KESETIMBANGAN REAKSI KIMIA Industri Kimia : Transformasi bahan baku menjadi suatu produk yang memiliki nilai jual yang lebih tinggi dilakukan dengan menggunakan sintesa kimia. Asam sulfat, amonia, etilen, propilen, asam pospat, klorin, asam nitrat, urea, benzena, metanol, etanol dan etilen glikol merupakan contoh produk kimia yang digunakan sebagai bahan baku untuk memproduksi serat, cat, detergen, plastik, karet, kertas, pupuk, insektisida, dan produk lainnya. Oleh karena itu, eorang sarjana Teknik Teknik kimia harus familiar dengan rancangan dan operasi reaktor. !aju reaksi dan kesetimbangan kon"ersi reaksi kimia sangat tergantung pada suhu, suhu, tekanan dan tekanan dan komposisi reaktan. reaktan. Contoh:
SO2 + 1 2 O2 ⇔ SO3 #eaksi menggunakan katalis $anadium $anadium %entaoksida. #eaksi dapat berlangsung pada rentang temperatur &'' o(, kon"ersi akan meningkat pada temperatur yang lebih tinggi. %ada suatu percobaan, pengaruh temperatur reaksi dengan kon"ersi, teramati adanya kesetimbangan kon"ersi, dimana kon"ersi reaksi akan turun pada temperatur tinggi. )ari pengamatan, pada temperatur *+' o(, diperoleh kon"ersi '%ada temberatur /' o(, kon"ersi turun menjadi *'-. )ata ini menunjukkan kon"ersi maksimum yang mungkin tercapai sangat tergantung pada katalis atau laju reaksi. Hasil yang ingin dicapai dari kesetimangan reaksi dan la!u reaksi harus dihuungkan dengan kepentingan komersial"
Topik ini akan membahas tentang tent ang pengaruh temperatur, tekanan dan komposisi a0al terhadap kesetimbangan kon"ersi reaksi kimia. )engan sub bahasan sebagai berikut: 1. +. &. 5. *.
Koor Koordi dina natt rea reaks ksii %erubahan %erubahan 2nergi 2nergi 3ebas 4ibbs 4ibbs tandar tandar dan konstanta konstanta kesetimbang kesetimbangan an %engaruh %engaruh Te Temperatur mperatur pada Konstanta Konstanta Kesetimbangan Kesetimbangan 2"aluasi 2"aluasi Konstanta Konstanta Kesetimban Kesetimbangan gan 6ubungan 6ubungan Konstanta Konstanta Kesetimbang Kesetimbangan an )engan )engan Komposisi Komposisi
Kuliah Te Termodinamika Tekni Teknik k Kimia 2, sabtu 1.12.2016
1
1. Koordinat Reaksi ecara umum reaksi kimia dapat ditulis : v1 A1 + v2 A2 + → v3 A3 + v4 A4 +
71&.18
adalah koefisien stoikiometri atau angka stoikiometri, positif untuk produk dan negatif untuk reaktan Ai adalah senya0a kimia Angka stoikiometri untuk senya0a innert nol 7'8. vi
CH 4 + H 2O → CO + 3 H 2
9ntuk reaksi berikut: vCH 4
= −1 ;
v H 2 O
= −1;
vCO
= 1; v H = 3 2
9ntuk reaksi pada pers. 71&.18, %erubahan jumlah mol senya0a pada reaksi sebanding dengan angka stoikiometri. isalkan ',* mol (6 5 7metana8 bereaksi dengan ',* mol 6+O 7uap air8 akan terbentuk ',* mol (O 7karbonmoksida8 dan 1,* mol 6+ 7gas hidrogen8. dn2 v2
=
dn1
dn3
v1
v3
=
dn1
=
v1
...
9ntuk semua senya0a, dapat ditulis: dn1 v1
= dn2 = dn3 = dn4 = = d ε v2
dni
$ariabel
v3
71&.+8
v4
= vi d ε
71&.&8
disebut koordinat reaksi.
%ersamaan 71&.+8 dan 71&.&8 didefinisikan sebagai perubahan koordinat reaksi terhadap perubahan jumlah mol senya0a yang bereaksi. Intergasi persamaan 71&.&8: ni
ε
∫ dn = vi∫ d ε i
0
ni 0
atau
ni
= ni + viε
71&.58
0
%enjumlahan untuk semua senya0a reaksi: n=
∑n = ∑n
i0
i
i
i
n = n0
+ ε ∑ vi i
+ vε
Kuliah Termodinamika Teknik Kimia 2, sabtu 1.12.2016
+
dengan
n=
∑ ni
n0
i
= ∑ ni 0
v
= ∑ vi i
i
;raksi mol tiap senya0a reaksi sebagai fungsi koordinat reaksi adalah: yi
ε = ni = ni + vi n n + vε 0
71&.*8
0
(ontoh : !ihat contoh 1&.1 mith < $an =ess, +''1, Chemical Engineering Thermodynamics, th ed.
Stoikiometri untuk Multi Reaksi
>ika dua atau lebih reaksi independen terjadi secara simultan, subskrip j dipakai untuk menunjukkan indeks reaksi. %emisahan koordinat reaksi ε j dapat ditunjukkan untuk tiap reaksi. Angka stoikiometri memiliki + subskrip menunjukkan gabungan senya0a dan reaksi. V i,j menunjukkan angka stoikiometri senya0a i dan reaksi j. >ika jumlah mol senya0a n i berubah karena beberapa reaksi, persamaan umum analog dengan persamaan 7&8: dni
= ∑ vi , j d ε j j
Integrasi dari ni = ni 0 dan
ε j
= 0 sampai ni dan ni
ε j
:
= ni 0 + ∑ vi , jε j
71&.8
j
>umlah untuk semua senya0a: n
= ∑ ni + ∑ 0
i
i
;raksi mol: yi
=
ni n
ni 0
=
∑v
i , j
ε j
j
= n + ∑ ∑ vi j ε j i j 0
+ ∑ vi , jε j j
n0
,
+ ∑ v jε j
71&.?8
j
Kuliah Termodinamika Teknik Kimia 2, sabtu 1.12.2016
&
(ontoh : !ihat e@ample 1&.& mith < $an =ess, +''1, (hemical 2ngineering Thermodynamics, th ed.
#atihan $ %rolems &'"& dan &'"(
2. Perubahan Energi Bebas Gibss Standar Dan Konstanta Kesetimbangan eaksi Persamaan berikut menunjukkan hubungan sifat-sifat dasar ( fundamental property) untuk sistem fasa tunggal yang diekresikan untuk diferensial energy !ibbs t"tal# d ( nG ) = ( nV ) dP − ( nS ) dT +
∑
µ i dni
(11.2) $ika erubahan jumlah m"l ni terjadi sebagai hasil dari reaksi kimia dalam sistem tertutu, dn daat digantikan "leh ν i d ε , dan ersamaan (11.2) menjadi# i
i
d ( nG ) = ( nV ) dP − ( nS ) dT +
∑ν µ d ε i
i
i
$ika nG adalah suatu fungsi keadaan (state fun%ti"n), sisi kanan dari ersamaan di atas meruakan bentuk ersamaan diferensial e&a%t, dimana# ∂( G ) ) = ∑ν µ = ∂(∂nG ∂ε ε t
i
i
T , P
T , P
∑ν µ menunjukan laju erbahan energy bebas !ibbs '"tal sistem dengan i
i
i
k""rdinat reaksi ε ada ' dan P k"nstan. !ambar 13.1 menunjukkan baha ada keadaan setimbang nilainya n"l. ehingga kriteria kesetimbangan reaksi kimia adalah#
∑ν µ = 0 i
(13.*)
i
+efinisi fugasitas suatu senyaa dalam larutan adalah# ∧
µ i
= Γ ( T ) + RT ln f i
i
Kuliah Termodinamika Teknik Kimia 2, sabtu 1.12.2016
(11.42)
5
Persamaan (11.30) untuk senyaa murni i daat ditulis dalam bentuk keadaan standar ada temeratur sama# Gio
= Γi ( T ) + RT ln f i o
elisih dari ersamaan (11.42) dan (11.30) menghasilkan# ∧
µ i
− Gio = RT ln
f i
(13.)
f i o
!abungan ersamaan (13.* dan (13.) untuk menghilangkan µ , menghasilkan keadaan setimbang untuk reaksi kimia# i
∧ f ∑ν G + RT ln f = 0 i
o i
i o
i
i
ν i
∧ f o i = 0 ν G RT ln + ∑i i i ∑ f i o o ∧ ν f − ∑ν iGi i ln ∏ io = f RT i i i
Πi menandakan enjumlahan untuk semua senyaa i. +alam bentuk eks"nensial, daat ditulis menjadi# ν i
∧ f i = K ∏i f i o − ∆Go K = e& RT
(13.10) (13.11a)
daat juga dieksresikan dengan bentuk berikut# − ∆G o ln K =
(13.11b)
RT
dengan
∆Go = ∑ ∆Gio
(13.12)
i
o
adalah suatu sifat senyaa murni i yang dalam keadaan standar ada tekanan teta, hanya terikat ada temeratur. leh karena itu, ∆G dan K hanya fungsi temeratur. Gi
o
Kuliah Termodinamika Teknik Kimia 2, sabtu 1.12.2016
*
K adalah konstanta kesetimbangan reaksi G adalah perubahan energi bebas Gibbs standar reaksi. ∆
o
ati" fugasitas ada ersamaan (13.10) menunjukkan hubungan antara keadaan setimbang dan keadaan standar suatu senyaa indi/idu. eadaan standar meruakan sembarang keadaan (daat berubah), tetai harus selalu ada temeratur setimbang T . eadaan standar tidak selalu sama untuk semua senyaa dalam reaksi. ntuk beberaa senyaa tertentu keadaan standar ditunjukkan dengan G dan f i o ada keadaan yang sama. o
i
o o ν iGi ungsi ∆G = ∑ adalah erbedaan energi !ibbs r"duk dan reaktan i
dimana tia-tia keadaan standar nya sebagai senyaa murni berada ada keadaan tekanan standar, tetai temeraturnya meruakan temeratur sistem. ehingga nilai ∆G teta untuk suatu reaksi dan temeratur yang tersedia dan bebas daari tekanan setimbang dan k"m"sisi. +efenisi untuk erubahan sifat-sifat standar reaksi yang lain juga sama. +engan mengubah menjadi sifat umum, # ∆ M o = ∑ν i M io o
i
esuai dengan ini,
∆ H o = ∑ν i∆ H f o
(4.14)
∆C P o = ∑ν iC P o
(4.1)
i
i
i
ntuk suatu reaksi kuantitasnya hanya fungsi temeratur. ebagai %"nt"h, hubungan antara anas reaksi standar dan eruabahan energi bebas !ibbs standar dari suatu reaksi daat dikembangkan dari ersamaan (.3) yang ditulis untuk senyaa i ada keadaan standar# H RT
∂ G = −T RT ∂T P
H io
= − RT
2
Gio d RT dT
+isini, turunan t"tal %"%"k, karena sifat-sifat dalam keadaan standar hanya meruakan fungsi temeratur. Perkalian kedua sisi ersamaan ini dengan ν i dan enjumlahan semua senyaa menjadi# Kuliah Termodinamika Teknik Kimia 2, sabtu 1.12.2016
∑ν H
o i
i
∑ν iGio d i RT = − RT 2 dT
i
+engan menggabungkan ersamaan (4.14) dan (13.12) ersamaan diatas daat ditulis menjadi#
∆ H o
∆G o d RT = − RT 2
(13.13)
dT
!. Pengaruh Tem"eratur Pada Konstanta Kesetimbangan $ika keadaan temeratur standar meruakan kesetimbangan %amuran, erubahan sifat-sifat standar reaksi seerti ∆G o dan ∆ H o ber/ariasi dengan temeratur kesetimbangan. etergantungan ∆G o terhada ' ditunjukkan ada ersamaan (13.13) dan ditulis ulang# ∆Go d RT − ∆ H o = 2
dT
RT
ubstitusi ersamaan (13.11b) ke ersamaan di atas, menjadi# d ln K dT
=
∆ H o 2
RT
(13.14)
Persamaan (13.14) menunjukkan engaruh temeratur ada k"nstanta kesetimbangan dan k"n/ersi. $ika ∆ H o negatif, menunjukkan reaksi eks"termis, k"nstanta kesetimbangan turun dengan kenaikkan temeratur. ebaliknya, naik dengan kenaikan temeratur untuk reaksi end"termis. $ika ∆ H o , erubahan entali standar reaksi diangga bebas dari ', intergasi ersamaan (13.14) dari temeratur T ′ dan T #
Kuliah Termodinamika Teknik Kimia 2, sabtu 1.12.2016
?
∆ K H o 1 1 =− ln − K ′ R T T ′
(13.15)
!ambar 13.2 , menunjukkan l"t ln dengan 16' dari sejumlah reaksi . Pengaruh k"nstanta kesetimbangan terhada temeratur didasarkan ada defenisi energi !ibbs, ditulis untuk suatu senyaa kimia ada keadaan standar#
= H io − TS io
Gio
+ikalikan dengan ν i dan enjumlahan untuk semua senyaa#
∑ν G = ∑ν H i
o i
i
i
o i
i
− T ∑ν i S io i
∆Gio = ∆ H io − T ∆S io
(13.1)
7ntali standar reaksi dihubungkan dengan temeratur# T
∆C P o
∆ H = ∆ H + R ∫ o
o 0
T 0
R
dT
(4.1*)
7ntr"i keadaan standar senyaa i ada tekanan keadaan standar teta P "# o
dS i
= C P o
dT
i
T
+ikalikan dengan ν i , enjumlahan untuk semua senyaa dan ditulis dalam n"tasi erubahan sifat standar# d ∆S i
o
= ∆C P o i
dT T
8ntegrasinya menghasilkan# T
∆S = ∆S + R ∫ ∆C P o dT o
o 0
i
T o
T
Kuliah Termodinamika Teknik Kimia 2, sabtu 1.12.2016
(13.19)
/
∆S o dan ∆S 0 o adalah erubahan entr"i standar reaksi ada temeratur ' dan temeratur refenensi ' 0. Persamaan (13.1), (4.1*) dan (13.19) digabung menghasilkan# T
∆C P o dT − T ∆S o − RT T ∆C P o dT
∆G = ∆ H + R ∫ o
o
0
T 0
∫ R
0
R
T
T 0
∆ H o − ∆G o
∆S = o 0
0
0
T o
∆G o = ∆G o − ∆ H o + ∆ H o + 1 T ∆C P o dT − T ∆C P o dT ∫ ∫ 0
RT
0
RT 0
ln K = −
0
RT
T T 0 R
R
T 0
(13.1*)
T
∆G o RT
Penyelesaian bentuk integral ada ersamaan (13.1*) adalah sbb# aasitas anas tia senyaa meruakan fungsi temeratur, C P R T
∫
T 0
∆C P o R
= A + T + CT + DT − 2
2
(4.4)
T
dT =
− ( )dT A T CT DT ∆ + ∆ + ∆ + ∆ ∫ 2
2
T 0
= ( ∆ A)T 0 (τ − 1) + τ =
dengan
∆ 2
T 0 (τ 2 2
∆C
− 1) +
3
T 03 (τ 3 − 1) +
ν i Ai ∆ = ∑ν i i ; ∆ A = ∑ ; i i
T T 0
∆C = ∑ν iC i
ν i Di ; ∆ D = ∑ i
i
T
∆C P o dT
∫ R
T 0
T
T
∫
= ( ∆ A + ∆ T + ∆CT 2 + ∆ DT − 2 )
dT
T 0
= ∆ A
T
ln T T
0
T
1
T
2
T 0
+ ∆ T T T + ∆CT 2 0
∆ D = ∆ A lnτ + ∆ T + ∆CT + τ T 0
∆ D τ − 1 T 0 τ
2 0
2
2 0
−
1 2
−2
T
T T 0
τ + 1 (τ − 1) (13.1) 2
Kuliah Termodinamika Teknik Kimia 2, sabtu 1.12.2016
∆G o
ehingga
RT
= − ln K (ers. 13.1*) daat dihitung ada suatu temeratur dari
anas reaksi standar dan erubahan energi bebas !ibbs reaksi ada temeratur referensi (biasanya 2*,15 ).
#. E$aluasi Konstanta Kesetimbangan :ilai ∆G o dari banyak reaksi embentukan daat dilihat ada referensi standar (seerti TRC T!ermodynami" Ta#le$%Hydro"ar#on$ dan T!ermodynami" Ta#le$ %&on%Hydro"ar#on$ yang meruakan seri ublikasi dari o 'herm"dynami%s e%ear%h enter. :ilai yang dila"rkan untuk ∆G f tidak diukur dengan er%"baan, tetai dihitung dari ersamaan (13.1). Penentuan ∆S f o didasarkan ada hukum ke-3 'erm"dinamika (subbab 5.10). !abungan nilai dari ersamaan (5.40) untuk entr"i abs"lut senyaa yang terlibat reaksi o memberikan nilai ∆S f . :ilai ∆G f dan ∆ H f untuk beberaa senyaa kimia daat dilihat ada 'abel .4 ada <endi& . :ilai ∆G o dan ∆ H o untuk reaksi yang lain daat dihitung dari nilai ada reaksi embentukan. o
o
2*
2*
Contoh 13.4 =itung konstanta kesetimbangan untuk hidrasi etilen fasa ua ada temeratur 145 " dan 320 " dari data yang diberikan ada <endi& .
Penyelesaian: Persamaan eaksi hidrasi etilen fasa ua adalah# C 2 H 4 ( ' ) + H 2O( ' ) → C 2 H 5OH ( ' )
+ata k"nstanta kaasitas anas daat dilihat ada 'abel .1. +ari ersamaan reaksi di atas, maka ∆ = ( C 2 H 5OH ) − ( C 2 H 4 ) − ( H 2O) . +ari 'abel .1 dier"leh#
∆ A = 3,51* − 1,424 − 3,490 = −1,39 ∆ = ( 20,001 − 14,34 − 1,450 ) (10− = 4,159 (10 − 3
3
Kuliah Termodinamika Teknik Kimia 2, sabtu 1.12.2016
1'
∆C = ( − ,002 + 4,32 − 0,000) (10− = −1,10 (10−
∆ D = ( − 0,000 − 0,000 − 0,121) (10 = −0,121(10 5
5
:ilai ∆G f dan ∆ H f ada 2*,15 untuk reaksi hidrasi dierleh dari data energi bebas !ibbs embentukan dan anas embentukan ada tabel .4# o
o
2*
2*
∆ H o = −235.100 − 52.510 − ( − 241.*1* ) = −45.92 $ m"l-1 2*
∆G = −1*.40 − *.40 − ( − 22*.592 ) = −*.39* $ m"l-1 o 2*
T = 145 + 293,15 = 41*,15 K ;
ntuk
τ =
T T o
= 41*,15 = 1,4025 2*,15
:ilai intergal ada ersamaan (13.1*) adalah#
∆C P o dT = ( ∆ A)T (τ − 1) + ∆ T (τ − 1) + ∆C T (τ − 1) + ∆ D τ − 1 ∫ T
2
T 0
0
R
2
0
2
3
= ( − 1,39) ( 2*,15) ( 1,4025 − 1) +
3 0
3
T 0
4,159 (10
−3
2
τ
( 2*,15) 2 (1,40252 − 1)
− 1,1 (10 − − 0.121 (10 1,4025 − 1 ( 2*,15) (1,4025 − 1) + +
5
3
3
3
2*,15
1,4025
> − 23,121 T
∆C P o dT
∫ R
T 0
T
∆ D = ∆ A lnτ + ∆ T + ∆CT + τ T 2 0
0
2
2 0
τ + 1 (τ − 1) 2
= ( − 1,39 ) ln (1,4025 ) + (1,4025 − 1) 4,159 (10 − ( 2*,15) + 3
− 0,121(10 ( − 1,1 (10 ) ( 2*,15) + (1,4025) ( 2*,15) 5
5
2
2
2
1,4025 + 1 2
> − 0,024 ubstitusi nilai integrasi ke ers.(13.1*) untuk temeratur referensi 2*,15 memberikan hasil#
Kuliah Termodinamika Teknik Kimia 2, sabtu 1.12.2016
11
o ∆G41*
RT
=
− *.39* + 45.92 ( *,314)( 2*,15)
+
− 45.92 ( *,314) ( 41*,15)
+
− 23,121 41*,15
+ 0,024
= 1,354 ln K 41*
= −1,35
ntuk
K 41*
= 1,443(10−1
T = 320 + 293,15 = 53,15 K ;
τ =
T T o
=
53,15 2*,15
T
:ilai intergal
= 1,*4
∆C P o dT
∫ R
> 22 ,32
T 0 T
∆C P o dT
∫ R
T 0 o ∆G53
RT
=
− *.39* + 45.92 ( *,314)( 2*,15)
+
T
> 0 ,01931
− 45.92 ( *,314)( 53,15)
+
22,32 53,15
− 0,01931
= 5,*2* ln K 53
= −5,*2*
K 53
= 2,42(10−3
%. &ubungan Konstanta Kesetimbangan Dengan Kom"osisi eaksi 'asa Gas eadaan standar suatu gas adalah keadaan gas ideal dari gas murni ada keadaan tekanan standar P " 1 bar. aka fugasitas suatu gas ideal sama dengan o o tekanannya f i = P untuk tia senyaa i. ehingga untuk reaksi fasa gas
Kuliah Termodinamika Teknik Kimia 2, sabtu 1.12.2016
1+
? f i
f i o
=
? f i
P o
sehingga ers(13.10) menjadi# ν i
f ?i ∏i P o = K
(13.25)
"nstanta kesetimbangan hanya fungsi temeratur. Pers.(13.25) menghubungkan dengan fugasitas senyaa yang bereksi dan berada dalam kesetimbangan %amuran. ugasitas ini men%erminkan ketidakidealan kesetimbangan %amuran dan meruakan fungsi temeratur, tekanan dan k"m"sisi. 8ni berarti baha untuk temeratur teta k"m"sisi kesetimbangan akan berubah terhada tekanan ν i
f ?i bila ∏ P o teta. i
ugasitas dihubungkan dengan k"efisien fugasitas dengan ers.(11.4*)# ? = φ ? y P f i i i
ubstitusi ersamaan ini ke ersamaan (13.25) menghasilkan eksresi kesetimbangan yang menunjukkan hubungan tekanan dan k"m"sisi#
∏
(φ ?i yi )
ν i
i
−ν
P = o P
(13.2)
K
dengan ν ≡ ∑iν i dan P o adalah tekanan keadaan standar 1 bar, dieksresikan dalam satuan yang sama yang digunakan P. yi daat dieliminasi dalam nilai kesetimbangan ua dengan k""rdinat reaksi. ntuk temeratur teta ers.(13.2) menghubungkan ε e dan P, jika P diketahui ε e daat ditentukan. asalah akan menjadi k"mleks jika k"efisien fugasitas φ ? terikat dengan k"m"sisi. et"da ada sub bab 11. dan 11.9 daat dialikasikan untuk menghitung nilai k"efisien fugasitas φ ? , sebagai %"nt"h ersamaan (11.1)# i
i
? ln φ )
=
1 )) + ∑∑ yi y j ( 2δ i) − δ ij ) RT 2 i j P
(11.1)
Kuliah Termodinamika Teknik Kimia 2, sabtu 1.12.2016
1&
arena erhitungan %uku k"mleks, suatu r"sedur iterasi dengan setting ? =1 φ dan inisiasi yi , φ ? daat dihitung dan r"sedur diulang samai k"n/ergen. i
i
$ika diasumsikan kesetimbangan %amuran adalah suatu larutan ideal, "t"matis φ ? menjadi φ i yaitu k"efisien fugasitas senyaa murni i ada ' dan P (ers. 11.*1). Persamaan (13.2) menjadi# i
−ν
∏i ( φ i yi ) = P P o ν i
(13.29)
K
'ia-tia k"efisien fugasitas senyaa murni φ i daat die/aluasi dari suatu 'enerali*ed "orrelation. ntuk tekanan yang sangat rendah atau temeratur yang sangat tinggi, kesetimbangan %amuran sama dengan gas ideal. +alam hal ini masingmasing φ ? = 1 dan ers. (13.2) menjadi# i
−ν
∏i ( yi ) = P P o ν i
(13.2*)
K
Pada ersamaan ini bentuk keterikatan temeratur, tekanan dan k"m"sisi nyata dan terisah dan enyelesaian satu dari ε e , ' atau P, memberikan 2 hasil yang lain. esimulan# 1. +ari ersamaan (13.14), efek temeratur ada k"nstanta kesetimbangan ditentukan "leh nilai ∆ H o . $ika ∆ H o "sitif (reaksi end"termis), kenaikan ' akan menaikan nilai . Pers.(13.2*) menunjukkan baha kenaikan ada P k"nstan menghasilkan kenaikan bentuk
∏ ( y ) i
i
ν i
,
reaksi bergeser ke kanan dan k""rdinat reaksi ε e naik. ebaliknya, bila ∆ H o negatif (reaksi eks"termis), kenaikan ' menurunkan nilai dan
∏ ( y )
ν i
i
i
turun ada P teta, reaksi bergeser ke kiri dan k""rdinat reaksi
ε e
turun. 2. $ika jumlah t"tal k"efisien st"iki"metri ν negatif, ers.(13.2*) menunjukkan baha kenaikan P ada ' teta mengakibatkan kenaikan
∏ ( y ) i
i
ν i
, reaksi bergeser ke kanan dan
ε e
naik. $ika ν "sitif, kenaikan P
Kuliah Termodinamika Teknik Kimia 2, sabtu 1.12.2016
15
ada ' teta mengakibatkan enurunan ∏ ( y )
ν i
i
i
dan
ε e
, reaksi bergeser ke kiri
turun.
Contoh 13.5 CO( ' ) + H O( ' ) → CO ( ' ) + H ( ' ) eaksi +ater%'a$%$!ift berikut# +ijalankan ada engk"ndisian keadaan yang berbeda beda seerti dijelaskan berikut. =itung fraksi steam yang bereaksi ada tia kasus.
2
2
Penyelesaian# (a). ig.13.2 menyajikan inf"rmasi hubungan dengan ' untuk berbagai reaksi. Pada temeratur 1.100 , 10 4
= ,05 ,
T ν
ln K = 0, atau K = 1. +ari
104
=
T
10 4 1.100
= ,05 . +ari fig. 13.2 ada
reaksi yang diberikan,
= ∑iν i = −1 − 1 + 1 + 1 = 0. +engan asumsi %amuran reaksi gas ideal,
ersamaan (13.2*) menjadi# −ν
∏i ( yi ) = P P o ν i
K 0
−1
−1
yCO y H 2 O y
1 CO 2
1 H 2
y
+engan ers.(13.5), yCO
1 = 1 1
yi
⇒
ε = ni = ni + vi n n + vε
yCO2 y H 2
=1
yCO y H 2 O
(<)
0
0
= 1 − ε e = 1 − ε e 2 + 0ε e 2
y H 2O
=
1 − ε e 2
yCO2
=
ε e
2
y H 2
=
ε e
2
ubstitusi nilai fraksi mol tiap komponen ke pers.7A8 diperoleh: ε e ε e
2 2 (1 − ε e ) (1 − ε e ) 2
=1
⇒
2
ε e
(1 − ε e ) 2
=1
⇒
ε e
= 0,5
2
Kuliah Termodinamika Teknik Kimia 2, sabtu 1.12.2016
1*
raksi steam yang bereaksi 0,5. (b). $ika ν = 0 , kenaikan tekanan tidak berengaruh ada reaksi gas ideal, dan raksi steam yang bereaksi 0,5. 10 1 = 1 y − y − y y = 0
1
1
CO
(%).
H 2 O
1
1
CO 2
H 2
1
:2 tidak ikut bereaksi. $umlah m"l aal 1 − ε e 1 − ε e yCO = y H O = 2
4
4
yCO2
4
ε e ε e
4 4 (1 − ε e ) (1 − ε e )
n0 = 4 ε e
4
2
ε e
⇒
=1
=
(1 − ε e ) 2
y H 2
⇒
=1
ε e
=
ε e
4
= 0,5
4
raksi steam yang bereaksi 0,5. (d).
n0
= nCO + n H O = 1 + 2 = 3 1 − ε y = 2
e
yCO
3
2 − ε e
= H O
3
2
yCO2
ε e ε e
3 3 (1 − ε e ) ( 2 − ε e ) 3
ε e 3
(1 − ε e )( 2 − ε e )
y H 2
2
ε e
⇒
=1
=
⇒
=1
ε e
=
ε e
3
= 0,9
3
raksi steam yang bereaksi
0,9 2
> 0,333.
(e).
ama dengan (d), tetai n > 2 dan :=2 > 1, yang bereaksi 0,9.
(f).
n0
= nCO + n H O + nCO = 1 + 1 + 1 = 3 1 − ε 1 − ε = = y 2
e
yCO
3
2
e
H 2 O
3
(1 + ε e ) ε e 3
3
(1 − ε e ) (1 − ε e ) 3
ε e
⇒
=1
yCO2
=
= 0,9 dan raksi steam
1 + ε e
(1 + ε e ) ε e =1 2 (1 − ε e )
3
y H 2
⇒
ε e
=
ε e
3
= 0,333
3
raksi steam yang bereaksi 0,333. (g). Pada
T = 1.50 K ,
dari fig.13.2
10
4
T
= ,0 , ln K =
2
maka,
ε e
(1 − ε e ) 2
= 0,31
−1,15
atau K = 0,31
⇒
ε e
= 0,3
Kuliah Termodinamika Teknik Kimia 2, sabtu 1.12.2016
1
eaksi meruakan reaksi eks"termis, k"n/ersi menurun dengan kenaikan temeratur.
'ugas#
1. Pelajari e&amle 13., 13.9 dan 13.*.
Kuliah Termodinamika Teknik Kimia 2, sabtu 1.12.2016
1?
