STKK 6122 - Sistem Makromolekul
Kuliah 4 - Pencampuran
Pencampuran merupakan satu proses. Proses ini spontan jika hasil pencampuran mempunyai tenaga bebas Gibbs yang lebih rendah. Misalkan pencampuran nA mol gas unggul A dengan nB mol gas unggul B. Jumlah mol, n = nA + nB Pada keadaan awal, keupayaan kimia, Bagi komponen A: Bagi komponen B: Tenaga bebas jumlah sistem, Gi = nAµA + nBµB Selepas pencampuran, tekanan separa A menjadi PA dan tekanan separa B menjadi PB; tenaga bebas tersebut menjadi, Perubahan tenaga bebas pencampuran DGm = DGf - DGi Mengaplikasikan hukum Dalton dan hukum Raoult: xA = PA/PAo; xB = PB/PBo DGm = nARTlnxA + nBRTlnxB = RT(nAlnxA + nBlnxB) = RTånilnxi DGm = nRT(xAlnxA + xBlnxB) = nRTåxilnxi Ciri-ciri persamaan: x - pecahan lnx - negatif xlnx - negatif nRT - selalu positif DGm - selalu negatif (spontan - untuk pencampuran gas unggul DGm - berkadar terus kepada T DGm - bebas daripada tekanan jumlah P | |||||
Contoh-contoh Berangka |
[Atkins & Paula, Hlm 167, Eg 7.2]. 3 mol hidrogen H2 dicampurkan dengan 1 mol nitrogen N2 pada suhu 298 K pada tekanan yang sama. Anggap hidrogen dan nitrogen berkelakuan unggul, hitung perubahan tenaga bebas pencampuran tersebut. [R = 8.314 JK-1mol-1; pada 298 K, RT298 = 8.314 x 298 = 2.5 kJ mol-1]. Proses 1 Penyelesaian
Nota: Sebelum pencampuran: Isipadu H2 = 3RT/P; Isipadu N2 = RT/P; Isipadu jumlah = 4RT/P. Selepas pencampuran: Isipadu = (3+1)RT/P = 4RT/P.
Penghitungan Terperinci Pencampuran dilakukan pada tekanan yang sama, P; anggap keadaan piawai yang sama Po. Sebelum bercampur: G(H2) = Go + 3RTln(P/Po); G(N2) = Go + RTln(P/Po) Gawal = G(H2) + G(N2) = 2Go + 4RTln(P/Po) Selepas bercampur: G(H2) = Go + 3RTln(¾P/Po); G(N2) = Go + RTln(¼P/Po) Gakhir = 2Go + 3RTln(¾P/Po) + RTln(¼P/Po) DGm = Gakhir - Gawal = 3RTln(¾P/Po) + RTln(¼P/Po) - 4RTln(P/Po) = 3RTln¾ + 3RTln(P/Po) + RTln¼ + RTln(P/Po) - 4RTln(P/Po) = 3RTln¾ + RTln¼ = (3)(2.5)(-0.2877) + (2.5)(-1.3863) = -5.62 kJ
Jika pencampuran dilakukan daripada keadaan awal yang berlainan, misalnya (Proses 2) pada isipadu sama V, maka DGm yang berlainan nilai diperoleh. Misalnya:
DGm = Gakhir - Gawal = [2Go + 3RTln(3/2) + RTln(1/2) + 4RTln(RT/V) - 4RTlnPo] - [2Go + 3RTln3 + 4RTln(RT/V) - 4RTlnPo] = 3RTln(3/2) + RTln(1/2) - 3RTln3 = 4RTln(1/2) = 4RTln(1/2) = (4)(2.5 kJ mol-1)(-0.6932) = -6.93 kJ
Perbezaan DGm - Proses 2 vs Proses 1 - sebesar (-6.93) - (5.62) = -1.31 kJ adalah disebabkan oleh perbezaan perubahan tekanan. |