MAKALAH KIMIA FISIKA
SIFAT GAS DAN CAIR
Disusun oleh:
KELOMPOK 8
Annisa Nurqomariah
(NPM. 1406608082)
Akbar Pandu W
(NPM. 1406607786)
Cut Shafira Salsabila
(NPM. 1506800281)
Fikri Averous
(NPM. 1406607792)
Puteri Amelia
(NPM. 1406608095)
Tanggal Pengumpulan: 25 September 2015
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA 2015
PENDAHULUAN Rumusan masalah : 1. Mengetahui sifat-sifat wujud materi (padat, cair, dan gas) serta dapat membedakannya 2. Mengetahui teori-teori tentang gas ideal dan gas nyata serta hukum-hukum yang mendasarinya 3. Mengetahui proses pembuatan, penyimpanan, dan pencairan gas 4. Mengetahui fenomena kritis cairan, dan aplikasinya 5. Penerapan Green Chemistry ISI TEORI DASAR 1. Sifat padat, gas, cairan 2. Hukum-hukum gas 3. Teori kinetik gas 4. Proses pembuatan, penyimpanan, dan pencairan gas 5. Cairan superkritis 6. Green chemistry PERTANYAAN Pemicu 1-POIN A (7 Pertanyaan) 1. Tugas pertama yang diberikan kepada tiap kelompok mahasiswa adalah menjelaskan perbedaan sifat wujud materi, seperti nama kelompok mereka. Jika Anda adalah anggota dari Kelompok Gas, jelaskan sifat dari gas dan kemudian bandingkan dengan sifat cair dan padat. SIFAT UMUM GAS 1) Molekul gas bergerak ke segala arah dengan kecepaan yang tinggi 2) Kerapatan gas lebih kecil dibandingkan zat lain (padat dan cairan) 3) Gas bersifat kompresibel (dapat ditekan) 4) Gas mudah berdifusi dengan zat lain. Perbedaan dengan sifat umum gas, padat dan cairan Padat Cair Mempunyai bentuk dan Mempunyai volume tertentu, volume tertentu tetapi tidak mempunyai bentuk yang tetap, bergantung pada media yang digunakan Jarak antar-partikel zat pada Jarak antar-partikel zat cair sangat rapat lebih renggang Partikel-partikel zat padat Partikel-partikel zat cair tidak dapat bergerak bebas dapat bergerak bebas namun terbatas Bersifat inkompresibel Bersifat inkompresibel
Gas Tidak mempunyai volume dan bentuk yang tertentu
Jarak antar partikel gas sangat renggang Partikel-partikel gas dapat bergerak sangat bebas Bersifat kompresibel
2. Di industri ini, mereka diperkenalkan dengan istilah faktor kompresibilitas yang menunjukan bahwa gas tersebut bukanlah gas ideal. Jelaskan apa yang Anda ketahui tentang gas ideal. Berdasarkan faktor kompresibilitas ini, bagaimana Anda dapat membedakan bahwa gas tersebut merupakan gas ideal atau gas nyata. Dan jelaskan apa yang Anda ketahui tentang gas nyata.
1
Gas Ideal Merupakan gas yang mengikuti secara sempurna hukum – hukum gas. Gas ideal adalah suatu gas yang di idekan manusia agar dapat mempermudah perhitungan. Gas ideal memenuhi beberapa kriteria sebagai berikut: 1) Jumlah partikel gas banyak tetapi tidak ada gaya tarik menarik antar partikel 2) Semua partikel bergerak secara acak 3) Ukuran gas sangat kecil bila dibandingkan dengan ukuran wadah, menyebabkan ukuran gas diabaikan 4) Setiap tumbukan yang terjadi bersifat lenting sempurna 5) Partikel gas terdistribusi secara merata pada seluruh ruang 6) Partikel gas memenuhi hukum newton tentang gas. Gas Real Merupakan gas yang tidak mematuhi persamaan dan hukum gas lain nya di semua kondisi suhu dan tekanan. Gas nyata menggunakan hukum – hukum gas hanya pada saat tekanan rendah. Sifat gas nyata meliputi: 1) Volume gas nyata tidak dapat diabaikan 2) Terdapat gaya tarik menarik antara molekul 3) Karena terdapat gaya tarik menarik antara molekul yang sangat kuat menyebabkan molekul tidak lurus dan tekanan dinding menjadi lebih kecil daripada gas ideal. Perbedaan persamaan pada gas ideal dengan gas nyata dinyatakan dalam faktor daya mampat atau faktor kompresibilitas (Z) yang mana menghasilkan persamaan untuk gas nyata yaitu:
3. Sebuah tabung 12 L akan diisi dengan gas N2, dengan cara mengalirkan gas tersebut dari tabung 1 L dengan tekanan 20 atm. Dengan mangasumsikan bahwa gas tersebut adalah gas ideal, hukum siapakah yang bisa Anda gunakan untuk menentukan tekanan akhir dair gas N2 ini? Jika gas nyata, bagaimanakah caranya kita mendapatkan tekanan akhir gas tersebut? Terangkan juga hukum – hukum gas yang lain, baik untuk gas ideal ataupun hukum gas nyata Asumsi gas ideal Hk. Boyle
Hukum – hukum Gas ideal 1. Hukum Boyle atau
2.
Hukum Charles / Gay Lussac
3.
Tetapan Gas Umum (Gas Ideal)
4.
Hukum Dalton
2
5.
Hukum Amagat
6.
Hukum Graham
atau
7.
Hukum Boyle – Gay Lussac
Asumsi gas nyata persamaan Van Der Waals
Hukum-Hukum Gas Nyata 1. Persamaan Van Der Waals
2. Persamaan Kamerlingh Onnes 3. Persamaan Berthelot
4. Persamaan Beattie-Bridgeman
Dimana:
4. Salah satu persamaan gas nyata yang banyak digunakan adalah persamaan Van der Waals. Dengan berdasarkan kepada persamaan gas ideal, terangkan bagaimana kita bisa mendapatkan persamaan Van der Waals. Dalam persamaan ini terdapat dua konstanta yang sangat tergantung kepada karateristik dari masing-masing gas. Terangkan bagaimana cara menentukan nilai kontastanta Van der Waals tersebut.
3
Karena volume gas nyata jauh lebih besar dari gas ideal, dan pada tekanan tinggi volume ini tidak bisa diabaikan, maka Van der Waals menggunakan kontanta b sebagai jumlah mol partikel-partikel yang terdapat dalam gas nyata. Volume gas nyata total akan dikurangi dengan jumlah molekul partikel-partikel di gas.
Dan karena tekanan gas nyata lebih kecil dari gas ideal, maka Van der Waals menambahkan istilah konstanta a, yang memiliki bentuk:
. Sehingga persamaan Van der Waals terhadap
gas ideal menjadi:
5. Selain gas murni, industri tersebut juga menjual gas dalam bentuk campuran. Jika industri tersebut mendapat pesanan campuran gas yang terdiri dari 30% vol N2, 50% vol CO, 15% vol H2, dan 5% O2, bantulah industri tersebut untuk menentukan fraksi berat, fraksi mol, berat molekul rata-rata, tekanan parsial, dan densitas campuran. Buatlah asumsi yang logis jika dibutuhkan. Menggunakan Hukum Avogadro : “pada kondisi T dan P yang sama, maka V sebanding dengan n (mol)” V n Asumsikan : Basis Volum = 100 L, pada kondisi STP, T = 00C = 2730K P= 1 atm R = 0,082 J/mol0K Ar : N2 = 28, H2 = 2, CO =30, O2 =32 Fraksi mol V n % mol N2 = % Vol N2 = 30% % mol H2 = % Vol H2 = 15% % mol CO = % Vol CO = 50% % mol O2 = % Vol O2 = 5% Massa komponen P.V=n.R.T P . V = massa/Mr . R. T Massa = P . V . Mr /(R.T) Massa N2 = 37,5 gram Massa H2 =
1,34 gram
Massa CO =
67 gram
Massa O2 =
7,14 gram
Total massa campuran Fraksi (%) Massa
% massa N2 % massa H2 = % massa CO =
= 112,98 gram
33,2% 1,18% 59,3%
4
% massa O2 =
6,32%
Total %massa = 100% Berat molekul rata-rata
Densitas Gas d = massa / Volume d N2 = 37,5 gr /3.104mL = 1,25x10-3 gr/ml 4 d H2 = 1,34 gr /1,5.10 mL = 8,9x10-5 gr/ml 4 d CO = 67 gr /5.10 mL = 1,34x10-3 gr/ml d O2 = 7,14 gr /5.103mL = 1,43x10-3 gr/ml Tekanan Parsial
6. Dalam kunjungan ini, mahasiswa juga belajar mengenai gas cair, salah satu produk dar PT X Indonesia ini. Berdasarkan keterangan yang sudah diperoleh dari industri tersebut, jelaskan bagaimana suatu gas bisa dicairkan. Proses pencairan gas alam di kilang LNG Badak menggunakan sistem pendingin multi komponen dari APCI. Secara umum, pengolahan LNG adalah sebagai berikut: 1. Bahan baku gas alam dari ladang dilewatkan melalui knock out drum untuk memisahkan kondensat cair sebelum memasuki kilang LNG. 2. Karbon dioksida dipisahkan oleh penyerapan kimia dengan amine proses. 3. Pemisahan air dengan molecular sieve. 4. Propana, Butana, dan kondensat dipisahkan dari feed LNG dalam column fraksinasi. 5. Pendinginan LNG dengan propane refrigeration. 6. Pendinginan tahap akhir dan pencairan LNG dilakukan di Kriogenik Utama pada Heat Exchanger dengan menggunakan komponen pendingin multi sebagai media pendingin. Rincian pencairan gas LNG sebagai berikut : Sistem pendinginan yang digunakan dalam proses pembuatan LNG ini, yaitu system Single Mixed Refrigerant (SMR) dengan refrigerant berupa Mixed Component Refrigerant (MCR). Unit ini berfungsi untuk mencairkan gas alam menjadi LNG. Gas yang akan masuk LNG Separator didinginkan terlebih dahulu dalam coolbox LNG Exchanger dengan menggunakan MCR. Kemudian MCR yang telah menyerap panas akan masuk ke dalam First Stage MCR Compressor untuk dinaikkan tekanannya menjadi 5 bar. Kemudian gas tersebut akan didinginkan di dalam MCR Intercooler Heat Exchanger sampai 32°C. Kemudian MCR akan dinaikkan kembali tekanannya dengan menggunakan Second Stage Compressor menjadi 14.71 bar, lalu didinginkan kembali dengan menggunakan MCR Cooler. Setelah itu, MCR akan dinaikkan kembali tekanannya dengan menggunakan Third Stage MCR Compressor menjadi 45.11 bar dan kemudian didinginkan dengan menggunakan MCR Aftercooler Heat Exchanger. Setelah itu, MCR yang telah melalu tahap kompresi akan masuk kedalam coolbox
5
LNG Exchanger untuk tahap pendinginan oleh MCR itu sendiri. Kemudian, MCR yang keluar dari coolbox LNG exchanger akan diekspansikan dengan MCR Expansion Valve sehingga tekanannya 1 bar dan -160°C. MCR yang telah dingin ini siap untuk mendinginkan aliran yang akan menuju fractionation unit, mencairkan LNG yang keluar dari atas kolom LNG separator menjadi produk LNG, serta untuk mendinginkan MCR itu sendiri. Sehingga MCR yang telah keluar dari coolbox akan berubah fasenya menjadi uap dan akan masuk ke dalam MCR Compressor. 7. Dari hasil kunjungan pabrik yang sudah dilakukan, berikanlah keterangan singkat tentang gas O2, H2, dan N2 yang Anda ketahui, tentang proses pembuatan, penyimpanan, dan pemanfaatannya. A. Oksigen Proses Pembuatan Oksigen di industri Di udara, 21% diantaranya adalah oksigen. Dalam industry, udara menjadi bahan baku dalam pembuatan oksigen. Pembuatan gas oksigen dilakukan dengan cara distilasi udara cair, yaitu menurunkannya hingga di bawah suhu kritis dan pengaturan tekanan. Udara didinginkan hingga suhu -200°C dengan tekanan tinggi sehingga udara mencair. Kemudian, udara cair tersebut secara berangsur-angsur dipanaskan. Pada suhu -183°C, oksigen cair akan menguap sehingga dapat dipisahkan dari gas lainnya. Penyimpanan Oksigen Oksigen di simpan ke dalam tabung atau tangki atmosferik bertekanan tinggi Pemanfaatan Oksigen 1. Untuk pernafasan para penyelam, angkasawan, atau penderita penyakit tertentu 2. Dalam industri baja, untuk mengurangi kadar karbon dalam besi gubal 3. Bersama-sama dengan gas asetilena, digunakan untuk mengelas baja 4. Oksigen cair bersama dengan hydrogen cair digunakan sebagai bahan bakar roket untuk mendorong pesawat ruang angkasa 5. Dalam berbagai industri kimia, untuk mengoksidasikan berbagai zat 6. Digunakan dalam pengolahan besi menjadi baja di tanur terbuka (tanur oksigen) 7. Berperan dalam aerasi limbah industri B. Nitrogen Proses Pembuatan Nitrogen di industri Pembuatan gas nitrogen dilakukan bersamaan dengan pembuatan gas oksigen karena sumbernya juga sama, yaitu udara. Udara yang mengandung 78 % gas nitrogen, didinginkan sehingga diperoleh nitrogen dan oksigen cair. Selanjutnya, cairan tersebut didistilasi pada suhu -195,8°C. Nitrogen cair akan menguap dan terpisah dengan oksigen cair. Uap nitrogen ini, kemudian ditampung dan dapat digunakan sesuai keperluan. Pemanfaatan Nitrogen 1. Untuk pembuatan amonia 2. Untuk membuat atmosfer inert dalam berbagai proses yang terganggu oleh oksigen, misalnya dalam industri elektronika 3. Sebagai atmosfer inert dalam makanan kemasan untuk memperpanjang masa penggunaannya 4. Nitrogen cair digunakan sebgai pendingin untuk menciptakan suhu yang sangat rendah C. PEMBUATAN HIDROGEN Bahan yang Digunakan · Uap air · Metana atau hidrokarbon ringan · Katalis nikel
6
Proses dan Reaksi Kimia pembuatan Hidrogen Dalam skala industri, hydrogen dihasilkan dari uap air dengan metana atau hidrokarbon ringan dengan katalis nikel pada suhu 75°C menghasilkan campuran karbon monoksida dan hydrogen. Campuran gas ini disebut “synthesis gas” atau “syngas”. CH4 + H2O CO + H2 C(coke) + H2O (1000°C) CO + H2 pemanfaatan Hidrogen · Proses produksi methanol, etanol, dan alcohol yang lebih tinggi 2CO + H2 CH3CH2OH · Pembentukan logam dai oksidanya MO2 + 2H2 M + 2H2O · Hydrogen sebagai bahan baker · Untuk hidrogenasi lemak dan minyak · Sebagai bahan baker roket · Mereduksi bijih-bijih besi · Sebagai gas pengisi balon Penyimpanan Oksigen, Hidrogen, dan nitrogen Sistem Penyimpanan Gas Cair Umum Campuran gas dan gas bertekanan tinggi dalam kuantitas curah dikirimkan melalui truk tabung dan disimpan. Sistem penyimpanan biasanya terdiri atas sejumlah bejana tekanan dari baja bertekanan tinggi yang dimanifol bersama-sama. Sistem ini memiliki desain modular dan ukurannya disesuaikan dengan laju penggunaan. Sistem ini dapat menangani argon, karbon monoksida, udara kompresi, helium, hidrogen, nitrogen, dan oksigen.
Sistem penyimpanan gas cair umum. Setiap bejana tekanan memiliki panjang 22 1/2 kaki dan diameter 24 inci. Manifol permanen menghubungkan bejana-bejana yang terpilih untuk lokasi. Gas dialirkan ke houseline melalui stasiun pengurang tekanan yang secara otomatis mengontrol tekanan. Tiang penyangga mandiri disediakan untuk mengisi bejana dari truk tabung bertekanan tinggi. Bejana diisi dengan metode penyamaan transfill tekanan. Bejana Tekanan Bejana memenuhi persyaratan ASME UPV Code, Bagian VIII dan Lampiran 22. Bejana ini memiliki tekanan kerja maksimal yang diizinkan sebesar 2.450 psig. Setiap bejana dilengkapi dengan katup shutoff berjenis-sudut dengan rakitan cakram pengaman semburan yang akan pecah pada tekanan 3.100 psig. Modul bejana tekanan ini berbentuk baris tiga bejana horizontal yang diletakkan di antara dua rangka balok L yang menyediakan topangan dan stabilisasi yang dibutuhkan. Perakitan modular dapat dibangun untuk memenuhi hampir segala macam kebutuhan penyimpanan gas. Stasiun Pengurang Tekanan Stasiun pengurang tekanan diletakkan di dalam lemari kedap cuaca, yang melindungi regulator pengurang tekanan-ganda, pengukur, kenop alarm tekanan-rendah opsional, katup penyeimbang, dan katup pelepas untuk keamanan.
7
Tiang Penyangga Pengisian Truk Tabung Tiang penyangga pengisian truk tabung berbentuk L, difabrikasi dari balok L aluminium, menopang pigtail fleksibel, katup, dan pemipaan yang dibutuhkan untuk mengalirkan produk dari truk tabung ke dalam bejana penyimpanan tekanan tinggi. Peralatan pengisian ini terpisah dari lemari kontrol demi keamanan dan kenyamanan. Pemicu 1-POIN B (2 Pertanyaan) 1. Untuk dapat memahami teori kinetika gas, kelompok mahasiswa mengasumsikan bahwa setiap mobil yang melaju adalah suatu molekul gas yang berada dalam suatu ruangan dengan volume V. Jika Anda adalah mahasiswa tersebut, jelaskan postulat yang mendasari teori kinetika gas, dan bagaimana Anda dapat menerangkan distribusi kecepatan molekul gas berdasarkan data yang ada di tabel. Teori atau postulat untuk gas ideal memiliki asumsi-asumsi berikut ini:
Gas terdiri dari partikel-partikel sangat kecil, dengan massa tidak nol. Banyaknya molekul sangatlah banyak, sehingga perlakuan statistika dapat diterapkan. Molekul-molekul ini bergerak secara konstan sekaligus acak. Partikel-partike yang bergerak sangat cepat itu secara konstan bertumbukan dengan dinding-dinding wadah. Tumbukan-tumbukan partikel gas terhadap dinding wadah bersifat lenting (elastis) sempurna. Interaksi antarmolekul dapat diabaikan (negligible). Mereka tidak mengeluarkan gaya satu sama lain, kecuali saat tumbukan terjadi. Keseluruhan volume molekul-molekul gas individual dapat diabaikan bila dibandingkan dengan volume wadah. Ini setara dengan menyatakan bahwa jarak ratarata antarpartikel gas cukuplah besar bila dibandingkan dengan ukuran mereka. Molekul-molekul berbentuk bulat (bola) sempurna, dan bersifat lentur (elastic). Energi kinetik rata-rata partikel-partikel gas hanya bergantung kepada suhu sistem. Efek-efek relativistik dapat diabaikan. Efek-efek Mekanika kuantum dapat diabaikan. Artinya bahwa jarak antarpartikel lebih besar daripada panjang gelombang panas de Broglie dan molekul-molekul dapat diperlakukan sebagai objek klasik. Waktu selama terjadinya tumbukan molekul dengan dinding wadah dapat diabaikan karena berbanding lurus terhadap waktu selang antartumbukan.
Persamaan-persamaan gerak molekul berbanding terbalik terhadap waktu.
Gambar 1. Tumbukan elastis molekul-molekul gas Tumbukan-tumbukan yang terjadi hanyalah mengubah arah kecepatan dari partikel. Jumlah rata-rata tumbukan yang terjadi persatuan waktu yang dibuat oleh partikel tunggal disebut frekwensi tumbukan. Frekwensi tumbukan memegang peranan penting dalam membahas sifat-sifat transport gas dan reaksi-reaksi kimia dalam fasa gas. Jarak rata-rata gerakan partikel antara tumbukan yang satu dengan tumbukan yang lain disebut jalan bebas rata-rata, yang memegang peranan penting dalam membahas fenomena
8
transport, karena menunjukkan berapa jauh molekul mempunyai sifat tertentu sebelum tumbukan. JakartaBogor
Kecepatan
80
85
90
95
100
Volume
78
121
103
22
4
Distribusi kecepatan molekul dapat diterangkan melalui kurva Maxwell mengenai distribusi kecepatan molekul, dimana sumbu x adalah fraksi molekul dan y adalah kecepatan molekul, pada kasus ini, dianggap bahwa mobil-mobil dalam tol merupakan molekul molekul yang berada dalam kontainer V.
Dari kurva di atas, dapat dijelaskan mengenai most probable velocity, root mean square velocity, dan kecepatan rata-rata. Kecepatan di titik maksimum kurva disebut Most probable velocity karena jumlah fraksi terbesar dari molekul memiliki kecepatan itu. Kecepatan molekul
80
85
90
95
100
Fraksi molekul
0,237805
0,368902
0,314024
0,067073
0,012195
Fraksi molekul terbesar adalah 0.368902, sehingga nilai kecepatan paling mungkinnya adalah 85 km/jam. Root mean square velocity adalah akar rata-rata jumlah kuadrat dari kecepatan.Kalkulasinya adalah :
Kecepatan rata-rata molekulnya adalah :
Dapat disimpulkan bahwa Root mean square velocity > average velocity > most probable velocity.
9
2. Bayangkan mobil-mobil yang melaju di jalan tersebut adalah molekul-molekul gas yang berada dalam suatu ruangan, dengan diameter. Jelaskan bagaimana Anda dapat menentukan jumlah tumbukan yang terjadi antar mobil per volume per jam. Jelaskan juga bagaimana cara menentukan jalan bebas rata-rata dan viskositas gas. Tumbukan Antar Molekul Berbeda Tumbukan terjadi bila dua molekul saling mendekat dalam jarak d. Jarak sebesar ini disebut sebagai diameter tumbukan. Harga diameter tumbukan tersebut bagi molekul-molekul model bola keras yang sejenis sama dengan diameter molekul bola keras tersebut. Untuk molekul model bola keras A dan B yang tak sejenis, maka massa molekulnya merupakan massa molekul terreduksi , dan diameter tumbukannya adalah rata-rata dari diameter kedua molekul yang bertumbukan.
Jumlah tumbukan satu molekul A dengan molekul B adalah dimana NA adalah jumlah molekul A dan NB adalah jumlah molekul B. Jadi jumlah tumbukan A dan B persatuan volum dinyatakan dengan persamaan:
Persamaan-persamaan di atas memperlihatkan bahwa peningkatan suhu sistem menyebabkan peningkatan kecepatan rata-rata relatif dari molekulmolekul yang bertumbukan. Hal ini menyebabkan frekwensi tumbukan meningkat. Persamaan ini menunjukkan bahwa pada suhu tertentu, frekwensi tumbukan berbanding lurus dengan tekanan. Bila tekanan diperbesar maka kerapatan molekul membesar sehingga kebolehjadian tumbukan antar molekul meningkat. Hal ini menyebabkan frekwensi tumbukan juga meningkat. Sebagai contoh, molekul N2 pada tekanan 1 atm dan suhu 25 o C mempunyai frekwensi tumbukan ≈ 7 × 109 s -1 yang berarti setiap detik molekul-molekul N2 bertumbukan 7 × 109 kali. Jumlah tumbukan yang terjadi antar mobil per volume per jam adalah: Jika diibaratkan mobil tersebut adalah molekul-molekul gas, maka mobil atau diibaratkan molekul akan bergerak dengan kecepatan rata-rata relatif terhadap molekul lain crel selama selang waktu ∆t. Akan terjadi tumbukan dengan luas A=πσ2, menempuh jarak = crel. ∆t, volume dianggap V. Jumlah molekul yang ada sama dengan A.crel.Nv. Nv merupakan jumlah molekul persatuan volum (dalam hal ini jumlah keseluruhan mobil), Jumlah tumbukan persatuan waktu akan sama dengan jumlah molekul per satuan volume atau frekuensi tumbukannya = A.crel.Nv. Nilai dari crel=21/2c, sehingga frekuensi tumbukan molekul (Z) dihitung dengan persamaan:
10
Sehingga untuk kasus ini didapatkan :
Frekuensi tumbukan di tol Jagorawi ke arah Jakarta: Karena, c rata-rata yang didapatkan dari data yaitu:
Nv diibaratkan jumlah volume kendaraan yang melewati tol arah Jakarta = 169 kendaraan. Untuk Frekuensi tumbukan di tol Jagorawi ke arah Bogor: Karena, c rata-rata yang didapatkan dari data yaitu:
Nv diibaratkan jumlah volume kendaraan yang melewati tol arah Jakarta = 159 kendaraan. Jalan bebas rata-rata Diantara tumbukan-tumbukan yang beruntun, sebuah molekul dalam suatu gas akan bergerak dengan laju yang konstan sepanjang sebuah garis lurus. Jarak rata-rata diantara tumbukan-tumbukan yang beruntun seperti itu dinamakan jalan bebas rata-rata (mean free path = ). Jika molekul bergerak dengan kecepatan c dan bertumbukan dengan molekulmolekul lain secara beruntun dengan frekwensi Z, waktu untuk mencapai tumbukan yang satu dengan lainnya adalah 1/Z dan jarak antar tumbukan dinyatakan dengan c /Z (dimana Z adalah frekwensi tumbukan molekul tunggal), sehingga jalan bebas rata-ratanya adalah:
Besarnya jalan bebas rata-rata: Jika molekul bergerak dengan kecepatan c dan bertumbukan dengan molekul-molekul lain secara beruntun dengan frekuensi Z, waktu untuk mencapai tumbukan yang satu dengan yang lain adalah 1/Z dan jarak antar tumbukan dinyatakan dengan c/Z, sehingga jalan bebas ratarata nya adalah:
Jalan bebas rata-rata untuk mobil yang bergerak ke arah Jakarta:
11
Jalan bebas rata-rata untuk mobil yang bergerak ke arah Bogor:
Viskositas Viskositas untuk mobil yang bergerak ke arah Jakarta:
Viskositas untuk mobil yang bergerak ke arah Bogor:
Pemicu 1-POIN C (2 Pertanyaan) 1. Pada kondisi kritis, sifat fisik cairan dan uap menjadi identik dan tidak ada perbedaan yang dapat diamati diantara mereka. Jadi masing-masing temperatur, tekanan uap jenuh dan volume molar yang berhubungan pada titik ini disebut sebagai temperatur kritikal (Tc), tekanan kritikal (Pc) dan volume kritikal (Vc). Dengan memanfaatkan kurva P-V-T, jelaskan fenomena kritis cairan dan berikan contoh. Jelaskan bedanya dengan cairan superkritis. Berikanlah penjelasan singkat tentang fungsi dan manfaat cairan pada kondisi kritis ataupun superkritikal berbanding dengan cairan pada kondisi STP Bila air diletakkan dalam bejana tertutup, air mempunyai tekanan uap tertentu. Tekanan uap ini tergantung temperatur, misalnya: P25ᴼC = 23,76 mmHg P100ᴼC = 760 mmHg Kalau temperatur dinaikkan terus, tekanan uap juga bertambah, tetapi selalu ada kesetimbangan antara Air-Uap. Pada temperatur 374,4ᴼC batas antara air dan uap hilang. Air dalam keadaan ini disebut ada pada titik kritis. Zat cair yang lain bila dipanaskan pada bejana tertutup akan menjalani peristiwa sama. Temperatur pada titik kritis disebut temperatur kritis, tekanannya disebut tekanan kritis, dan volume molarnya disebut volume kritis. Fluida kritis adalah zat yang berada pada suhu dan tekanan kritisnya. Berikut adalah kurva yang menjelaskan titik kritis CO2:
12
Sedangkan fluida superkritis adalah zat yang berada pada suhu dan tekanan diatas titik kritis. Zat ini memiliki kemampuan unik untuk berdifusi melalui benda padat seperti gas, dan merutkan benda seperti cairan. Dan fluida ini juga dapat mengubah kepadatannya bila mengubah sedikit suhu dan tekanannya. Sifat seperti ini membuatnya cocok sebagai pengganti pelarut organik dalam proses yang disebut Ekstraksi Fluid Superkritis. CO2 dan H2O adalah contoh fluida yang paling umum digunakan. Secara umumnya fluida superkritis memiliki sifat diantara gas dan uap. Perbandingan antara gas, cairan, dan fluida superkritis adalah: Massa Jenis (kg/m3) Viskositas (µPa.s) Difusivitas (mm2/s) Gas
1
10
1-10
Fluida superkritis
100-1000
50-100
0,01-0,1
Cairan
1000
500-1000
0,001
Fluida superkritis sendiri dikarakterisasikan sebagai suaru fluida dengan densitas tinggi, viskositas rendah, dan difusivitas menengah antara gas dan cairan. Sifat fisik yang tidak biasa ini justru menjadikan fluida superkritis sebagai pelarut yang ideal. Keuntungan yang dapat diambil dari pemanfaatan teknologi ini adalah proses ekstraksi berlangsung cepat, ramah lingkungan dan tidak beracun. Contoh penerapan ekstraksi fluida superkritis: Kandungan linalyl asetat dari lavender dan proses distilasiair 12,1% sedangkan dengan fluida superkritis diperoleh linalyl asetat 34,7%. 2. Salah satu cairan superkritis yang banyak digunakan sebagai pelarut adalah CO2 superkritis. Carilah satu referensi yang menjelaskan penggunaan CO2 superkritis, jelaskan keunggulannya dibandingkan pelarut lain. Jelaskan juga pemanfaatan CO2 superkritis dan cairan superkritis lainnya sehubungan dengan slogan Green Chemistry di bidang lainnya, sertakan dengan referensi yang mendukung. CO2 pada kondisi superkritis adalah salah satu pelarut yang digunakan secara luas pada proses ekstraksi. CO2 superkritis bersifat selektif pada proses pemisahan, ramah lingkungan, tidak beracun, dan tidak mudah terbakar. Dengan temperature kritis yang rendah (304,1 K) dan tekanan kritis menengah (7,28 MPa) menjadikan CO2 sebagai pelarut ideal, karena mampu menahan komponen-komponen terekstraksi dari degradasi suhu. Suhu Kritis Tekanan Kritis Kepadatan Kritis Pelarut K MPa (atm) gr/cm3 CO2
304,1
7,38 (72,8)
0,469
H2O
647,3
22,12 (218,3)
0,348
CH4
190,4
4,6 (45,4)
0,162
13
C2H6
305,3
4,87 (48,1)
0,203
C3H8
369,8
4,25 (41,9)
0,217
C2H4
282,4
5,04 (49,7)
0,215
Contoh pengaplikasian CO2 superkritis adalah proses ekstraksi minyak atsiri. Untuk detail proses ekstraksi minyak atsiri menggunakan pelarut CO2 superkritis adalah sebagai berikut: 1. Karbon dioksida cair dari tangki penyimpanan melewati bak pendingin (sekitar 263 K) dipompa oleh dua pompa plug 2. karbon dioksida dipanaskan dengan heat exchanger tubular hingga mencapai temperatur proses ekstraksi. CO2 mengekstrak komponen yang ada dalam daun 3. aliran CO2 yang mengandung ekstrak mengalir melalui percabangan katup (valve) jarum 4. Tekanan aliran dalam perjalanannya, berkurang dalam 3 tingkatan menjadi tekanan atmosfir dan ektrak minyak terkumpul dalam kolektor 5. Air dan komponen yang mudah menguap tersimpan dalam kolektor ke-2. PENERAPAN GREEN CHEMISTRY Green chemistry adalah suatu falsafah atau konsep yang mendorong desain dari sebuah produk ataupun proses untuk mengurangi/mengeliminir penggunaan atau penghasilan zatzat berbahaya Green chemistry lebih berfokus pada usaha untuk meminimalisir penghasilan zat-zat berbahaya dan memaksimalkan efisiensi dari zat-zat kimia Supercritical Carbondioxide (CO2 superkritis) yang berada dalam fase cair merupakan salah satu pengembangan konsep green chemistry. Zat ini banyak dimanfaatkan sebagai pelarut dalam industri karena memiliki kandungan racun yang rendah. Selain itu, rendahnya temperatur dari proses dan stabilitas CO2 memungkinkannya berfungsi sebagai pelarut layaknya aqua distilata PENUTUP DAFTAR PUSTAKA Sukardjo. 1998. Buku Kimia Fisika. Jakarta: PT. Rineka Cipta Peter Atkins, 2006. Physical Chemistry. 8th Edition. W. H. Freeman. Malcolm, 2007, Kimia Polimer, Jakarta: PT Pradnya Paramita
Oxtoby, D.W., et al., 2008. Principles of Modern Che. Mortimer, R.G., 2008. Physical chemistry. 3th Ed. Elsevier Academic Press. London. Pinasthika, Nadira Putri. 2014. Persamaan Van der Waals. Online: https://www.academia.edu/9460683/Persamaan_Van_Der_Waals [diakses 17 September 2015 21.48 WIB] Windeartun. 2012. Fluida. Online: http://file.upi.edu/Direktori/FPMIPA/JUR._PEND._FISIKA/195708071982112WIENDARTUN/7.Fluida.pdf [diakses 14 September 2015 14.30 WIB] Kimiaundip09. 2012. Green Chemistry. https://kimiaundip09.wordpress.com/2012/07/09/green-chemistry PT. Badak NGL. 2011. Proses LNG. www.badaklng.co.id/in/lng-proses.html [diakses 17 September 2015] Wikipedia. 2014. Fluida Superkritis. https://id.wikipedia.org/wiki/fluida_superkritis Solihat, Nur Aini. 2015. Supercritical Fluida (CO2). Laporannurainisolihat.blogspot.co.id/2015/02/super-critical-fluida-co2.html [diakses 17 September 2015] https://www.scribd.com/doc/36787993/Persamaan-Keadaan
14
