Materi Belajar TVRI Rabu 17 Februari 2021 Kelas 2 (Mungkin 2024)
Solusi reguler dan athermal
Solusi reguler
Kata reguler menyiratkan bahwa molekul-molekul bercampur secara acak, yang berarti bahwa tidak ada pemisahan atau preferensi; molekul tertentu memilih tetangganya tanpa memperhatikan identitas kimia (spesies 1 atau 2). Dalam larutan teratur komposisi x 1 dan x 2, probabilitas bahwa tetangga molekul tertentu adalah spesies 1 diberikan oleh fraksi mol x 1, dan probabilitas bahwa itu adalah spesies 2 diberikan oleh x 2.
Dua cairan membentuk solusi yang kira-kira teratur ketika molekul kedua cairan tidak berbeda ukurannya dan tidak ada gaya orientasi kuat yang disebabkan oleh dipol atau ikatan hidrogen. Dalam hal itu, proses pencampuran dapat diwakili oleh model kisi yang ditunjukkan pada Gambar 5; setengah bagian kiri diagram menunjukkan cairan murni 1 dan 2, dan setengah kanan menunjukkan campuran yang diperoleh ketika molekul pusat cairan 1 dipertukarkan dengan molekul pusat cairan 2. Sebelum dipertukarkan, energi potensial antara molekul pusat 1 dan satu dari tetangga terdekatnya adalah 1 1 1, dan antara molekul pusat 2 dan salah satu tetangga terdekatnya adalah 2 2 2. Setelah pertukaran, energi potensial antara molekul 1 dan salah satu tetangga terdekatnya adalah Γ 1 2, dan antara molekul 2 dan salah satu tetangga terdekatnya juga immediate 1 2. Perubahan energi yang menyertai proses pencampuran ini sama dengan dua kali energi pertukaran (ω), yang sama dengan energi potensial setelah mencampur kurang dari setengah jumlah energi potensial sebelum pencampuran, keseluruhan dikalikan dengan jumlah energi langsung tetangga, disebut nomor koordinasi (z), yang mengelilingi dua molekul yang bergeser:
Dalam representasi dua dimensi (Gambar 5), z sama dengan 4; tetapi, dalam tiga dimensi, z bervariasi antara 6 dan 12, tergantung pada geometri kisi. Dalam model kisi sederhana ini, proses pertukaran terjadi tanpa perubahan volume; dengan demikian, dalam kasus khusus ini, entalpi berlebih adalah sama dengan perubahan energi pada pencampuran. Dengan asumsi perilaku solusi-biasa (yaitu, E = 0), persamaan dapat diturunkan terkait energi Gibbs, bilangan Avogadro, energi interchange, dan fraksi mol. Pada prinsipnya, energi interchange (ω) mungkin positif atau negatif, tetapi, untuk molekul sederhana, yang hanya gaya tarik London yang penting, ω positif. Persamaan yang diperoleh dari model kisi sederhana dapat diperpanjang secara semiempiris untuk diterapkan pada campuran molekul yang ukurannya hampir tidak sama dengan menggunakan fraksi volume daripada fraksi mol untuk mengekspresikan efek komposisi dan dengan memperkenalkan konsep kepadatan energi kohesif, yang didefinisikan sebagai energi potensial dari suatu cairan dibagi dengan volumenya. Kohesif kata sifat dipilih dengan baik karena menunjukkan bahwa energi ini dikaitkan dengan kekuatan yang menjaga molekul berdekatan dalam keadaan terkondensasi. Sekali lagi membatasi perhatian pada molekul nonpolar dan mengasumsikan campuran acak (S E = 0), sebuah persamaan dapat diturunkan yang hanya membutuhkan sifat komponen murni untuk memprediksi energi Gibbs berlebih (dan karenanya koefisien aktivitas) dari campuran biner. Karena banyak asumsi penyederhanaan, persamaan ini tidak memberikan hasil yang akurat secara konsisten, tetapi dalam banyak kasus ini memberikan perkiraan semiquantitatif yang baik. Bentuk persamaan adalah sedemikian sehingga kelebihan energi Gibbs lebih besar dari nol; karenanya, persamaan tidak berlaku untuk campuran yang memiliki penyimpangan negatif dari hukum Raoult.
Solusi athermal
Dalam solusi di mana molekul-molekul dari satu komponen jauh lebih besar daripada yang lain, asumsi bahwa solusinya teratur (yaitu, bahwa S E = 0) tidak lagi memberikan perkiraan yang masuk akal bahkan jika efek gaya antarmolekul diabaikan.. Molekul fleksibel besar (misalnya, molekul rantai seperti polietilen) dapat mencapai lebih banyak konfigurasi ketika dikelilingi oleh molekul kecil daripada ketika dikelilingi oleh molekul fleksibel besar lainnya; oleh karena itu keadaan kelainan dalam larutan semacam itu jauh lebih besar daripada larutan biasa di mana S E = 0. Suatu solusi dari molekul yang sangat besar (yaitu, polimer) dalam pelarut cair biasa dianalogikan dengan campuran spageti yang dimasak (mewakili polimer) dan saus tomat (pelarut). Ketika ada sejumlah besar saus dan spageti yang relatif sedikit, masing-masing spaghetti bebas untuk ada dalam berbagai bentuk; kebebasan ini, bagaimanapun, menjadi terbatas ketika jumlah potongan spageti naik dan jumlah saus yang tersedia untuk setiap helai menurun. Kelebihan entropi kemudian ditentukan terutama oleh kebebasan yang dimiliki spageti dalam campuran saus tomat dibandingkan dengan kebebasan yang dimilikinya tanpa adanya saus.
Solusi reguler dan solusi atermal merupakan kasus terbatas; solusi nyata tidak teratur atau athermal. Untuk solusi nyata telah diusulkan untuk menghitung G E dengan menggabungkan persamaan yang diturunkan secara terpisah untuk solusi reguler dan untuk solusi athermal, tetapi, mengingat asumsi yang restriktif dan tidak konsisten yang dibuat untuk menurunkan kedua persamaan ini, proposal tersebut telah bertemu dengan hanya keberhasilan yang terbatas.
