Larutan ideal

Dalam kimia, suatu larutan ideal atau campuran ideal adalah suatu larutan dengan sifat termodinamika yang serupa dengan campuran gas ideal. Entalpi pencampuran dari larutan ini adalah nol seperti halnya perubahan volume pada pencampuran menurut definisi; semakin mendekati nol entalpi pencampurannya, semakin "ideal" perilaku larutan tersebut. Tekanan uap larutan mematuhi hukum Raoult, dan koefisien aktivitas masing-masing komponen (yang mengukur penyimpangan dari idealitasnya) sama dengan satu.

Konsep larutan ideal sangat penting dalam termodinamika kimia dan aplikasinya, seperti penggunaan sifat koligatif.

 Tinjauan 
Idealnya suatu larutan serupa dengan idealnya gas, dengan perbedaan penting bahwa interaksi intermolekuler pada cairan bagitu kuat dan tidak bisa diabaikan begitu saja layaknya gas ideal. Sebagai gantinya diasumsikan bahwa kekuatan rata-rata dari interaksi sama antara semua molekul larutan.

Secara lebih formal, untuk campuran molekul A dan B, interaksi antara atom tetangga yang tidak sejenis (UAB) dan yang sejenis UAA serta UBB harus memiliki rerata kekuatan yang sama, yaitu, 2 UAB = UAA + UBB dan interaksi jarak jauh harus nol (atau setidaknya tidak dapat dibedakan). Jika kekuatan molekulnya sama antara AA, AB dan BB, yaitu, UAB = UAA = UBB, maka larutannya secara otomatis ideal.

Jika molekulnya hampir identik secara kimiawi, misalnya, 1-butanol dan 2-butanol, maka larutannya akan hampir ideal. Karena energi interaksi antara A dan B hampir sama, maka terjadi perubahan energi (entalpi) yang sangat kecil bila zatnya bercampur. Semakin berbeda sifat A dan B, semakin kuat larutannya diharapkan menyimpang dari keidealannya.

 Definisi 
jmpl|240px|Contoh sederhana dari campuran non-ideal antara dua cairan A dan B. Dalam contoh ini, daya tarik antara molekul A dan B mirip dengan antara B dan B, tetapi interaksi AA (panah merah) sangat tidak disukai (repulsif) berdasarkan perbandingan. Pada konsentrasi A yang lebih tinggi, interaksi A-A menjadi lebih sering terjadi, sehingga koefisien aktivitas A (energi bebas per molekul A) meningkat.
Definisi yang berbeda dari larutan ideal telah diusulkan. Definisi yang paling sederhana adalah bahwa larutan ideal adalah larutan yang setiap komponennya (i) mematuhi hukum Raoult  untuk seluruh komponen. Di sini  adalah tekanan uap komponen i di atas larutan,  adalah fraksi molnya dan  adalah tekanan uap dari zat murni i pada suhu yang sama.

Definisi ini bergantung pada tekanan uap yang merupakan properti terukur secara langsung, setidaknya untuk komponen yang mudah menguap. Sifat termodinamika kemudian dapat diperoleh dari potensial kimia μ (atau energi bebas Gibbs parsial molar g) dari setiap komponen, yang diasumsikan diberikan oleh rumus gas ideal

.

Tekanan rujukan  dapat ditulis sebagai  = 1 bar, atau sebagai tekanan campuran untuk memudahkan operasi.

Dalam mensubstitusi nilai  dari Hukum Raoult,
.

Persamaan ini untuk potensial kimia dapat digunakan sebagai definisi alternatif untuk larutan ideal.

Namun, uap di atas larutan mungkin tidak benar-benar berperilaku sebagai campuran gas ideal. Oleh karena itu beberapa penulis mendefinisikan larutan ideal sebagai salah satu komponen yang mematuhi analogitas hukum Raoult ,

Di sini  adalah fugasitas komponen  dalam larutan dan  adalah fugasitas  sebagai zat murni. Karena fugasitas didefinisikan dalam persamaan

definisi ini mengarah pada nilai ideal dari potensial kimia dan sifat termodinamika lainnya bahkan ketika komponen di atas larutan bukanlah gas ideal. Pernyataan yang setara menggunakan aktivitas termodinamika, dan bukan fugasitas.P.A. Rock, Chemical Thermodynamics: Principles and Applications (Macmillan 1969), p.261

 Contoh 
jmpl|240px|Diagram kesetimbangan uap-cair dari campuran azeotropik etanol/air.
Menurut Teori Gibbs campuran gas yang sempurna adalah larutan ideal; hal ini termasuk dalam definisi gas sempurna: memang, dalam gas yang sempurna, interaksi antara molekul semuanya identik, karena nilainya nol. Campuran gas nyata yang berperilaku rendah karena gas sempurna merupakan larutan ideal, misalnya udara.

Campuran larutan nyata dari molekul dengan struktur dan ukuran yang serupa memiliki perilaku yang mendekati larutan ideal:
 campuran parafin linear C5 sampai C8,
 campuran benzena, toluena, xilena,
 campuran alkohol, sebagai contoh etanol dengan propanol.

Sebaliknya, jika pencampuran 1 liter air dengan 1 liter etanol memberi volume total sekitar 1,92 liter.Fiche INRS de l'éthanol Volume idealnya  menjadi 2 liter, karenanya terdapat kontraksi pada campuran: molekul air dan etanol menarik lebih kuat daripada molekul cairan murninya. Oleh karena itu, campuran etanol-air bukanlah larutan ideal, ia merupakan larutan azeotropik yang hukum Raoult tidak mampu menggambarkannya.

 Non-idealitas 
Penyimpangan dari idealitas dapat digambarkan dengan penggunaan fungsi Margules atau koefisien aktivitas. Parameter Margules tunggal mungkin cukup untuk menggambarkan sifat larutan jika penyimpangan dari idealitas sedikit; larutan seperti itu disebut biasa.

Berbeda dengan larutan ideal, di mana volume benar-benar aditif dan pencampuran selalu lengkap, volume larutan non-ideal tidak, secara umum, jumlah sederhana dari volume komponen cairan murni dan kelarutan tidak dijamin selama rentang komposisi keseluruhan. Dengan pengukuran kerapatan aktivitas termodinamika komponen dapat ditentukan.

 Lihat pula 

 Koefisien aktivitas
 Hukum Raoult
 Fungsi Margules
 Fugasitas
 Koefisien virial

 Referensi 

Kategori:Larutan
Kategori:Termodinamika
Kategori:Kimia fisik