Kesetimbangan uap-cair

Kesetimbangan uap-cair (bahasa Inggris: Vapor–liquid equilibrium/VLE) adalah kondisi dimana liquid dan gasnya berada pada kesetimbangan satu sama lain, kondisi dimana kecepatan evaporasi sama dengan kecepatan kondensasi pada level molekuler. Suatu substansi yang berada pada kesetimbangan uap-cair umumnya disebut fluida jenuh. Untuk spesies kimia murni, hal ini sama dengan kondisi spesies pada titik didihnya.

Penjelasan termodinamika 
Termodinamika menjelaskan berbagai properti kesetimbangan uap-cair untuk komponen murni maupun campuran.

Sistem satu komponen (komponen murni 
Jika liquid dan uap murni, maka keadaan kesetimbangan antar 2 fase dijelaskan oleh persamaan:

;
; and

dengan  dan  adalah tekanan liquid dan uap,  dan  adalah suhu liquid dan uap, dan  dan  adalah energi bebas Gibbs molar liquid dan uap. Temperatur, tekanan, dan energi bebas Gibbs liquid dan uap nilainya sama untuk komponen murni dalam kesetimbangan.

Kondisi kesetimbangan uap-cair juga dapat menggunakan konsep fugasitas. Kesetimbangan dapat dijelaskan melalui persamaan berikut:

dengan  dan  adalah fugasitas liquid dan uap, pada suhu  dan tekanan  sistem.

Diagram titik jenuh 

Data campuran biner VLE pada data tertentu, menunjukkan fraksi mol uap dan liquid pada beberapa temperatur untuk tekanan tetap. Fraksi mol komponen 1 pada campuran dilambangkan dengan . Fraksi mol komponen 2 dilambangkan dengan , dengan hubungan sebagai berikut:

Untuk campuran multi komponen dengan n komponen, menjadi:

Pada diagram titik jenuh larutan biner, temperatur () digrafikkan vs. . Pada suhu berapapun dimana kedua fase eksis, uap dengan fraksi molnya berada pada kesetimbangan dengan liquid dengan fraksi mol tertentu. Kedua fraksi mol ini nilainya berbeda. Fraksi mol uap dan liquid ditunjukkan pada 2 titik pada garis horizontal (suhu) yang sama. Garis yang dibawah, menunjukkan fraksi mol liquid mendidih pada berbagai temperatur, disebut kurva bubble point. Garis yang atas, menunjukkan fraksi mol uap pada berbagai temperatur, disebut kurva dew point.

Nilai K dan volatilitas relatif 

Kecenderungan spesies kimia untuk memisahkan diri antara fase uap dan liquid adalah rasio kesetimbangan .

Data campuran VLE bisa sampai 4 komponen atau lebih, dan diagram titik didih susah disajikan. Maka, data kesetimbangan uap-cair diberikan dalam bentuk nilai K  (rasio distribusi uap-cair) didefinisikan sebagai

dengan  dan  adalah fraksi mol  pada fasa gas dan cair.

Untuk hukum Raoult
                                     

Untuk hukum Raoult modifikasi

dengan  adalah koefisien aktivitas,  tekanan parsial dan  adalah tekanan.

Nilai rasio  dikorelasikan secara empiris atau teoretis dalam bentuk persamaan, tabel, atau grafik seperti diagram DePriester charts (Shown on the right).

Untuk campuran biner, rasio nilai  untuk 2 komponen disebut volatilitas relatif ditandai dengan 

yang menunjukkan ukuran relatif susah atau mudahnya memisahkan kedua komponen. Distilasi industri skala besar jarang dilakukan untuk volatilitas relatif kurang dari 1,05.

Nilai  digunakan luas pada perhitungan desain kolom distilasi kontinu untuk pemisahan campuran multikomponen.

Pranala luar 
 Distillation Principals by Ming T. Tham, University of Newcastle upon Tyne (scroll down to Relative Volatility)
 Introduction to Distillation: Vapor Liquid Equilibria 
 VLE Thermodynamics  (Chemical Engineering Dept., Prof. Richard Rowley, Brigham Young University)
 NIST Standard Reference Database 103b (Describes the extensive VLE database available from NIST)
 Some VLE data sets and diagrams for mixtures of 30 common components, a small subset of the Dortmund Data Bank

Referensi 

Termodinamika teknik kimia
kimia kesetimbangan
Distilasi
Termodinamika
Mesin uap
Gas