Fraksi volume

Dalam kimia, fraksi volume φ_i didefinisikan sebagai volume suatu konstituen V_i dibagi dengan volume keseluruhan konstituen dalam campuran V sebelum tercampur:[1][2]

${\displaystyle \phi _{i}={\frac {V_{i}}{\sum _{j}V_{j}}}}$

Karena tak berdimensi, satuannya adalah 1; dinyatakan dalam bilangan, seperti, 0.18. Fraksi volume memiliki konsep yang sama seperti persen volume (vol%) namun persen volume dinyatakan dengan pembagi 100, seperti, 18%.

Fraksi volume bersesuaian dengan konsentrasi volume dalam larutan ideal di mana volume konstituennya adalah aditif (volume larutan sama dengan jumlah volume bahannya).[3]

Jumlah semua fraksi volume campuran sama dengan 1:

${\displaystyle \sum _{i=1}^{N}V_{i}=V;\qquad \sum _{i=1}^{N}\phi _{i}=1}$

Fraksi volume (persentase menurut volume, vol%) adalah salah satu cara untuk mengekspresikan komposisi campuran dengan kuantitas tak berdimensi; fraksi massa (persentase massa, wt%) dan fraksi mol (persentase oleh mol, mol%) adalah jenis yang lainnya.[4]

Fluida

Larutan dan gas ideal

Volume merupakan aditif bagi larutan dan gas ideal. Fraksi volumenya dapat dihitung menggunakan rumus:

${\displaystyle V_{i}}$ = ${\displaystyle {\frac {v_{i}}{\sum _{j=1}^{l}v_{j}}}}$ = ${\displaystyle {\frac {v_{i}}{v_{t}}}}$

dimana ${\displaystyle {v_{t}}}$ adalah volume total larutan atau gas.

Larutan tak ideal

Fraksi volume tidak selalu mudah digunakan karena semua larutan cairan berada dalam kondisi tidak ideal. Dalam hal ini, volume campuran kurang dari total komponen penyusunnya. Fraksi volumenya, maka, adalah:

${\displaystyle V_{i}}$ = ${\displaystyle {\frac {v_{i}}{\sum _{j=1}^{l}v_{j}}}}$ ≠ ${\displaystyle {\frac {v_{i}}{v_{t}}}}$

Sebagai contoh campuran dua cairan yang tercampur dalam semua proporsi: etanol dan air. Untuk membuat 100 ml campuran air-etanol dari 40 ml etanol, kira-kira 67.125 ml air harus digunakan. Total volume campuran ini adalah 100 ml tapi jumlah dari dua komponen tersebut adalah 107.125 ml. Menurut definisi IUPAC, fraksi volumetrik etanol dalam larutan adalah 0.37 sedangkan 0.40 jika rumus larutan ideal digunakan. Dalam kasus yang tidak ideal ini, terkadang lebih baik menggunakan fraksi massa.

Padatan

Material komposit

Fraksi volume penguat dalam komposit dapat dihitung menggunakan rumus:[5][6][7]

${\displaystyle V_{f}}$ = ${\displaystyle {\frac {v_{f}}{\sum _{j=1}^{l}v_{j}}}}$ = ${\displaystyle {\frac {v_{f}}{v_{c}}}}$

di mana ${\displaystyle {v_{f}}}$ adalah volume serat dan ${\displaystyle {v_{c}}}$ adalah volume total komposit.

Nilai perhitungan ini biasanya berkisar antara 0.3 dan 0.65.[8]

Persen volume

Persen volume adalah ungkapan umum dalam menyatakan konsentrasi larutan. Persen volume merupakan fraksi volume yang dinyatakan dengan bilangan pembagi 100, dan dengan demikian didefinisikan sebagai:

${\displaystyle {\text{Persen volume}}={\frac {\text{volume zat terlarut}}{\text{volume larutan}}}\times 100}$

Persen volume biasanya digunakan saat larutan dibuat dengan mencampur dua fluida, seperti cairan atau gas. Namun, persentase hanya aditif untuk gas ideal.[9]

Dalam kasus campuran etanol dan air, yang larut dalam semua proporsi, penandaan pelarut dan zat terlarut pada masing-masing zat bersifat bebas. Volume campuran semacam itu sedikit kurang dari jumlah volume komponennya. Sehingga, menurut definisi di atas, istilah "40% alkohol berdasarkan volume" mengacu pada campuran 40 satuan volume etanol dengan air secukupnya untuk menghasilkan volume akhir 100 satuan, dan bukan campuran 40 satuan etanol dengan 60 satuan air.

Lihat pula

• Untuk campuran non-ideal, lihat volume parsial molar dan kuantitas molar berlebih
• Fraksi mol
• Fraksi massa
• Persentase

Referensi

1. IUPAC, Compendium of Chemical Terminology, edisi ke-2 ("Buku Emas") (1997). Versi koreksi daring:  (2006–) "volume fraction".
2. International Organization for Standardization (1992). "ISO 31-0:1992". ISO Standards Handbook Quantities and Units. Geneva. 
3. Narayanan, K. V.; Lakshmikutty, B. (2016). Stoichiometry and Process Calculations. New Delhi: PHI Learning Pvt. Ltd. hlm. 55–56. ISBN 9788120352896. 
4. Taylor, B. (1995). Guide for the Use of the International System of Units (SI): The Metric System. New York: DIANE Publishing. hlm. 20, 27. ISBN 9780788125799. 
5. Cilley, E.; Roylance, D.; Schneider, N. (1974). "Composite Matenals, Testing and Design". ASTM STP (Third Conference). 546: 237–249. Pemeliharaan CS1: Banyak nama: authors list (link)
6. Waterbury, Mark C.; Drzal, Lawrence T. (1989). "Determination of Fiber Volume Fractions by Optical Numeric Volume Fraction Analysis". J. Reinf. Plast. and Comps. 8 (6): 627–636. doi:10.1177/073168448900800605. 
7. Pan, N. (1993). "Theoretical determination of the optimal fiber volume fraction and fiber-matrix property compatibility of short fiber composites". Polym. Compos. 14: 85–93. doi:10.1002/pc.750140202. 
8. "Salinan arsip". Diarsipkan dari versi asli tanggal 2015-08-08. Diakses tanggal 2017-08-07. 
9. Volume-volume percentage Diarsipkan 2021-10-16 di Wayback Machine. di situs web Chembuddy Diarsipkan 2021-10-16 di Wayback Machine.