KIMIA TEKNIK Mesin

GAS

GAS

1.

1. SiSifafat-t-sisifafat Gat Gas :s : Gas tda :

Gas tda :

Molekul-molekul : Molekul-molekul : a.

a. MolekMolekul bergerul bergerak menurak menurut jalan yut jalan yang lurus ke sang lurus ke segala aregala arah dengah dengan kecan kecepataepatann tinggti

tinggti b.

b. MolMolekuekul l seselallalu u berbertumtumbukbukan, baik antaan, baik antar r molmolekuekul l maumaupun denpun dengan bejagan bejana (→na (→ tekanan)

tekanan) c.

c. Molekul-molekul gas Molekul-molekul gas volumenya <<< V volumenya <<< V bejana; → bejana; → rapat gas << raprapat gas << rapat cairanat cairan << rapat zat padat.

<< rapat zat padat.

Karena a*), maka gas yang satu mudah bercampur dengan gas yang lain Karena a*), maka gas yang satu mudah bercampur dengan gas yang lain (asal tidak bereaksi)

(asal tidak bereaksi) Misal : N

Misal : N22 dan Odan O22 > CO> CO22 dan Hdan H22

Gas ideal Gas ideal Gas dibedakan

Gas dibedakan

Gas Non ideal (Nyata) Gas Non ideal (Nyata)

Gas

Gas ideal ideal : : Yakni Yakni gas gas yang yang mengikuti mengikuti secara secara sempurna sempurna hokum-hukumhokum-hukum Gas (Boyle, Gay LussaC)

Gas (Boyle, Gay LussaC)

Gas Non ideal (Nyata) : yaitu gas yang hanya mengikuti hokum-hukum gas Gas Non ideal (Nyata) : yaitu gas yang hanya mengikuti hokum-hukum gas pada P. rendah)

pada P. rendah)

Gas ideal sebenarnya tidak ada hanya merupakan gas hipotetis Gas ideal sebenarnya tidak ada hanya merupakan gas hipotetis Pada gas ideal dianggap, bahwa :

Pada gas ideal dianggap, bahwa :

-- molekul-molekulnya tidak tarik menarikmolekul-molekulnya tidak tarik menarik

-- volume molekulnya volume molekulnya dapat diabaikan dapat diabaikan terhadap vterhadap volume ruangan olume ruangan yangyang ditempati

ditempati Sif

Sifat at ideideal al dapdapat at diddidekekati ati oleoleh h gas gas sejsejati ati berberatoatom m 2 2 atoatom m papada da “tek“tekanaanann rendah” dan

rendah” dan pada pada “temperature y“temperature yang relative ang relative tinggi”tinggi”

2.

2. HuHukukum-m-HuHukukum Gam Gass a.

a. Hukum BoyleHukum Boyle (1662).(1662). Dalam batas-batas k

Dalam batas-batas kesalahan esalahan percobaan Robpercobaan Robert Boyle (1662) mendert Boyle (1662) mendapatkan “apatkan “ “Volume dari sejumlah tertentu gas pada temperature tetap,

berbanding terbalik dengan tekanannya” berbanding terbalik dengan tekanannya” Secara matematis dapat dinyatakan :

Secara matematis dapat dinyatakan : V  V  _::::  p  p 1 1 atau atau V V == 11 1 1  K   K   PV   PV   P   P   K   K 

=

=

→

→

V 

V  = = Volume Volume gasgas P = Tekanan gas P = Tekanan gas K

K11 = = tetapan yang betetapan yang besarnya tergantung : sarnya tergantung : temperature, massa gastemperature, massa gas, jenis gas, jenis gas dan satuan P dan V

dan satuan P dan V Pada

Pada T T = Tetap = Tetap ::

1 1 2 2 2 2 1 1 1 1V V   P  P  V V  K K   P   P 

==

==

atau atau 1 1 2 2 2 2 1 1 V  V  V  V   P   P   P   P 

==

P (atm) P (atm) 1000 100000_KK `800 `80000 _KK 600 60000 _KK 400 40000 _KK 200 20000 _KK V (liter) V (liter) Grafik Isotermal untuk 1 mole gas Grafik Isotermal untuk 1 mole gas

 b.

 b. Hukum Charles dan Gay LussacHukum Charles dan Gay Lussac Charles

Charles(1787) (1787) : : dalam dalam percobaan percobaan mendapatkan mendapatkan bahwa bahwa gas gas HH22, udara,, udara, CO

CO22 dan Odan O22, pada , pada tekanan “(P) tekanan “(P) tetap”, tetap”, pemanasanpemanasan antara 0 – 80

antara 0 – 8000 _{C Volumenya berkembang denganC Volumenya berkembang dengan}  jumlah yang tetap.

 jumlah yang tetap.

Gay Lussac

`` Semua gaSemua gas yang dipans yang dipanaskaaskan pada tekann pada tekanan tetap,an tetap, volumenya bertambah sebesar 

volumenya bertambah sebesar   X  X  273 273 1 1 volumenya volumenya pada O

pada O00_{C atauC atau}

0 0 15 15 ,, 273 273 1 1 V  V   x  x Oleh karena itu : Jika : V

Oleh karena itu : Jika : V00 = Volume gas pada O= Volume gas pada O00 CC V

V = Volume = Volume gas pagas pada tda t00_{C, makaC, maka} 0 0 0 0 15 15 ,, 273 273  x x V V  t t  V  V  V  V 

==

++

 

 

 

 

 

 



 

 

 

  ++

==

15 15 ,, 273 273 1 1 0 0 t t  V  V 

 

 

 

 

 

 



 

 

 

 

++

==

15 15 ,, 273 273 25 25 ,, 273 273 0 0 t t  V  V  : : jika jika :273,15 :273,15 + + t t = = T T ((00 _K)K) 273,15 273,15 = = TT00 ((00 K)K) maka; maka; 0 0 0 0 0 0 0 0 T  T  T  T  V  V  V  V  V  V  T  T  T  T  V  V 

_ 

_ 

 

 

==

→

→

==

 

 

 

 



 

 

 

 

atau :

atau : V V   K  K  T T  untuk untuk   P  P  Coust Coust  T  T  T  T  V  V  V  V 

==

==

→

→

==

22 1 1 2 2 1 1 2 2

Jadi : Volume sejumlah tertentu

Jadi : Volume sejumlah tertentu gas pada tekanan tetap berbandinggas pada tekanan tetap berbanding lurus dengan temperature absolutnya

lurus dengan temperature absolutnya Hubungan V dan T Hubungan V dan T P = 2 atm P = 2 atm P = 2 atm P = 2 atm - 30 - 30 V V (ℓ) (ℓ) P P = = 3 3 atmatm - 20 - 20 P = 5 atm P = 5 atm -10 -10 0 0 200 200 400 400 600 600 800 800 10001000 T T ((00 _K)K) Grafik Isobar untuk 1 mole gas.

c.Hukum Boyle - Gay Lussac Keadaan I Gas 1 1 1 :  P  , T  V  Keadaan II Gas 2 2 2 ,  P  , T  V  A (Isoterm) B (isobar) Keadaan Peralihan 1 2 , ,  P  T  Vx

Pada perubahan A, menurut hokum Boyle :

1 1 2 .V   P .V   P   _χ 

=

2 1 1 .  P  V   P  V  _χ 

=

Pada perubahan B, menurut hokum Gay Lussac :

2 1 1 1 2 2 1 2 2 _.  P  V   P  V  T  T  V  V  T  V  T  V   x  x  x

→

=

←

=

=

maka : 1 2 2 1 1 2 . T  T   P  V   P  V 

=

 K  T   P  V  T   P  V  T  V   P  T   P  V 

=

=

→

=

1 1 1 2 2 2 1 1 1 2 2 2 atau : K = tetapan

merupakan rumus umum, yang menyataka hubungan antara P, V, dan T suatu gas.

Hukum Boyle dan Gay Lussac, hanya menyatakan pada keadaan-keadaan Yang khusus.

Pada T tetap PV = K 1 (Boyle) 3

 K 

T 

 PV 

Pada P tetap  K ₂ T 

V 

=

(Gay Lussac)

Tetapan Gas Umum

PV = KT → K ditentukan oleh : - Jumlah mole gas

- Satuan P dan T, Hp tidak tergantung jenis gas Pada P dan T tertentu, K :: V atau Jumlah mole gas

Tiap mole = R, maka

K = n R → R = tetapan gas umum (untuk 1 mole gas)  Atau

PV = n RT --- per. Gas ideal

R =  Kelvin derajat   x mole  panjang   x luas  x luas  gaya =  K   x mole  panjang   x  gaya o =  K  mole tenaga atau  K  mole Usaha o o  K  mole atm  x  x  R atm  P  liter  V   Bila o  08206 , 0 15 , 273 1 415 , 22 1

=

=

→







=

=

Bila V = cc  P = atm  K  mole atm cc  x  x T  n  PV   R 82,06 . ₀ 15 , 273 1 22415 1

=

=

=

Biasanya R dinyatakan dalam erg, joule, atau kalori.  K  mole erg   x  R ₀ 7 10 315 , 8

=

 K  mole  joule 0 315 , , 8

=

 K  mole kal   R 1,987 0 184 , 4 315 , 8

=

=

Kal = 4,184 joule 2.5. Hukum Dalton

Pada temperature tetap, tekanan total suatu campuran gas sama dengan jumlah tekanan parsialnya.

Ptotal = P1 + P2 + P3 + ………… Pn

P1, P2, P3 dan seterusnya = tekanan parsiil

Tekanan Parsiil gas = tekanan dari gas tersebut bila sendirian di Dalam ruangan.

Bila untuk masing-masing gas dalam campuran dikenakan hokum gas ideal, maka : Ptotak = V   RT  n V   RT  n V   RT  n1 2 3 + + =

(

)

V   RT  n n n₁

+

₂

+

₃ t  n n n n₁

+

₂

+

₃

=

V   RT  n  P _total 

=

t 

Masing-masing tekanan parsial gas mempunyai hubungan dengan tekanan tptal sebagai berikut :

V   RT  n V   RT  n  P   P  V   RT  n  P  V   RT  n  P  t  tot  t  tot  1 1 1 1

=

→













=

=

 RT  n V  V   RT  n  P   P  t  tot  . 1 1

=

tot  t   P  n n  P  1 . 1

=

Dengan cara yang sama; maka :

tot  t   P  n n  P  2 . 2

=

ttot  t   P  n n  P ₃

=

3 . _Dst

=

t  n n₁

. ; ; 2 ₂ 3 ₃ 1 1  _{N  dst}  n n  N  n n  N  n n t  t  t 

=

=

=

Jumlah mole fraksi dalam campuran = 1

2.6. Hukum Amagat

Di dalam tiap-tiap campuran gas, Volume total gas sama dengan  jumlah volume parsialnya

n total  V  V  V  V  V 

=

₁

+

₂

+

₃

+

...  parsial  Vol  dst  V  V  V ₁, _{2, 3} .

=

.

Volume parsial gas di dalam campuran ialah volume gas tersebut, bila sendiran dalam ruang, pada temperature dan tekanan campuran. Sesuai dengan H. Dalton, di sini juga dapat dinyatakan bahwa :

. ; 2 ₂ 1 1  _{N  dst}  V  V   N  V  V  tot  ttotal 

=

=

2.7. Hukum Graham

Pada temperatur dan tekanan tetap, kecepatan diffusi berbagai-bagai gas berbanding terbalik dengan akar rapatnya atau berat molekulnya.

1 2 2 1 d  d  V  V 

=

 gas rapat  d  d  diffusi kecepa V  V 

=

=

2 1 2 1 , tan ,

Pada P dan T sama, dua gas mempunyaivolume moler sama

1 2 1 2 2 1 . .  M   M  V  d  V  d  V  V  m m

=

=

M1, M2 = berat molekul gas

Vm = Volume molar gas

NB M ( berat molekul) = Jumlah berat atom

3. Teori Kinetik Gas

Sifat gas berdasarkan Teori Kinetik Gas (oleh Bernawi 1738, Clausius,

Boltzmann, Vander Waals dan Jeans)

3.5. Gas tda partikel-partikel sangat kecil (= molekul) massa dan besanrya sama untuk tiap-tiap jenis gas

3.6. Molekul-molekul selalu bergerak ka segala arah & selalu bertumbukan, baik antar molekul maupun dengan dinding.

3.7. Tumbukan molekul >< dinding → Tekanan (F/A)

3.8. Tumbukan lenting sempurna, tidak ada Tenaga yang hilang

3.9. Pada P relatif rendah, jarak antar molekul >>> Ø molekul itu sendiri → gaya tarik antar molekul diabaikan

3.10. Karena molekul sangat kecil <<< jarak antar molekul, → V molekul dapat diabaikan dan molekul-molekul dianggap sebagai titik-titik bermassa. 3.11. Temperatur absolut Tenaga Konetik rata-rata dari semua m,olekul dalam sistem.

Rumus gas yang diturunkan secara matematis atas dasar anggapamn di atas, sesuai dengan hasil-hasil percobaan.

Kita ambil suatu Kubus yang berisi n1 _{melekul gas}

m = massa masing-masing molekul

µ

= Kecepatan molekul, yang diuraikan menjadi 3 komponen

µ

x >

µ

y dan

µ

z, pada sumbu x, sumbu y dan sumbu z

µ

2 ₌

µ

2_{x +}

µ

2_{x +}

µ

2_x

µ

= kecepatan akar rata-rata kuadrat

“CAIRAN”

Cairan mempunyai volume tetap dan hanya sedikit dipengaruhi oleh tekanan. Rapat dan Viscousitasnya > gas

bercampur sempurna Cairan-cairan bercampur sebagian

tidak bercampur 

Dari Teori Kinetik Gas :

- Cairan adalah kelanjutan dari fase gas

- Cairan mempunyaai gaya tarik antar molekul (kohesi) yang kuat, sehingga dapat menahan volumenya untuk tetap.

- Namun demikian molekul-molekulnya masih dapaat bergerak bebas, hanya gerakannya tidak sebebas Gas.

- Cairan merupakan bagian darri Zat alir (fluid), kemampuan alirnya tergantung besar kecilnya Kohesi dan adhesi.

- Kohesi Viscousitas kemampuan alir 

- Gaya yang bekerja antara molekul-molekul cairan berupaa “gaya Vander  Waals”

- Gaya Vander waals assosiasi molekul

1. Keadaan Kritis Cairan

Cairan

Bila air diletakkan dalam bejana tertutup, akan mempunyai tekanan uap tertentu.

↑↓↑↓↑↓↑↓

Tekanan uap air dalam bejana tergantung “suhu “ misal : P pada t = 25 0_{C = 23, 76 mm Hg}

P pada t = 100 0_{C = 760 mm Hg}

Jika suhu dinaikkan terus, tekanan uapjuga bertambah, tetapi selalu ada dalam kesetimbangan antara air dan uap.

 Air Uap

( )

O

 H ₂  H ₂O_{( )v}

Pada suhu 374,4 0_{C, batas antara air dan uang hilang}

 Air dalam keadaan ini disebut pada titik Kritis dan Volume molarnya disebut “Volume Kritis”.

Untuk air : tc = 374,4 0C pc = 219,5 atm Vc = 58,7 CC/mole

Hubungan P-V-T Cairan dan Gas

 Andreas :mengatur variasi volume CO2 dengan tekanan pada temperatur  tetap

Didapat hasil : CO2 mempunyai temperatur kritis 20,98 0C dan tekanan Kritis 73 atm.

Pada : 48,1 0_{C gas CO}

2 tidak mungkin dicairkan

30,980_{C dan tekanan 7333 atm, mulai terdapat CO}

2 cair  Sehingga : 30,98 0_C,

Misal : 21,5 0_{C, bila CO}

2 ditekan akan mencair  Selama pencairan tekanan tetap

Selama ini ada keseimbangan :

( )

2

CO _{( )}

V 

CO₂

Setelah semua CO2 mencair, penambahan tekanan hanya menambah tekanan dari CO2 dan grafik naik dengan tegak.

V = Vapour  = gas

   T  e    k  a   n   a   n    (  a    t  m    ) C D Grafik 1 sothermol CO2 12 0 48,1 0_C 35,5 0_C 32,5 0_C 31,1 0_C 30,98 0_C A 21,5 0_C B 11 0 10 0 90 80 70 60 13,1 0_C 50 40 0 80 120 160 200 240 280 Volume CC

Prinsip Kontinuitas Keadaan

Menurut prinsip ini, fase cair merupakan kelanjutan dari fase gas. (lihat grafik P – V – T CO2).

Kalau kita mengubah cairan CO2 dari A ke B pada temperatur sama, akan melalui perubahan fase yang jelas. Tetapi kalau perubahan itu melalui C, D kemudian B, maka perubahan fase cair ke gas pada saat melalui garis isoternal kritis, tidak dapat diikuti.

 Atas dasar ini, persamaan keadaan untuk gas berlaku pula untuk keadaan kritis atau bahkan keadaan cair.

Persamaan Van der Waals untuk Isotermal CO2 Persamaan Van der Waals :

 RT  b n V  V  a n  P 

_ 

 

=

 

 



 

  −

 

 

 

 

 

 

+

2₂ bola : n = 1

→

(

V  b

)

RT  V  a  P 

 

−

=

 

 



 

  +

₂

Menurut prinsip kontinouitas keadaan, pers tersebut dikenakan pada temperatur.

- di atas

- pada Temperatur kritis - di bawah

 _{Untuk temperatur : di atas dan pada temperatur kritis, hasil hitungan} sama dengan percobaan

 _{Unruk temperatur : di bawah temperatur kritis terdapat sedikit} perbedaan.

Namun demikian bila penekanan dilakukan perlahan-lahan keadaan akan cocok dengan percobaan, hanya keadaan ini tidak stabil.

Penetapan tetapan Vaan Deer Waals

Bila peersamaan Vander Waals berlaku pada temperatur kritis, maka tetapan Van der Waals, a dan b dapat dihitung :

P + ₂ V  a V – b = RT PV3 _{- V}2 _{(Rt + Pb) + aV – ab = 0} V3 _-

 

 

 



 

  +

 P   Pb  Rt  V2 ₊

 

 

 

 



 

 

 p a V - p ab = 0

Persamaan ini akan menghasilkan 3 harga V = untuk tiap harga P dan T Pada 25 0_{C, harga V ialah b, c dan d}

Pada 50 0_{C, harga V nyata satu, sedangkan pada temperatur kritis ketiga}

harga tersebut sama, yaitu sama dengan Vc V = Vc → V – Vc = 0

hingga :

(

V 

−

V _c

)

3

=

0

V3 _{- (3 V}

Persamaan ini identik dengan persamaan di atas, hingga : 3 Vc = c c c  P  b  P  T   R

+

⋅

3 Vc2 = c c c  P  V  a  P  a

⋅

=

→

2 3 Vc3 = a  P  V  b  P  ab _{c c} c

⋅

=

→

3 = c c c c  P  V   P  V 

⋅

×

⋅

₂ 3 3 1

Harga : Vc paling tidak tepat dibandingkan dengan Pc dan Tc, sehingga lebih

baik a dan b dicari dari Pc dan Tc.

b = 3 c V  , 3 Vc = c c c  P   P  b T   R

+

. b = c c  P  T   R 8 a = 3V _c2

⋅

P _c; b = 3 c V  ; b = c c  P  T   R 8 a = 3 (3b)2 _P c =

( )

 Pc T   R  P   P  T   R _c c c c 64 27 8 9 3 2 2 2

=

⋅

 

 

 

 



 

 

Harga R juga dapat diperoleh dari pers :

3 ; 3 b Vc  Pc  Pc b Tc  R Vc

=

+

=

c Vc  Pc Tc Vc  Pc  R

Τ

=

=

2,67 3 8  b = 3 c V 

1.6. Tetapan Kritis Gas

Dalam tabel berikut diberikan tetapan Gas pada temperatur kritis, yaitu tc, Pc dan dc (rapat kritis).

Rapat Kritis ialah massaa zat tiap cc pada “titik Kritis”. Mathias & Cailletet mendapatkan, bahwa :

harga rata-rata hitung rapat dalam keadaan cair dan uapnya yang setimbang merupakan fungsi linier dari temperaturnya dalam 0_C.

t = A + B

 

 

 



 

  +

2 v l  d  d 

dl = rapat cairan dv = rapat vaper (uap)

Pada temperatur kritis tc, maka dv= dl = dc sehingga persamaan menjadi :

tc = A + B

 

 

 



 

 

2 2d _c = A + Bdc

Bila tc diketahui, maka dc dapat ditentukan lebih tepat dari pada mengukur dc

secara langusng.

 Tem p

0_C

Tc = 157,5 0C Gambar :

Variasi rapat rata-rata SO2

terhadap Yemperatur 160 120 80 40    d  v    d    l 0 0,4 0,8 1,2 1,6 rapat (gr/cc)

Tabel. 4.1. Tetapan Kritis Gas

Gas Tc (0C) Pc (atm) Dc (gr/cc)

NH3 132,4 111,5 0,235

CO2 30,98 73,0 0,460

Cl2 144,0 76,1 0,573

Ho - 267,9 2.26 0,0692

H2 O 374,4 219,5 0,307

Persamaan Keadaan Tereduksi Persamaan Van der Waals :

(

v b

)

RT  V  a  P 

 

−

=

 

 



 

  +

₂ a = 3 Vc2 . Pc c c c c c c T  T  V   P  a V  V  V   P  V   P  3 3 3 2 2

=

 

 

 



 

  −

 

 

 

 





 

 

_⋅

+

→

b = 3 c V   E  T  V  V  V  V   P   P  c c c 3 8 3 1 3 2 2

=

 

 

 

 



 

 

−

 

 

 

 





 

 

+

berlaku untuk semua zat cair dan gas.

c  P   P  = Pr = tekanan tereduksi c V  V  = Vr = volume tereduksi c T  T  = Tr = temperatur tereduksi Pencairan Gas

Cara pencairan suatu gas tergantung dari jenisnya. Untuk gas-gas yang mempunyai titik caair di sekitar suhu kamar dan tekanan atm, mudah dicairkan hanya dengan penekanan.

Contoh : - Gas Cl2 - Gas NH3 - Gas SO2 - Gas CH4Cl

(

_r 

)

_r  r  r  V  T  V   P  3

_ 

 

3

−

1

=

8

 

 



 

 

+

- Gas H2S - Gas freon (CF2 Cl 2)

Gas-gas tersebut di atas :

- mempunyai temperatur Kritis yang tinggi

- mudah dicairkan sehingga banyak digunakan untuk refregenerator 

rumah tangga

Untuk gas dengan temperatur kritis rebndah, sebelum dapat dicairkan, temperaturnya harus diturunkan di bawah temperatur kritis.

Untuk memperoleh temperatur rendapat dilakukan :

- pengembangan adiabatis

(joule – Thomson – effect : Linde Proses)

- pengembangan adiabatis dengan melakukan kerja

(Claude-Proses)

(Dibahas lebih lanjut pada Thermodinamika). 2. Tekanan Uap Cairan

2.1. Arti Tekanan Uap

Penguapan cairan terjadi karena molekul;-molekul cairan di permukaan cairan meninggalkan cairan. Molekul-molekul ini mempunyaai tenaga lebih besar daripada tenaga rata-rata dalam cairan :

 _{Penguapan tidak terjadi terus menerus, sebab sebagian dari uap kembali}

ke dalam cairan

 _{Bila kecepatan penguapan dan pengembunan sama maka terjadi}

kesetimbangan. Tekanan uap pada kondisi setimbang disebut “tekanan uap jenuh” atau tekanan uap.

Banyaknya panas yang diperlukan untuk menguapkan cairan tergantung dari :

- jenis cairan

- banyaknya cairan - temperatur  

Untuk suatu temperatur tertentu, banyaknya panas yang diperlukan untuk menguapkan 1 mole cairan disebut “panas penguapan molar” (

•

Δ Hv)

 Δ Hv = Hv - Hl

Hl = entalpi Cairan Karena : Δ H = Δ E + PΔ V

maka :

Δ Hv = berharga positif   Δ V = Vv - Vl

P = tekanan Uap cairan 2.2. Variasi Tekanan

Tekanan Uap = fungsi dari temperatur 

Makin tinggi temperatur, makin besar tekanan uapnya dan mencapai “harga maksimal” pada “temperatur Kritis”

Menurut Teori Kinetik, bilai temperatur diperbesar maka :

Molekul-molekul cairan dengan tenaga tinggi bertambah, hingga lebih banyak yang meninggalkan cairan

Pada Tc

Tidak ada

Fase Cair  Tekanan Uap lebih besar 

Kenaikan tekanan Uap :

- lambat pada temperatur rendah - sangat cepat pada temperatur tinggi

perubahan tekanan uap terhadap temperatur dapat dinyatakan deeengan persamaan Clausius – Clapeyron : ) (V ₂ V ₁ T   H  dT  dP 

−

∆

=

P = tekanan uap pada temperatur T

V2 = Volume Uap (Vv) V1 = Volume Cairan (Vl) Δ H = panas penguapan (Δ Hv) dT  dP  =

(

_{v l} 

)

v V  V  T   H 

−

∆

Pada temperatur jauh dari temperatur Kritis Vl <<< Vv dan bila Uap dianggap ideal, maka :

2 . .  RT   P   H  V  T   H  dT  dP  _v v v

=

∆

∆

=

dT   P  dP  = ln ₂ T   R  H  T  d   P  d 

∆

=

P Vv = RT Vv =  P   RT  Bila

∆

 H 

≠

 f  

( )

T  2 ln T  T  d   R  H   P  d 

=

∆

v

•

1 2 ln C  T  dT   R  H   P 

=

∆

v

+

∫ 

= - 1 1 C  T   R  H _v

+

 

 

 



 

 

∆

C  T   R  H   P 

=

−

∆

v

⋅

1

+

303 , 2 log C dan C1 _{= tetapan}

Ini berarti bahwa grafik Log P terhadap

T  1 linier dengan tg

α

= - R  H _v 303 , 2

∆

dan titik potong terhadap sumbu log P = C.

Persamaan di atas dapat diselesaikan dengan cara lain :

2 ln T  dT   R  H   P  d 

=

∆

v

⋅

∫

2

=

∆

∫ 

1 2 1 2 ln  p  p T  T  v T  dT   R  H   P  d 

 

 

 

 





 

  −

∆

=

2 1 1 2 1 2 ln T  T  T  T   R  H   P   P  _v

 

 

 

 



 

 

−

∆

=

2 1 1 2 1 2 303 , 2 log T  T  T  T   R  H   P   P  _v

Billa Δ Hv dan T, baru persamaan :

2 ln T   R  H  T  d   P  d 

∆

_v

=

diintegrasikan

... log log

=

−

+

C  T 

+

DT 

+

T   B  A  P  Contoh Soal :

Untuk benzena tekanan Uap pada 0 0_{C = 26,5 mm Hg dan pada 60} 0_{C =}

388,6 mm Hg. Berapa Δ Hv benzena?.

TEGANGAN MUKA CAIRAN

Gaya tarik antara molekul-molekul yang sejenis disebut : “KOHESI”, sedang gaya tarik antara molekul tidak sejenis disebut “ADHESI”. Molekul-molekul air dan gelas mempunyai adhesi yang besar, hingga air dapat membasahi gelas. Sebaliknya antara air raksa dan gelas adhesinya kecil sekali, hingga air raksa tidak membasahi gelas.

Molekul-molekul cairan bagian dalam ditarik oleh molekul-molekul lain ke segala arah, tetapi molekul-molekul pada permukaan cairan hanya ditarrik ke arah dalam.

 Akibat hal ini, cairan selalu ingin memiliki permukaan terkeccil atau cairan selalu ingin mengkerut. Misalnya tetesan cairan selalu berbentuk bulat. Berhubungan dengan hal ini, bila permukaan cairan diperluas, ada gaya yang melawan/ menahan, seakan-akaan permukaan cairan diperluas, ada gaya yang melawan/menahan, seakan akan permukaan cairan mempunyai tegangan.

Tenaga yang diperlukan untuk memperluas permukaan sebesar 1 cm2 _disebut

tegangan muka (erg/cm2_).

Tegangan muka juga didefinisikan sebagai :

Gaya yang bekerja pada permukaan cairan sepanjang 1 cm, sejajar dengan permukaan cairan (dyne/cm).



←

←

←

←

←

F

Permukaan cairan dapat diperluas dengan gaya tetapi bila gaya ini hilang, cairan kembali ke keadaan semula. Ini disebabkan adanya gaya tarik antar molekul cairan pada permukaan.

Kala tegangan muka besarnya

∂

,

gaya ke kiri akibat tegangan muka : 2 

∂

lebar kawat L cm

 Angka 2 menunjukkan dua sisi permukaan cairan (dua film). Maka dalam kesetimbangan :

F = 2 

∂ → ∂

₌



2

 F 

Penetapan Tegangan Muka a. Cara Kenaikan Kapiler 

F1 h F2 F1 : 2

π

r 

∂

Cos

θ

F2 :

π

r 2h d g r : Jari-jari Kapiler  d : Rapat cairan g : Percepatan grafitasi

∂

: Tegangan muka cairan

H2O h : Tinggi cairan dalam kapiler  

Keadaan Setimbang :

∑

Fy = 0

→

F1 – F2 = 0 2

π

r 

∂

Cos

θ

=

π

r 2_{h d g}

∂

= θ  Cos  g  d  h r  2

θ  = sangat kecil, hingga dianggap Cosθ 

=

1 _{maka =}

Contoh : Etand pada 20 0_{C dalam kapiler naik 5,76 Cm. Bila radius Kapiler =}

0,010 Cm rapat etanol pada 20 0_{C = 0,769.}

Berapakah

∂

etanol? Jawab : 2  g  d  h r 

=

∂

2 7 , 980 769 , 0 76 , 5 01 , 0 2  x  x  x  g  d  h r 

=

=

∂

= 22,3 dyne/cm

b. Cara dua Pouy

Cincin platina dimasukkan dalam Cairan.

F1 Gaya yang diperlukan untuk

me-lepaskan cincin dari cairan diteliti dengan kesetimbangan. Gaya karena tegangan muka = 2

∂



 _{= panjang cincin (lingkaran)}

Gaya beban : F = mg

→

2

∂

 _{= mg}

∂

= mg

---2

Faktor-faktor yang mempengaruhi tegangan muka (

∂

) :

1. Kecuali dipengaruhi oleh jenis cairan,

∂

juga dipengaruhi oleh temperatur. Bila temperatur makin tinggi,

∂

makin turun. Untuk air antara 20 – 30 0_{C perubahan}

∂

rata-rata 0,16 dyne/cm/0_C.

- Adanya elektrolyt pada air menaikkan

∂

- Adanya : sabun

zat surface activeagans alkohol dan asam

atau surfactance, menurunkan

∂

air 

Cepat Cairan dapat mengalir 

lambat

Cairan yang mengalir cepat : air, bensin, alkohol, dll Cairan yang mengalir lambat : oil, ter, pelumas dll.

Cepat/lambat aliran liquid dipengaruhi oleh besar kecilnya kohesi/adhesi.

Viscousitas Kecepatan aliran cairan

Viscousitas = gaya tahan lapisan cairan dengan lapisan lainnya.

Satuan Viscousitas = “poise” V1

V2

Satu poise = Viscousitas cairan bila gaya ldyne dipergunakan untuk meng-gerakkan lapisan yang luasnya 1 cm2_{, yang jaraknya 1 cm dari}

lapisan lain, sebesar 1 cm/detik lebih cepat.

Cairan mempunyai gaya gesek lebih besar untuk mengalir dari pada gas

→

Viscousitas Cairan > Viscousitas gas

Viscousitas gas bertambah dengan naiknya suhu. Viscousitas Cairan berkurang dengan naiknya suhu.

- Koefisien Viscousitas gas pada tekanan tidak terlalu besar tidak tergantung tekanan

- Koefisien Viscousitas Cairan naik dengan naiknya tekanan

Penetapan Viscousitas Cairan. Menurut Poiscuille :

η

= v l  t  r   P  8 4 π  V = Volume cairan (cm3₎ P = tekanan (dyne/cm2₎

r = jari-jari pipa kapiler (cm)  _{= panjang pipa (cm)}

Viscousitas Cairan biasanya dinyatakan sebagai Viscousitas relatif terhadap air. Karena p

α

d maka untuk dua zat caair dengan tabung kapiler sama sehingga :

2 2 1 1 2 4 2 1 4 1 2 1 8 8  P  t  t   P  t  r   P  v v t  r   P 

=

⋅

=

π  π  η  η    2 2 1 1 2 2 1 1 2 1 t  d  t  d  t   P  t   P 

=

=

η  η  Contoh :

Waktu untuk mengalirnya air dan benzena dalam viscousimeter pada 20 0_C

adalah 120,0 dan 88,0 detik.

Rapat Benzena : 0,879 gram/cm3 _{dan rapat air = 1 gram/cm}3

η

air = 10,05 x 10-3 _poise

Tentukan viscousitas benzena : Jawab : 1 1 2 2 1 2 2 2 1 1 2 1 t  d  t  d  t  d  t  d  η  η  η  η 

=

→

=

120 1 0 , 88 879 , 0 10 05 , 10 3 2

⋅

−

⋅

=

− η  = 6,48 x 10-3 _poise Viscoisitas relatif = 0,644 10 05 , 10 10 48 , 6 3 3

=

⋅

⋅

− −

LARUTAN

Sedikit gula Sedikit gula + air air Larutan gula Gul a

= Zat terlarut = Solute air = Zat pelarut = Solvent

Perbedaan antara zat terlarut dengan pelarut adalah relatif (tergantung kuantitasnya) Contoh :

 Alkohol 15% alkohol zat terlarut air zat pelarut  Alkohol 95% alkohol pelarut

air zat terlarut Kemungkinan Jenis larutan :

Pelarut Terlarut Contoh

Gas Gas O2 dalam H2

Gas Cair Uap air di udara

Gas Padat J2 dalam udara

Cair Gas *) CO2 dalam air 

Cair Cair *) Alkohol dalam air  

Cair Padat *) Garam dalam air  

Padat Gas H2O dalam Pd

Padat Cair H2O dalam Cu SP4

Padat Padat C dalam Fc

1. Larutan Gas Dalam Cair 

Daya larut gas dalam cair tergantung jenis gas dan pelarutnya Faktor-faktor yang mempengaruhi kelarutan gas

Untuk gas yang dapat larut secara fisika dalam cair dipengaruhi : - jenis gas

- tekanan gas

H. Henry : Konsentrasi gas yang larut dalam suatu pelarut cair berbanding lurus dengan tekanan gas di atas pelarut.

C : Konsentrasi

P : tekanan

k : tetapan

Hukum ini tidak berlaku untuk gas yang larut dalam zat cair dan bereaksi dengan pelarutnya. Contoh NH3 dan Hcl dalam air 

Cara Menentukan Konsentrasi Gas

a. Mole fraksi : Menurut Henry, c = k P, maka bila mole fraksi gas pada tekanan tertentu diketahui, berarti pada tekanan lain dapat dihitung. Kelarutan gas juga dapat dinyatakan sebagai mole presen, yaitu :

mole fraksi x 100 %

Contoh : Hitung mole fraksi CO2 dalam air pada O 0C dan tekanan

2 atm. Dalam keadaan ini 6,72 gram gas larut dalam 1 liter  air. Jawab : CO2 = 6,722 gram = 44 72 , 6 = 0,153 mole H2O = 1.000 gram = 55,5 18 1000

=

mole Mole fraksi CO2 = 0,00274 5 , 55 153 , 0 153 , 0

=

+

Mole presen CO2 = 0,00274 x 100% = 0,274% b. Koefisien Kelarutan ”S”

Menurut Henry : S tidak tergantung tekanan tetapi tergantung temperatur.

2. Larutan Cairan dalam cairan

bercampur sempurna

Dua Cairan bercampur sebagian

tidak bercampur 

Cara-cara menyatakaan Konsentrasi Larutan Cara Pertama :

a. Susunan berat : Konsentrasi dinyatakan sebagai jumlah gram zat terlarut tiap 1.000 gram pelarut

b. Persen Berat : adalah jumlah gram zat terlarut dalam 100 gram larutan Larutan 25% asam cuka artinya larutan 25 gram asam cuka dalam 100 gram larutan atau 75 gram air.

c. Molalitas : adalah jumlah mole zat terlarut tiap 1.000 gram pelarut Larutan 0,1 m glukosa artinya 0,1 mole glukosa tiap 1.000 gram air  d. Mole fraksi (N) : adalah jumlah mole zat terlarut dibagi jumlah mole zat

terlarut dan pelarut

 pelarut  terlarut   Zat  terlarut   Zat  n n terlarut   Zat  n  N 

+

=

n = jumlah mole

e. Persen Mole : adalah mole fraksi x 100

= N x 100 ; N = mole fraksi

Cara Kedua :

a. Berat Persatuan Volume

Konsentrasi dinyatakan dalam jumlah gram per liter larutan b. Molaritas (M) = adalah jumlah mole zat terlarut tiap liter larutan

Larutan 0,1 M H2O artinya 0,1 mole H2O per liter larutan.

Untuk Larutan encer dallam air (0,1 mole atau kurang), perbedaan antara molaritas dan molalitas sangat kecil.

Untuk larutan pekat atau larutan bukan air, molaritas dapat dicari dari molalitas dan sebaliknya, bila rapat larutan diketahui.

c. Persen milligram

Konsentrasi larutan biologis biasanya dalam persen milligram, yaitu  jumlah milligram zat terlarut tiap `00 ml larutan.

d. Normalitas: adalah jumlah gram ekivalen zat terlarut tiap liter larutan. Larutan O, I, N, H2SO4 aritnya 0,1 grat H2SO4 per liter larutan.

Contoh :

Larutan asam asetat dibuat dengan melarutkan 164,2 gram asam ke

dalam air dan volumenya dibuat 800 ml pada 20 0_{C. Rapaat larutan}

Hitunglah :

a. molaritas b. molalitas

c. mole fraksi zat terlarut d. molefraksi pelarut

e. mole presen zat terlarut dan pelarut f. persen berat asam cuka

Jawab :

Mole asam asetat = 2,737 0 , 60 2 , 164

=

a. Molaritas = M = 3,421mole/l  8 , 0 737 , 2

=

b. Molalitas : m

Berat larutan = 800 x 1,026 = 820,8 gram Berat asam asetat = = 164,2 gram (-)

Berat pelarut (air) = 656,6 gram

m = 4,168 mole/1000 gram air 

6566 , 0 737 , 2

=

c. Molle fraksi : mole air = 36,44 02 , 18 6 , 656

=

mole fraksi asam asetat = 0,0699

44 , 36 737 , 2 737 , 2

=

+

mole fraksi air = 0,9301

44 , 36 737 , 2 44 , 36

=

+

d. Mole persen : mole persen asam = 0,0699 x 100 = 6,99 mole persen air = 0,9301 x 100

= 93,01

e. Mole berat :

persen berat asam = 100% 20% 8 , 820 2 , 164

=

 x

Larutan Ideal : adalah suatu larutan yang tekanan uap parsiil komponen-komponennya sama dengan mole fraksi dikalikan tekanan uap murni dari masing-masing komponen.

Definisi tersebut = hukum Roult

Untuk larutan dengan komponen A dan B, maka  A  A  B  A  A  A  A  P  N  n n n  P   P  0 .

=

0 .

+

=

0  B  B P   P 

=

 _{B B}  B  A  B  _{P   N}  n n n . 0

=

+

 A

 P  = Tekanan Uap parsiil A

 B

 P  = Tekanan Uap parsiil B

0

 A

 P  = Tekanan Uap murni A

0

 B

 P  = Tekanan Uap murni B

 A  N  = Molefraksi Zat A  B  N  = Molefraksi Zat B 1 ; 0 0

+

+

=

=

+

=

 _{A  B  A  A  B  B  A B}

total   P   P   P   N   P   N   N  N   P 

(

 _B

)

 _{B B}  A  N   P  N   P 0 1

−

+

0

=

 B  B  A o  A  A  P   N   P  N   P 0

−

+

0 .

=

total   P 

(

0 0

)

0  A  B  A  B  P   N  P   P 

−

+

=

Dan  B  B  B  A  A  A  P   N  dan  P   P  N   P 

=

0

=

0 .

masing-masing merupakan persamaan garis lurus

P mmhg 74,7 Pt = PA + PB P*B A = toluena 1

=

+

B  A N   N 

PB P0_{A PA} 22 B = benzena 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 A B Mole fraksi Hub. tekanan uap pasangan

cairan ideal pada t = 200

Misal :

Mole fraksi benzena = 0,6, maka : tekanan totalnya = Pt = P A + PB

Pt = P0 A . N A+ P0B NB

(

)

[

22 1

−

0,6

+

74,7 .0,6

]

=

= 22 . 0,4 + 74 . 0,6 = 8,8 + 44,2 Pt = 53,62 mm Hg Hukum Romt : =========================== PP A = P0 A N A PoA(1 – NB)

P A = Po A– PoA. NB

Po

 A . NB = Po A – P A ← Po A - P A = ∆ P A

Po

 A . NB = ∆P A

Jika A = Zat pelarut maka : Penurunan tekanan Uap dari pelarut ( ∆ P A) sama dengan

tekanan Uap pelarut kali mole fraksi zat terlarut.

Pada contoh di atas dan juga pada pasangan cairan yang lain, karena mudahnya menguap kedua cairan berbeda, maka mole fraksi dalam cairan berbeda dengan mole fraksi dalaam keadaaaan uap.

Dalam keadaan uap selalu terdapat lebih banyak uap yang tekanan uapnya tinggi atau yang lebih mudah menguap.

Pmm Hg Garis susunan cairan Grs susunan uap 22 x Y 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 toluena benzena

Gbr : Hubungan susunan cairan dan uap

Campuran Zat cair dengan susunan x mempunyai uap dengan susunan y Contoh : Tekanan uap air pada 200 _{C = 17,4 mm Hg}

Berapa tekanan uap larutan bila 2 mole

Zat yang sukar menguap dilarutkan dalam 1000 gram air?

2. Tekanan Uap dan Titik Didih Pasangan Cairan 2.1.Pasangan dua cairan yang tidak bercampur 

Bila dua cairan yang tidak bercampur ditempatkan dalam suatu bejana, maka masing-masing cairan akan menguap seperti cairan murni.

Untuk campuran air dan beomobenzena pada 1000 _C. O  H   P  2 (100 0_{) = 760 mm Hg} P _{Bromobenzena (100}0_C ) = 141 mm Hg ---Ptotal = 901 mm Hg

Karena hal tersebut di atas, bila uap dialirkan kepada cairan bromobenzena, zat ini akan mendidih di bawah 1000 _{C. Pengaliran uap demikian disebut}

“destilasi uap”, yang berguna untuk memurnikan zat-zat organic yang pada titik didihnya mudah mengurai.

Bromobenzena dapat didestiler dengan uap air pada 610 _{C dan}

klorobenzena pada 400 C, dei bawah tekanan armosfer.

Bila kita melakukan destilasi uap, maka kita dapat menentukan perbandingan berat air dan zat yang didestiler.

O  H 

 P 

2 = mole fraksi x Ptotal = n H 2Ox Ptotal

Pzat x = mole fraksi zat x x Ptotal

Pzat x = Nx x Ptotal

Sifat-sifat Koligatif Larutan.

Sifat-sifat Koligatif larutan adalah sifat-sifat larutan yang ditentukan oleh jumlah partikel dalam larutan dan tidak tergantung jenis partikelny. Dalam bagian ini dibicarakan sifat koligatif larutan yang berisi zat terlarut yang sukar menguap atau non valatif.

Termasuk di dalamnya adalah : a. penurunan tekanan uap pelarut b. penurunan titik beku larutan

c. Kenaikan titik didih larutan d. tekanan osmase larutan

non elektrolit larutan