform.

Sejarah ringkas

François-Marie Raoult, ahli kimia Perancis, mengukur penurunan tekanan wap larutan dan menerbitkan hubungan ini pada 1887.

Bagaimana kita mengetahui hal ini?