GAS NYATA/RIIL

Isoterm Gas Nyata

Isoterm Gas Nyata

• Jika hubungan tekanan-volume untuk gas nyata diukur pada berbagai temperatur, maka akan diperoleh grafik 3.5

• Pada temperatur tinggi, isoterm amat mirip dengan gas ideal, sedangkan pada temperatur rendah menunjukkan hal yang berbeda

• Adanya daerah datar/horisontal pada temperatur rendah memerlukan perhatian lebih

Isoterm Gas Nyata

Isoterm Gas Ideal

• Bayangkan salah satu sisi kontainer dapat digerakkan (piston), jika temperatur dijaga pada T1 kemudian sisi digerakkan hingga menurunkan volume

• Saat volume mengecil, tekanan gas akan meningkat hingga pada volume V2

• Penurunan volume setelah V2 tidak akan menghasilkan kenaikan temperatur hingga volume V3 tercapai

• Sedikit saja penurunan volume dari V3 ke V4 akan menghasilkan kenaikan drastis tekanan dari pe ke p'

T 1, V 1 (gas)

T1, V1 : kemudian volume diperkecil pada suhu tetap (T1)

T 1, V 2

P >>gas

Saat volume diperkecil hingga mencapai V2 tekanan akan meningkat

T 1, V 3, P e tetapkondensasi

Penurunan volume lebih lanjut V2 V3 tidak menyebabkan peningkatan tekanan

Temperatur Kritis

• Garis mendatar yang dijumpai pada isoterm gas nyata temperatur rendah semakin menyempit pada temperatur tinggi

• Pada temperatur tertentu, daerah datar mengerucut membentuk satu belokan di titik yang disebut sebagai temperatur kritis

• Diatas temperatur kritis, gas nyata menunjukkan pola isoterm yang sama dengan gas ideal

Keadaan Kontinyu

• Pada gambar 3.6 berikut adalah modifikasi gb 3.5 namun dengan daerah datar yang dihubungkan dengan garis putus2

• Titik A pada gb tsb mewakili fasa liquid sedangkan titik C merepresentasikan fasa gas

• Titik-titik dibawah kubah yang dibentuk oleh garis putus2 mewakili sistem dimana liquid dan vapor berada dalam kesetimbangan

• Selalu dimungkinkan bagi kita membedakan sistem dimana terdiri dari satu fasa dengan sistem terdiri dari 2 fasa dalam kesetimbangan

• Namun kita tidak akan menemukan garis pembatas antara fasa liquid dan gas, fakta ini yang dikenal sebagai prinsip keadaan kontinyu

Daerah 2 Fasa dan Keadaan Kontinyu

• Mula2 pada C temperatur dinaikkan dengan V konstan hingga tekanan akan meningkat sejalan dengan garis CD

• Di titik D tekanan dijaga konstan namun gas didinginkan (temperatur turun) sehingga volume akan menurun DE

• Di titik E, volume dibuat konstan dan gas didinginkan sehingga tekanan akan menurun ke titik A

• Pada proses diatas, gas tidak melalui daerah 2 fasa, kondensasi dalam terminologi umum tidak terjadi sehingga titik A tidak terkategori fasa liquid namun keadaan gas terkompresi

• Dalam kaitan ini, perbedaan antara fasa liquid dan gas menjadi tidak jelas dan tergantung pada sudut pandang yang digunakan

Isoterm Persamaan Gas Van der Waals

• Saat volume molar sangat besar, persamaan diatas akan sama dengan gas ideal karena V-b V dan a/V2 menjadi sangat kecil

• Hal ini dapat dilihat pada grafik isoterm gas Van der Waals (3.7) pada daerah volume sangat besar, isoterm menjadi ideal seperti halnya pada temperatur tinggi

2V

a

bV

RTp

Isoterm Gas Van der Waals

• Pada temperatur rendah dan volume kecil, suku2 di persamaan van der waals tidak dapat diabaikan, namun hasilnya terlihat beda dengan adanya lembah maksimum dan minimum

• Pada temperatur Tc isoterm memperlihatkan titik belok/perubahan di E

• Jika isoterm ini dibandingkan dengan gas nyata, nampak pada Tc pada 3.7 merepresentasikan temperatur kritis di gas nyata

• Kurva pada T2 di isoterm van der waals memprediksi ada 3 volume pada tekanan pe sementara pada gas nyata di pe menunjukkan volume yang sangat banyak (infinite)

• Harus disadari bahwa dengan persamaan yang sangat rumit sekalipun akan sulit untuk memunculkan daerah datar seperti pada isoterm gas nyata

Perbandingan Gas Nyata dan Van der Waals

Gas Supercooled

• `Daerah AB dan DC pada isoterm van der waals dapat ditelusuri secara eksperimen

• Jika volume gas pada T2 diturunkan secara perlahan tekanan akan naik hingga ke D dimana tekanan pe tercapai. Dititik ini seharusnya mulai terjadi kondensasi namun dimungkinkan kondensasi tidak terjadi sehingga penurunan volume lebih lanjut hanya meningkatkan tekanan dari D ke C

• Di daerah DC ini tekanan gas melampaui tekanan kesetimbangan uap liquid pe pada T2, titik2 didaerah ini disebut keadaan uap superjenuh atau supercooled

Liquid Superheated

• Begitupun dari titik A jika volume dinaikkan pada T2 hingga tekanan turun dan mencapai pe, pada titik ini uap seharusnya terbentuk

• Namun dimungkinkan saat volume dinaikkan, tekanan terus turun dari A ke B dan pada titik ini terbentuk liquid dibawah tekanan kesetimbangan uap cairnya dan disebut liquid superheated

• Kedua keadaan ini adalah keadaan metastabil dan bersifat tidak stabil, sedikit gangguan saja akan mengubah sistem ke keadaan kesetimbangan uap-cair

Keadaan Kritis

• Jika persamaan van der waals dimodifikasi menjadi persamaan kubus (pangkat 3) maka akan diperoleh

• Persamaan ini memiliki 3 akar penyelesaian untuk T2 dan pe dan ditunjukkan pada isoterm van der waals sebagai titik potong di pe

• Pada gambar 3.6 dan 3.7. telah ditunjukkan pada ada temperatur maksimum Tc dan tekanan maksimum pc dimana liquid dan vapor eksis bersamaan

• Kondisi pada temperatur dan tekanan ini dinamakan titik kritis dan volumenya dinamakan volume kritis

023

p

abVp

aV

p

RTbV

Rb

aT

b

apbV

p

abV

p

aV

p

RTbV

VVVVVV

VV

VVVV

VVVVVV

ccc

ccc

c

ccc

c

c

27

8,

27,3

sehingga 0

menjadi 3.13.persamaan sama, yang kondisi pada

033

atau 0 menjadipersamaan sehingga

kritis titik Pada

0

2

23

3223

3

Konklusi persamaan van der waals

• Nilai-nilai a dan b dapat dihitung berdasarkan data pc dan Tc,

• namun untuk Vc jika dibandingkan dengan nilai terukur hasilnya sangat jelek

• Ini terjadi karena persamaan van der waals sangat tidak akurat didekat daerah kritis

• Sehingga dengan fakta ini dan juga fakta bahwa konstanta (hampir) selalu dihitung dari data keadaan kritis menyiratkan persamaan van der waals tidak dapat menghitung dengan akurat sifat-sifat gas – walaupun memperbaiki gas ideal

Persamaan Keadaan lainnya

• Persamaan van der waals hanyalah salah satu dari beberapa persamaan yang diajukan selama bertahun-tahun untuk mengobservasi data pVT gas

• Beberapa persamaan ini di list pada tabel berikut

• Dari persamaan ini, persamaan Beattie-Bridgeman atau disebut juga persamaan virial paling cocok untuk kerja yang memerlukan akurasi

• Persamaan Beattie-Bridgeman memiliki 5 konstanta selain R yaitu A0, a, B0, b dan c