MAKALAH PBL 1 MATA KULIAH KIMIA FISIKA GAS DAN CAIRAN
Senin, 21 September 2015
Disusun oleh : KELOMPOK 1 Juli Ayu Ningtyas
(1406531864)
Manggala Pasca
(1306409375 1306409375))
Melody Gita
(1406531593)
Muhammad Jamaludin
(1406531776)
Mutiara Primaster
(1306405723)
UNIVERSITAS INDONESIA DEPOK
1
DAFTAR ISI Daftar Isi ________________________________________________________ 2 Daftar Gambar dan Tabel ___________________________________________ 2 Peta Konsep ______________________________________________________ 3 BAB I Dasar Teori PART A _______________________________________________________ 4 PART B _______________________________________________________ 4 PART C _______________________________________________________ 5
BAB II Jawaban Pertanyaan PART A _______________________________________________________ 6 PART B _______________________________________________________ 10 PART C _______________________________________________________ 11 BAB III Kesimpulan _______________________________________________ 14
Daftar Pustaka ___________________________________________________ 14
DAFTAR GAMBAR Gambar 1 ___________________________________________________________ 6 Gambar 2 __________________________________________________________ 13
DAFTAR TABEL Tabel 1 ______________________________________________________________ 7
2
PETA KONSEP
3
BAB I DASAR TEORI PART A
GAS IDEAL Gas ideal adalah konsep teoritis, yang kita gunakan untuk tujuan penelitian. Untuk gas menjadi ideal, mereka harus memiliki karakteristik sebagai berikut. Jika salah satu dari ini hilang, maka gas tersebut tidak dianggap sebagai gas ideal. Gaya molekul Inter antara molekul gas dapat diabaikan. Molekul-molekul gas dianggap sebagai partikel titik. Oleh karena itu, dibandingkan dengan ruang di mana molekul gas menempati, volume molekul „tidak signifikan. Biasanya molekul gas mengisi setiap ruang yang diberikan. Karena itu, ketika ruang besar ditempati oleh udara, molekul gas itu sendiri sangat kecil dibandingkan dengan ruang. Oleh karena itu, dengan asumsi molekul gas sebagai partikel titik sejati sampai batas tertentu. Namun, ada beberapa molekul gas dengan volume yang cukup besar. Mengabaikan volume memberikan kesalahan dalam hal ini. Menurut asumsi pertama, kita harus mempertimbangkan bahwa tidak ada interaksi antar molekul antara molekul gas. Namun, dalam kenyataannya, ada interaksi setidaknya lemah antara mereka. Tapi, molekul gas bergerak cepat dan secara acak. Oleh karena itu, mereka tidak memiliki cukup waktu untuk membuat interaksi antar molekul dengan molekul lain. Karena itu, ketika melihat di sudut ini, agak berlaku untuk menerima asumsi pertama juga. Meskipun kita mengatakan gas yang ideal adalah teoritis, kita tidak dapat mengatakan itu adalah 100% benar. Ada beberapa kesempatan di mana gas bertindak sebagai gas ideal. Gas ideal ditandai oleh tiga variabel, tekanan, volume dan suhu. Persamaan berikut mendefinisikan gas ideal. PV = nRT = NKT
GAS NYATA Ketika salah satu dari dua atau kedua asumsi yang diberikan di atas tidak valid, bahwa gas yang dikenal sebagai gas nyata. Kita benar-benar menemukan gas nyata dalam lingkungan alam. Sebuah gas nyata bervariasi dari kondisi ideal pada tekanan yang sangat tinggi. Hal ini karena, ketika tekanan yang sangat tinggi diterapkan, volume di mana gas diisi menjadi sangat kecil. Kemudian dibandingkan dengan ruang kita tidak mengabaikan ukuran molekul. Selain itu, gas ideal berada dalam keadaan sesungguhnya pada suhu yang sangat rendah. Pada suhu rendah, energi kinetik molekul gas sangat rendah. Oleh karena itu, mereka bergerak perlahan-lahan. Karena itu, interaksi antar molekul antara molekul gas, yang kita tidak abaikan. Untuk gas nyata, kita tidak menggunakan persamaan gas ideal di atas karena mereka berperilaku berbeda. Ada persamaan yang lebih rumit untuk perhitungan gas nyata. Salah satu persamaannya dikenal dengan sebutan persamaan Van der Waals. PART B
TEORI KINETIKA GAS Terdapat beberapa hal yang dapat diterangkan dengan teori kinetika gas, antara lain: 1. Hukum Boyle: Pada Hukum Boyle, tenaga kinetis berbanding lurus dengan temperatur absolut. PV = 2/3 K 1 T (Pada T tetap, PV nya adalah tetap) 2. Hukum Charles: PV = 2/3 K 1T (Pada P tetap, V = K 2T)
4
3. Hukum Avogadro Pada temperatur dan tekanan sama, gas-gas yang volumenya sama memiliki jumlah molekul yang sama pula.
4. Hukum Graham
µ1 / µ2 = (d2/d1)
1/2
5. Distribusi Kecepatan Molekuler Untuk suatu gas pada temperatur tetap, semua molekul gas bergerak dengan kecepatan sama, yaitu µ. Molekul-molekul gas dengan kecepatan kecil dan besar sangat sedikit. Sebagian besar gas mempunyai kecepatan α, yaitu kecepatan yang paling mungkin. 6. Tenaga Kinetik Translasi Ek = 3/2 n R T (Tenaga kinetik hanya bergantung pada temperatur absolut gas.) 7. Frekuensi Tumbukan dan Jalan Bebas Rata-rata Dalam gas dengan n molekul gas per volume, jumlah molekul yang ditumbuk oleh sebuah molekul per detik adalah z = (2)1/2 π Ϭ2 n Jalan bebas rata-rata adalah jarak yang ditempuh oleh molekul sebelum tertumbuk dengan molekul lain.
8. Viskositas gas Fluida (gas dan cairan) memiliki sifat yang disebut viskositas, yaitu gaya tahan suatu lapisan fluida terhadap gerakan lapisan lain fluida tersebut.
PART C
TITIK KRITIS Fluida superkritis adalah fluida dengan tekanan dan suhu diatas kritisnya, yaitu suatu keadaan dimana fluida berada dalam keadaan seimbang antara fasa gas dan fasa cairnya.titik kritis terletak pada akhir kurva penguapan, dimana fase cair dan gas bergabung unutk membentukk fase fluida homogen tunggal. Daereah superkritis terletak pada bagian luar titik ini. Kondisi fluida superkritis memiliki daya melarutkan yang lebih tinggi dan lebih selektif dari pada bentuk cari atau bentuk gas. Fluida superkritis mempunyai sifat yang unik, yaitu pada sifat-sifat yang menyerupai gas dan juga sifat sifat yang menyerupai cairan. Densitas dan kemampuan melarutkan dari fluida superkritis menyerupai cairan. Sifat transpor dari fluida superkritis menyerupai gas, yaitu difusivitas yang tinggi dan viskositas yang rendah ditambah lagi dengan tegangan permukaan yang bernilai nol pada fluida superkritis akan memperlancar penetrasi fluida superkritis ke materi mikoporous. Sifat yang tidak biasa ini, menjadikan fluida superkritis sebagai pelarut yang ideal dan potensial. Kelarutan komponen dalam fluida superkrkisi tergantung pada densitas dari pelarut, juga afinitas fisik kimia da ri zat terlarut terhadap pelarut. TITIK DIDIH Tekanan uap cairan meningkat dengan kenaikan suhu dan gelembung akan terbentuk dalam cairannya. Kondisi ini dapat disebut dengan “mendidih”, dan suhu saat mendidih disebut dengan titik didih. Titik didih pada tekanan 1 atm disebut titik didih
5
normal. Perubahan titik didih terjadi bila tekanan lebih tinggi dari 1 atm, titik didih akan lebih tinggi dari titik didih normal dan sebaliknya. Energi yang diperlukan untuk mengubah cairan menjadi gas pada STP 12 (0 oC, 1 atm) disebut dengan kalor penguapan. Titik didih ditentukan oleh massa molekul dan kepolaran molekul. Jika jenis fungsional polar yang sama, semakin besar massa molekulnya, semakin tinggi titik didihnya. Disamping itu, untuk massa molekul rendah dan molekul dengan kepolaran besar akan mengalami gaya intermolekul yang kuat yang mengakibatkan titik didihnya lebih tinggi. TITK BEKU Titik beku adalah suhu saat bahan berubah dari keadaan padat ke keadaan cair. Bila temperatur cairan diturunkan, energi kinetik molekul juga akan menurun, dan tekanan uapnya pun juga akan menurun. Hal tersebut mengakibatkan gaya antarmolekulnya menjadi dominan, sehingga gaya translasi randomnya akan menjadi lebih perlahan sehingga viskositas cairan semakin bertambah besar. TEKANAN UAP Berdasarkan sifatnya, cairan memiliki energi kinetik yang tidak seragam melainkan bervariasi. Beberapa molekul yang nergy kinetiknya lebih besar dari nergy nergy rata-rata dapat lepas dari gaya tarik antarmolekul dan menguap. Kondisi ini dapat dilihat pada cairan dalam wadah terbuka, dimana cairan perlahan menguap sehingga akhirnya habis dan cairan dalam wadah tertutup, molekul cairan kehilangan energinya dengan tumbukan dan nergy nergy molekul menjadi rendah sehingga molekul tertarik dengan gaya antarmolekul pada permukaan cairan dan kembali masuk ke cairan. Akhirnya, jumlah molekul yang menguap dari permukaan cairan dan jumlah molekul uap yang kembali ke cairan menjadi sama, mencapai kestimbangan dinamik. Keadaan ini disebut kesetimbangan uap-cair.
PRINSIP KONTINUITAS KEADAAN
Persamaan Van der Waals (untuk Isotermal CO 2)
Bila n=1
Menurut prinsip kontinuitas keadaan, persamaan terssebut dikenakan pada temperatur diatas, pada, dan dibawah tempeeratur kritis. TEGANGAN PERMUKAAN Adanya gaya-gaya ke arah dalam yang menyebabkan adanya kecenderungan untuk mengerut, juga menyebabkan permukaan cairan seakanakan berada dalam keadaan tegang. Tegangan ini disebut Tegangan Muka, yang didefinisikan sebagai gaya dalam dyne yang bekerja sepanjang 1 cm pada permukaan zat cair. Satuan tegangan muka = dyne/cm, jadi sama dengan Tenaga Permukaan.
6
BAB II JAWABAN PART A 1. Perbedaan sifat wujud materi: Gas terdiri atas partikel yang bergerak dengan cepat melewati satu partikel ke partikel yang lain. Oleh karena itu, volume dari gas bergantung pada bentuk dan volume dari kontainernya. Selain itu, gas juga dikatakan kompresibel dikarenakan terdapat banyak ruang kosong diantara partikel-partikelnya. Beda halnya dengan gas, cairan tidak mudah dikompres/ditekan, dikarenakan ruang kosong yang berada pada cairan tidak sebanyak ruang kosong pada gas. Meskipun demikian, partikel pada cairan juga dapat bergerak melewati satu sama lain. Oleh karena itu, tidak jauh beda dengan gas, bentuk dan volume cairan mengikuti bentuk dari ruang yang ditempatinya. Padatan memiliki sifat yang berbeda dengan gas dan cairan. Partikel pada zat padat tidak dapat bergerak melewati satu sama lain, melainkan hanya dapat bergetar pada posisi masing-masing. Oleh karena itu volume gas padat bersifat tetap. Selain itu, dikarenakan tidak adanya ruang kosong antara partikel, zat padat tidak dapat dikompres/ditekan. 2. Perbedaan Gas Nyata dan Gas Ideal a. Gas Ideal tidak memiliki gaya antarmolekul dan molekul gas dianggap sebagai partikel titik. Sebaliknya molekul gas nyata memiliki ukuran dan volume. Selanjutnya mereka memiliki gaya antarmolekul. b. Gas Ideal tidak dapat ditemukan dalam kenyataan. Tapi gas berperilaku dengan cara ini pada suhu dan tekanan tertentu. c. Gas cenderung berperilaku sebagai gas nyata dalam tekanan tinggi dan suhu rendah. Gas nyata berperilaku gas sebagai ideal pada tekanan rendah dan suhu tinggi. d. Gas Ideal dapat berhubungan dengan persamaan PV = nRT = NKT, sedangkan gas nyata tidak ner. Untuk menentukan gas nyata, ada persamaan jauh lebih rumit. Faktor Kompresibilitas Kompresi atau pengembangan gas sejati memerlukan atau menimbulkan kerja dan tenaga. Hal ini temyata juga dari pengertian molekul gas sejati dengan gaya atau potensial antarmolekul. Tetapi seperti diketahui pula gaya antar molekul tidaklah konstan sehingga dengan sendirinya kerja atau tenaga pada gas ini bergantung kepada jarak antar-molekul. Tekanan dan volume menentukan jarak antar-molekul dan pelaksanaan perubahan tekanan atau volume dipengaruhi juga oleh temperatur gas, sehingga oleh karenanya kerja atau tenaga gas bergantung kepada parameter gas.
Gambar 1. Hubungan antara kerja PV dengan tekanan Kita melihat pada gambar 1, hubungan antara kerja pV dengan tekanan bagi bermacammacam temperatur dari karbon dioksida C02‟ Kerja ini pada temperatur tertentu berubah menurut tekanan. Dan hal ini tidak terjadi pada gas sempuma. Pada temperature 1ebih rendah temyata untuk daerah tekanan yang lebih kecil terdapat kerja atau tenaga minimum yang lebih kecil daripada untuk gas sempuma. Untuk temperatur tinggi, kerja
2
atau tenaga minimum ini tidak ada. Jadi dari temperatur rendah ke temperatur tinggi, kerja atau tenaga kompresi isotermis berlangsung dari keadaan mempunyai harga minimum ke keadaan tidak mempunyai harga minimum dan di antara kedua keadaan ini terdapat suatu temperatur yang mengandung peralihan, yakni kompresi isotermis pada suatu daerah tekanan yang agak luas, mempunyai kerja atau tenaga yang konstan. Karena kompresi isotermis gas sempuma menurut nerg Boyle mempunyai kerja atau tenaga yang konstan, sehingga bagi temperatur tersebut di atas gas sejati untuk kompresi isotermis berlangsung sebagai gas sempuma. Oleh sebab itu, temperatur ini disebut juga sebagai titik Boyle atau temperatur Boyle. Jadi titik Boyle terdapat pada kompresi isotermis. 3. Jika gas tersebut ideal, maka: Hukum Boyle
Jika gas tersebut nyata, maka: Persamaan Van der Waals
( ) ( ) ( ) ( ) Hukum Gas Ideal
a. b. c. d. e.
Hukum Boyle Hukum Charles/Gay-Lussac Hukum Boyle-Gay Lussac (The Combined Gas Law) Avogadro’s Principle Gas Campuran (Hukum Dalton)
Hukum Gas Nyata Pada gas nyata, digunakan berbagai macam persamaan, seperti: a. Persamaan Van der Waals
b. Persamaan Kammerlingh Onnes
c. Persamaan Beattle Bridgeman
3
4. Cara mendapatkan persamaan Van der Waals dan cara menentukan 2 nilai konstanta (a dan b):
Fisikawan Belanda Johannes Diderik van der Waals (1837-1923) mengusulkan persamaan keadaan gas nyata, yang dinyatakan sebagai persamaan keadaan van der Waals atau persamaan van der Waals. Ia memodifikasi persamaan gas ideal dengan cara sebagai berikut: dengan menambahkan koreksi pada P untuk mengkompensasi interaksi antarmolekul; mengurangi dari suku V yang menjelaskan volume real molekul gas. Sehingga didapat:
Konstanta a didapatkan dari gaya tarik menarik antar molekul yang akan mengurangi gaya tumbukan pada dinding wadah. Hal tersebut sebanding dengan konsentrasi molar molekul gas (n/V). Karena p bergantung pada frekuensi tumbukan, maka tekanan gas rill berkurang sebanding dengan (n/V)2. Sehingga persamaan pV = nRT menjadi:
Konstanta b didapatkan karena adanya gaya tolak menolak antar molekul yang menyebabkan volume molekul gas walaupun kecil tidak dapat diabaikan. Molekul gas tidak lagi bergerak bebas dalam wadah dengan volume V, melainkan dalam ruangan yang lebih kecil, yaitu V-nb). Sehingga persamaan pV=nRT menjadi:
5. Campuran gas terdiri atas 30% vol N 2, 50% vol CO, 15% vol H 2, 5% vol O2. a. Fraksi berat: c. Berat Molekul Rata-rata: Berat total = 90 90/100 = 0.9 MW N2 = 0.31 d. Tekanan parsial: MW CO= 0.31 Asumsi tekanan total = 2 atm MW H2= 0.02 P N2 = 0,6 atm MWO2= 0.36 P CO = 1 atm PH2 = 0,3 atm b. Fraksi mol: Mol total = 10.53 mol PO2 = 0,1 atm xN2 = 0,1 e. Densitas campuran: xCo = 0,17 xH2 = 0,71 = 1 g/cm3 XO2 = 0,015
6. Pencairan Gas:
Pencairan gas alam terdiri dari berbagai macam proses, mulai dari pemurnian/pembersihan hingga proses pencairan Proses dasar pencairan gas alam menjadi LNG adalah sebagai berikut: 1. Proses Treating (pembersihan) Proses ini bertujuan untuk menghilangkan fraksi berat serta impuritis lainnya, seperti O2 dan gas-gas berat (mercury dan sulfur) serta metal-metal berbahaya seperti air raksa dengan memakai solvent sebagai pelarut atau penyerap. 2. Dehydration (Penghilangan Air)
4
Proses ini sering juga disebut sebagai pengeringan, yaitu proses penghilangan uap air dengan menggunakan molecular sieve adsorbtion. Proses treating dan dehidrasi perlu dilakukan sebelum gas alam tersebut memasuki proses pencairan supaya zat-zat yang tidak diinginkan tidak ikut terbawa ke dalam proses pencairan, karena apabila zat tersebut terikut maka dapat mengganggu proses pencairan gas alam 3. Fraksinasi Selanjutnya gas akan dipisahkan sesuai dengan komponen penyusunnya pada proses fraksinasi. 4.Proses Pencairan Pada tahap ini gas akan didinginkan hingga mencapai suhu dimana gas tersebut akan mengalami pengembunan serta menaikkan tekanan gas untuk mempermudah proses pengembunannya/pencairan. 7. Proses pembuatan, penyimpanan, dan pemanfaatan O 2, H2, N2 Pembuatan gas N 2 dan O 2
Tahap pertama yaitu Filtrasi. Udara bebas yang menjadi bahan baku pembuatan gas nitrogen disaring terlebih dahulu menggunakan filter dengan kerapatan (mesh) tertentu sesuai dengan spesifikasi tekanan dan flow compressor. Kemudian Kompresi, udara yang telah di filter, diumpankan ke inlet kompresor untuk dinaikkan tekanannya.Cooling, outlet kompresor akan sangat panas, ini akan mengurangi efisiensi pada proses selanjutnya,maka dibutuhkan pendinginan sampai pada energi yang diinginkan. Purification(penjernihan), sebagai perangkap untuk unsur pengotor udara (H 2O, CO2, dan hidrokarbon). Titik beku H2O dan CO2 lebih tinggi dari N2 sehingga H2O dan CO2 akan membeku terlebih dahulu sehingga berpotensi menyumbat di bagian tertentu proses. Sedangkan hidrokarbon yang terakumulasi akan berpotensi menyebabkan ledakan. Udara yang telah bebas pengotor memasuki Heat Exchanger yang akan membawa udara pada temperatur kriogenik ( -185 C). Kemudian tahap Distilasi, pemisahan gas-gas yang terkandung pada udara bebas berdasarkan perbedaan titik didih.Oksigen lebih cenderung untuk berubah menjadi cairan (titik didih O2 = -183 C) dan menuju bawah kolom. Sedangkan Nitrogen cenderung bertahan pada bentuk gas (titik didih N2 = -195,8 C) dan menuju bagian atas kolom. Cairan yang kaya akan oksigen selanjutnya dilewatkan pada heat exchanger dengan umpan langsung udara, sehingga dihasilkan produk gas oksigen.
Pembuatan gas H 2 1. Steam Reforming: Dalam proses ini, gas alam seperti metana atau etana direaksikan dengan steam (uap air) pada suhu tinggi (700~1000oC) dengan bantuan katalis. CH4+H2OCO+3H2 CO+H2OCO2+H2 2. Gasifikasi Biomasa 3. Gasifikasi Batu Bara 4. Elektrolisa Air (H2O) : Elektrolisa air memanfaatkan arus listrik untuk menguraikan air menjadi unsur-unsur pembentuknya, yaitu H2 dan O2. Gas hidrogen akan muncul di katoda. Pemanfaatan gas N 2, O2, dan H 2
No
NITROGEN
OKSIGEN
HIDROGEN
3
1 2
3
4
5 6
Pembuatan Amoniak
Diperlukan dalam nergy pernapasan Membantu nergy peredaran darah
Pembuatan Xylitol
Sebagai gas inert Mendeteksi kebocoran gas dalam pabrik Dalam bentuk cair Bersama Gas Asetilen Digunakan dalam proses dapat membakar kutil digunakan dalam proses penghilangan sulfur pada bahan dan tumor jinak pengelasan bakar fosil menular Melindungi bahan makanan dari Digunakan dalam campuran Meningkatkan tingkat kejenuhan gangguan bakteri dan zat anestesi minyak jamur Nitrogen cair banyak Mengubah zat makanan Digunakan dalam produksi digunakan sebagai menjadi nergy hidup methanol refrigerant (pendingin) Daur Ulang Material Bahan pembuatan peledak Gas pengisi balon Komposit oxyliquit Tabel 1. Pemanfaatan Gas N 2 , O2 , dan H 2
Penyimpanan O2, N2, dan H 2
Oksigen Oksigen pada umumnya disimpan dalam tabung oksigen. Tabung oksigen adalah kapal tekanan yang digunakan untuk menyimpan gas oksigen pada tekanan atmosfer di dalam tabung dengan tekanan tinggi atau juga sering disebut “botol oksigen” Nitrogen 1. Pada bentuk gas disimpan dan ditransport dalam wadah kontainer bejana yang terbuat dari bahan baja atau dari bahan aluminium yang pada umumnya disebut tabung baja (high pressure cylinders) dengan berbagai ukuran volume. 2. Nitrogen (N2 pada bentuk cair atau kadang disingkat LIN disimpan dan ditransport dalam wadah kontainer bejana antara lain: - Tabung Dewar: dipergunakan untuk menyimpan Nitrogen cair kapasitas dibawah 50 L. - Tabung Vessel Gas Liquid (VGL) atau Portable Gas Supply (PGS): dipergunakan untuk menyimpan Nitrogen cair kapasitas 150 L keatas. - Tanki/Cryogenic Tank atau Bulk atau Isotank: dipergunakan untuk menyimpan Nitrogen cair kapasitas 1000 L. Hidrogen Tangki bertekanan Tinggi : Merupakan teknologi yang paling umum dan simpel walaupun secara volumetrik dan grafimetrik tidak efisien.Semakin tinggi tekanan, semakin besar energi per unit volume. Hidrogen tidak terkompresi mempunyai densitas energi 10,7 KJ/L, pada saat dikompresi pada tekanan 750 bar, densitas energinya meningkat menjadi 4,7 MJ/L. Namun masih jauh lebih kecil daripada gasoline yaitu ): Pada teknologi ini, gas hidrogen 34,656 MJ/L. Tangki Hidrogen Cair ( Cryogenic idcairkan pada suhu yang sangat rendah. Pada tekanan 1 atm, dibutuhkan temperatur hingga 22 K. Energi yang dibutuhkan untuk mendinginkan hidrogen cukup besar hingga mencapai 1/3 energi yang disimpan. Densitas Energi hingga mencapai 8,4 MJ/L. Walaupun sangat berat, namun volumenya lebih kecil daripada tangki tekanan tinggi sehingga cocok untuk aplikasi statis. Logam dan alloy: Logam atau paduan logam
4
(alloy) menyerupai sponge yang dapat menyerap hidrogen. Hidrogen akan terabsorpsi pada ruang interstitial pada kisi kristal logam sehingga hidrogen tidak mudah terbakar dan lebih aman.Contohnya TiFe (1,5 wt%) dan Mg2 NiH4 (3,3 wt%) Kimiawi: Pada metode ini, hidrogen disimpan dalam bentuk senyawa kimia lain yang lebih aman. Pada saat akan digunakan, baru senyawa ini diubah menjadi hidrogen melalui reaksi kimia. Fisisorpsi: Pada metode ini, hidrogen diadsorpsi pada permukaan bahan berpori seperti nanofiber grafit, nanotube karbon, zeolit dan Metal Organic Framework (MOF). PART B 1. Terdapat beberapa postulat yang mendasari teori kinetika gas, yaitu Hukum Boyle, Hukum Charles, Hukum Avogadro, dan Hukum Graham. Hukum Boyle menerangkan bahwa tenaga kinetik berbanding lurus dengan tekanan absolut, sehingga pada T tetap, PV juga tetap. Hukum Charles menerangkan bahwa pada P tetap, K 2T tetap. Hukum Avogadro menerangkan bahwa pada temperature dan tekanan sama, gas-gas yang volumenya sama mempunyai jumlah molekul yang sama pula.
Menurut penjelasan distribusi kecepatan molekul, semakin kecil massa suatu molekul, maka kecepatan molekul tersebut akan semakin besar. Jika kita mengasumsikan kendaraan-kendaraan pada problem ini sebagai molekul-molekul gas dengan nilai yang sama, maka hubungan tersebut benar dan masuk akal.
2. Pada soal ini, yang diinginkan adalah nilai frekuensi tumbukan, jalan bebas ratarata, dan viskositas gas bila diasumsikan nilai diameter mobil/molekul adalah s. Untuk mencari frekuensi tumbukan, dapat digunakan persamaan ini :
√
dimana, f = frekuensi = kecepatan molekul rata-rata (km/jam) = diameter molekul (s) = jumlah molekul
sehingga,
√ √ √ √
untuk arah kendaraan ke Jakarta. Sedangkan, untuk jalan bebas rata-rata, kita menggunakan persamaan :
untuk kendaraan arah Jakarta. Terakhir untuk mengetahui nilai viskositas gas, dapat digunakan persamaan
5
PART C 1. Kurva P-V-T
Kurva P-V-T menjelaskan bagaimana keadaan fase suatu zat dengan hubungan suhu, tekanan, dan volume. Apabil suatu cairan dipanaskan maka akan terbentuk uap, akan tetapi batas antara fase cair dengan fase gas tidak dapat berlanjut melainkan akan berhenti di suatu titik dimana fase gas atau pun fase cairan tidak dapat dibedakan lagi. Titik tersebut dinamakan titik kritis sedangkan titik superkritis adalah titik diatas titik kritis. Cairan superkritis memiliki beberapa manfaat antara lain: Kromatografi, pemisahan didasarkan pada program dengan cairan superkritis sebagai fase umum. Kelebihan dalam kromatografi gas adalah ektrasinya lebih cepat dari yang biasa. Digunakan teknik pengolahan lingkungan dengan remediasi tanah dan karbon aktif untuk zat berbahaya seperti heksana CO2 digunakan dalam industry makanan minuman
Gambar 2. Kuva P-V-T 2. Pemanfaatan CO 2 superkritis Superkritis CO2 memiliki karakteristik yang sangat unik yaitu memiliki kerapatan seperti cairan lalu memiliki sifat difusi seperti gas, dan juga memiliki nilai tegangan muka nol. Dengan sifat yang unik inilah CO2 digunakan sebagai altenatif “green solvent” untuk mengektrak atau mengambil senyawa senyawa yang dibutuhkan. Kemampuan difusi seperti gas, membuat CO2dapat diuapkan dari material tanpa meninggalkan residu. Pada industry makanan CO2 superkritis dapat digunakan untuk memisahkan zat yang tidak diperlukan manusia. Superkritis CO2 dapat digunakan untuk memisahkan cafein dan kopi. Pada bidang medis proses proses pembuatan, modifikassi dari polymer polymer sudah penggunaan bergeser dari penggunaan pelarut organik ke penggunaan CO2 superkritis. Dalam biomedis, diperlukan material berpori yang dapat menjadi media tumbuh dari sel dalam tubuh manusia. Dengan sifat gas CO 2 maka gas tersebut akan meninggalkan material biomedis tanpa meninggalkan residu. sehingga produk – produk biomedis tidak mengandung sisa pelarut seperti yang seringkali terjadi pada penggunaan pelarut organik.
6
Pada bidang biopolymer, dikembangkan penelitian proses-proses pembuatan atau modifikasi menggunakan superkritis karbon dioksida. Perkembangan terkini, Biomaterial Research Center Korea Institute of Science and technology telah mengoptimalisasi pemanfaatan superkritis CO2 dipadu dengan sedikit pelarut organik untuk proses modifikasi biopolimer polilaktida. Sistem yang dikembangkan dikenal sebagai superkritis CO2-pelarut (Supercritical CO2-solvent system). Produk modifikasi biopolimer tersebut dikenal sebagai stereokomplek polilaktida yang memiliki titik leleh lebih tinggi 50oC dibanding polilaktida biasa. Stereokomplek polilaktida terbentuk karena adanya interaksi antara poli D-laktida dengan poli Llaktida. BAB III KESIMPULAN PART A:
Pada soal perhitungan tekanan yang dimiliki oleh gas ideal dan gas nyata, hasilnya tidak jauh berbeda, yaitu sebesar 1,67 atm dan 1,71 atm.
PART B: Gas terdiri dari partikel-partikel yang sangat kecil disebut molekul. Molekul-molekul ini selalu bergerak ke segala arah dan selalu bertumbukan dengan molekul-molekul yang lain. Tumbukan molekul terhadap dinding menyebabkan terjadinya tekanan pada dinding. Pada tumbukan tidak ada tenaga yang hilang (elastis sempurna). Pada tekanan relative rendah, jarak antara molekul terlalu besar dibandingkan dengan jarak antar molekul sehingga gaya tarik antar molekul dapat diabaikan Karena molekul-molekul sangat kecil dibandingkan dengan jar kantar molekul, maka volume molekul dapat diabaikan dan molekul dianggap sebagai titik-titik massa Temperatur absolut berbanding lurus dengan tenaga kinetic rata-rata dari semua molekul dalam sistem.
PART C: Sifat cairan superkritis memiliki manfaat yang banyak yang dapat diaplikasikan dalam kehidupan sehari-hari, contohnya karbon dioksida cair.
BAB IV DAFTAR PUSTAKA
https://www.chem.purdue.edu/gchelp/liquids/character.html (diakses 19 September 2015)
www.einow.org/liquified_natural_gases (diakses 20 September 2015) Atkins, P.W. 1986. Physical Chemistry Third Edition. Oxford: Oxford University Press. Bird, Tony. 1987. Kimia Fisika untuk Universitas. Jakarta: Gramedia.
7
