Kalkulator Titik Didih | Alat Persamaan Antoine

Apa itu kalkulator titik didih?

Kalkulator titik didih menentukan suhu saat cairan berubah menjadi gas pada tekanan yang dipilih. Kalkulator ini dapat digunakan untuk air dan cairan murni lainnya dengan rumus yang disebut persamaan Antoine. Masukkan zat dan tekanan, lalu kalkulator akan menampilkan suhu saat cairan tersebut mendidih.

Cara tekanan mengubah titik didih

Cairan mendidih ketika tekanan uapnya, yaitu tekanan gas yang keluar dari permukaannya, sama dengan tekanan udara atau gas di atasnya. Jika tekanan luar diturunkan, cairan membutuhkan lebih sedikit panas untuk mencapai keseimbangan tersebut, sehingga mendidih pada suhu yang lebih rendah. Jika tekanan dinaikkan, cairan membutuhkan lebih banyak panas, sehingga mendidih pada suhu yang lebih tinggi.

Inilah sebabnya air mendidih pada 100 °C (212°F) di permukaan laut, ketika tekanan atmosfer standar adalah 1 atm (760 mmHg), tetapi mendidih di bawah 100 °C di pegunungan, tempat udara lebih tipis. Hal ini juga menjelaskan mengapa panci bertekanan memasak makanan lebih cepat. Uap yang terperangkap meningkatkan tekanan di dalam panci, yang meningkatkan titik didih air, sehingga makanan dimasak pada suhu yang lebih tinggi daripada jika dimasak dalam panci terbuka.

Titik didih juga bergantung pada zat itu sendiri. Molekul yang disatukan oleh gaya kuat, seperti ikatan hidrogen antarmolekul air, membutuhkan lebih banyak energi untuk dipisahkan, sehingga mendidih pada suhu yang lebih tinggi daripada molekul dengan gaya yang lebih lemah.

Rumus persamaan Antoine

Kalkulator ini menggunakan persamaan Antoine, yaitu rumus yang menghubungkan tekanan uap cairan dengan suhunya:

log₁₀(P) = A − B / (T + C)

P adalah tekanan uap dalam milimeter raksa (mmHg). T adalah suhu dalam derajat Celsius. A, B, dan C adalah konstanta khusus untuk setiap zat, yang diperoleh melalui pengukuran laboratorium.

Untuk menentukan titik didih pada tekanan yang dipilih, persamaan tersebut diubah susunannya untuk mencari T:

T = B / (A − log₁₀(P)) − C

Konstanta setiap zat hanya akurat dalam rentang suhu tertentu, biasanya rentang saat konstanta tersebut diukur. Di luar rentang itu, prediksi persamaan menjadi tidak andal, sehingga kalkulator menandai hasil yang berada di luar rentang pengujian suatu zat.

Cara menghitung titik didih

1. Pilih zat, seperti air, etanol, atau toluena, atau masukkan konstanta A, B, dan C khusus untuk cairan lain.
2. Masukkan tekanan dan pilih satuannya: atm, mmHg, kPa, psi, atau bar.
3. Pilih satuan untuk hasilnya: Celsius, Fahrenheit, atau Kelvin.
4. Baca titik didih yang telah dihitung. Kalkulator juga membuat grafik kurva tekanan–suhu dan menandai hasilnya pada grafik tersebut.

Contoh perhitungan

Air di tempat tinggi

Pada ketinggian 5.000 kaki (1.500 m), tekanan atmosfer sekitar 0,83 atm, atau 630,8 mmHg. Dengan menggunakan konstanta Antoine untuk air (A = 8,07131, B = 1730,63, C = 233,426):

log₁₀(630,8) = 2,800 T = 1730,63 / (8,07131 − 2,800) − 233,426 = 94,9 °C (202,8°F)

Nilai tersebut sekitar 5 °C di bawah titik didih air di permukaan laut, yaitu 100 °C. Resep yang mengharuskan air mendidih selama beberapa menit di permukaan laut memerlukan waktu lebih lama pada ketinggian ini karena airnya lebih dingin.

Distilasi etanol pada tekanan rendah

Distilasi etanol pada 0,5 atm, atau 380 mmHg, dengan konstanta (A = 8,20417, B = 1642,89, C = 230,3), menghasilkan:

log₁₀(380) = 2,580 T = 1642,89 / (8,20417 − 2,580) − 230,3 = 61,8 °C (143,2°F)

Etanol biasanya mendidih pada 78 °C pada tekanan 1 atm. Mendidihkannya pada suhu yang lebih rendah dalam kondisi tekanan rendah menggunakan lebih sedikit energi dan mengurangi risiko gosong pada campuran yang peka terhadap panas selama distilasi.

Distilasi vakum toluena

Pompa vakum laboratorium dapat menurunkan tekanan hingga 50 mmHg, sekitar 0,066 atm. Dengan konstanta toluena (A = 6,95464, B = 1344,8, C = 219,482):

log₁₀(50) = 1,699 T = 1344,8 / (6,95464 − 1,699) − 219,482 = 36,4 °C (97,5°F)

Toluena biasanya mendidih pada 111 °C pada tekanan 1 atm. Dalam kondisi vakum, toluena mendidih hanya pada 36,4 °C, sehingga ahli kimia dapat memurnikan senyawa yang peka terhadap panas tanpa suhu tinggi yang dapat menguraikannya.

Penggunaan perhitungan titik didih

Pabrik kimia dan farmasi menggunakannya untuk merencanakan distilasi, yaitu proses memisahkan cairan berdasarkan perbedaan titik didihnya. Juru masak menyesuaikan resep di tempat tinggi karena air mendidih pada suhu yang lebih rendah di sana. Teknisi refrigerasi memilih refrigeran, antara lain, berdasarkan titik didihnya pada tekanan kerja. Oven vakum dan pengering beku menggunakan prinsip yang sama: menurunkan tekanan menurunkan suhu yang diperlukan untuk menghilangkan air dari suatu bahan.

Persamaan Antoine dibandingkan dengan metode lain

Persamaan Antoine adalah versi sederhana dari hubungan yang lebih mendasar yang disebut persamaan Clausius–Clapeyron, yang memerlukan data tambahan seperti kalor penguapan suatu zat. Persamaan Wagner mencakup rentang suhu yang lebih luas, tetapi memerlukan lebih banyak konstanta. Tabel uap NIST memberikan nilai yang sangat presisi untuk air, tetapi tidak mencakup zat lain. Untuk sebagian besar perhitungan sehari-hari dan teknik pada cairan umum, persamaan Antoine memberikan keseimbangan yang baik antara kesederhanaan dan keakuratan, biasanya dalam kisaran 1–2% dari nilai terukur dalam rentang pengujiannya.

Pertanyaan yang sering diajukan

Bagaimana cara menghitung titik didih cairan?

Cari konstanta Antoine zat tersebut (A, B, dan C), lalu gunakan T = B / (A − log₁₀(P)) − C, dengan tekanan P dalam mmHg. Kalkulator melakukan perhitungan ini secara otomatis untuk zat umum atau untuk set konstanta khusus apa pun yang dimasukkan pengguna.

Berapa titik didih air pada tekanan standar?

Air mendidih pada 100 °C (212°F) pada tekanan 1 atm, atau 760 mmHg, yaitu tekanan atmosfer standar di permukaan laut.

Mengapa air mendidih pada suhu yang lebih rendah di tempat tinggi?

Tekanan udara menurun seiring bertambahnya ketinggian. Tekanan yang lebih rendah membuat tekanan uap air menyamai tekanan di sekitarnya lebih cepat, pada suhu yang lebih rendah. Sebagai panduan kasar, titik didih turun sekitar 1 °C untuk setiap kenaikan ketinggian 285 meter (935 kaki).

Mengapa cairan yang berbeda mendidih pada suhu yang berbeda?

Titik didih bergantung pada seberapa kuat molekul-molekul cairan saling tarik-menarik. Zat dengan gaya antarmolekul yang kuat, seperti ikatan hidrogen dalam air, memerlukan lebih banyak energi panas untuk memutus ikatan tersebut dan mendidih, sehingga memiliki titik didih yang lebih tinggi daripada zat dengan gaya yang lebih lemah, seperti heksana.

Apakah persamaan Antoine berlaku untuk campuran?

Tidak. Persamaan ini hanya berlaku untuk zat murni. Campuran memerlukan metode lain, seperti hukum Raoult atau model koefisien aktivitas, karena setiap komponen mengubah tekanan uap komponen lainnya.

Seberapa akurat persamaan Antoine?

Dalam rentang suhu pengujian suatu zat, persamaan ini biasanya mencocokkan titik didih terukur dalam kisaran 1–2%. Di luar rentang tersebut atau di dekat titik kritis suatu zat, keakuratannya menurun, sehingga hasil di luar rentang yang tercantum harus diperlakukan dengan hati-hati.