Makalah Pemicu 1

download Makalah Pemicu 1

of 35

  • date post

    15-Feb-2015
  • Category

    Documents

  • view

    310
  • download

    37

Embed Size (px)

Transcript of Makalah Pemicu 1

Teknik Kimia Universitas Indonesia

Makalah Pemicu I 1 Sifat PVT

SIFAT PVT

Problem 1 : Joni Pada problem 1, terdapat dua hal utama yang harus dijelaskan yaitu : Penjelasan sifat PVT cairan dengan diagram fasa (Gambar 1) dan aturan Fasa Gibbs. Hubungan air dalam gelas tertutup dengan steam table dan bagaimana mencari besaran-besaran termodinamika air dalam gelas tersebut serta harga besaranbesaran tersebut.

Gambar 1. Diagram PVT

Solusi Problem 1:A. Sifat PVT cairan

Sebelum dapat menjelaskan sifat PVT dengan diagram PVT dan aturan fasa Gibbs, terlebih dahulu perlu diketahui hal-hal yang berkaitan dengan diagram PVT dan aturan fasa Gibbs. Fasa Zat

Fasa adalah bagian sistem dengan komposisi sifat kimia dan sifat fisika sama, yang terpisah dari bagian sistem lain oleh suatu bidang batas. Sedangkan fasa zat adalah bentuk keadaan sebuah zat dimana fasa yang tersedia di alam adalah cairan, padatan dan uap. Fasa zat dapat berubah dengan modifikasi suhu, tekanan dan volumenya. Misalnya air dengan fasa cair pada suhu kamar akan berubah menjadi fasa uap pada suhu 100oC dan akan berubah menjadi fasa padat pada suhu 0oC.

Kelompok 6

Termodinamika Teknik Kimia

Teknik Kimia Universitas Indonesia

Makalah Pemicu I 2 Sifat PVT

Kondisi Jenuh

Kondisi jenuh adalah keadaan dimana campuran uap dan cairan dapat muncul bersamaan pada suhu dan tekanan tertentu. Suhu ketika penguapan (mendidih) terjadi pada tekanan tertentu dikatakan sebagai suhu jenuh atau titik didih. Tekanan ketika penguapan (mendidih) terjadi pada suhu tertentu dikatakan sebagai tekanan jenuh. Pada air dengan suhu 100oC, tekanan jenuhnya adalah 1 atm. Air pada tekanan 1 atm, suhu jenuhnya adalah 100oC. Kesetimbangan Fasa

Kesetimbangan fasa adalah keadaan dimana suatu zat sudah tidak mengalami perubahan terhadap waktu. Contoh kesetimbangan dua fasa adalah kesetimbangan cair uap, cair padat dan padat uap. Pada H2O terjadi kesetimbangan tiga fasa yaitu air, uap dan es pada suhu 0,01oC dan tekanan 0,00610 bar. Perubahan Fasa

Perubahan fasa suatu zat terjadi karena adanya perubahan suhu dan atau tekanan. Perubahan fasa padat cair terjadi pada proses peleburan dan pembekuan, perubahan fasa padat uap terjadi pada proses sublimasi dan deposisi, sedangkan perubahan fasa cair uap terjadi pada proses penguapan dan pengembunan. Untuk lebih memahami perubahan fasa, dapat dijelaskan dengan contoh perubahan fasa pada air berikut :

State 1, disebut sebagai subcooled liquid. Pada kondisi ini, penambahan panas menaikkan suhu tapi tidak menyebabkan terjadinya penguapan .

State 2, disebut sebagai cairan jenuh (saturated liquid). Pada kondisi ini, fasa cairan berubah. Penambahan panas dapat menyebabkan penguapan.

State 3. Disebut sebagai campuran cairan-uap jenuh (saturated liquid vapor mixture). Pada kondisi ini, cairan dan gas berada pada kesetimbangan. Penambahan panas tidak menaikkan suhu, tetapi meningkatkan jumlah penguapan.Kelompok 6 Termodinamika Teknik Kimia

Teknik Kimia Universitas Indonesia

Makalah Pemicu I 3 Sifat PVT

State 4, pada kondisi ini campuran menjadi uap dan disebut sebagai uap (saturated vapor). Pada kondisi ini, jika suhu diturunkan atau panas dikurangi, akan terjadi pengembunan.

State 5, disebut sebagai superheated vapor. Penambahan panas akan memperbesar suhu dan volume.

Gambar 2. Perubahan Fasa.

Variabel Ekstensif dan Intensif

Variabel Ekstensif adalah variabel yang harganya bergantung pada jumlah material atau ukuran sistem, contohnya volume dan energi dalam. Variabel intensif adalah variabel yang harganya tidak tergantung pada jumlah material atau dimensi sistem, contohnya adalah suhu, tekanan, dan komposisi Aturan Fasa Gibbs

Gibbs menyatakan bahwa untuk dapat menentukan besaran besaran intensif sistem dengan lengkap, sejumlah besaran intensif perlu diketahui atau ditentukan harganya. Besaran intensif pada Aturan Fasa Gibbs adalah suhu (T), tekanan (P), komposisi fasa cair dan komposisi fasa uap. Banyaknya besaran intensif yang perlu ditetapkan adalah derajat kebebasan sistem. Jika suatu sistem yang berada pada kesetimbangan terdiri atas p fasa dan c komponen maka derajat kebebasan sistem ( f ) diberikan dengan persamaan berikut : f=cp+2 Derajat kebebasan suatu sistem adalah bilangan terkecil yang menunjukkan jumlah variabel bebas (suhu, tekanan, konsentrasi komponen komponen) yang harus diketahui untuk menggambarkan keadaan sistem. Untuk zat murni, hanya diperlukan dua variabel untuk menyatakan keadaan, yaitu P dan T, atau P dan V, atau T dan V. Nilai derajat kebebasan untuk senyawa murni diberikan pada Tabel 1.

Kelompok 6

Termodinamika Teknik Kimia

Teknik Kimia Universitas Indonesia

Makalah Pemicu I 4 Sifat PVT

Tabel 1. Derajat Kebebasan Senyawa Murni

Jumlah fasa 1 2 3

Derajat kebebasan 2 1 0

Besaran intensif yang diketahui atau ditentukan P dan T P atau T Tidak ada

Sifat PVT cairan Tekanan, volume dan suhu dapat menentukan fasa dari suatu zat. Fasa suatu zat dapat berupa cair, gas dan padat yang diperlihatkan pada diagram fasa atau diagram PVT. Untuk menjelaskan sifat PVT, diambil contoh diagram PVT dari zat murni misalnya air. Diagram PVT dapat digambarkan dengan diagram T-V, P-V, dan P-T seperti yang dijelaskan berikut :

a. Diagram T-V air

Gambar 3. Diagram T-V air

Pada Gambar 3, terlihat bahwa kenaikan tekanan akan menyebabkan garis yang menghubungkan keadaan cair jenuh (saturated liquid) dengan uap jenuh (saturated vapor) menjadi semakin pendek. Pada tekanan tertentu yaitu 22,09 Mpa, daerah campuran cair-uap jenuh ditunjukkan oleh satu titik, yang disebut sebagai titik kritis. Pada titik ini, properti zat disebut sebagai properti kritis (suhu kritis ((Tcr), tekanan kritis (Pcr) dan volume spesifik kritis (vcr)). Untuk air , Tcr = 374,14 C , Pcr = 22,09 Mpa ,dan vcr = 0,003155 m3/kg. Jika titik-titik pada keadaan cair jenuh dihubungkan akan diperoleh garis cair jenuh dan jika titik-titik pada

Kelompok 6

Termodinamika Teknik Kimia

Teknik Kimia Universitas Indonesia

Makalah Pemicu I 5 Sifat PVT

keadaan uap jenuh dihubungkan maka diperoleh garis uap jenuh. Pertemuan kedua garis ini disebut titik kritis.

Gambar 4. Diagram T-V air dan Garis Jenuh (Saturated Line).

b. Diagram P-V

Gambar 5. Diagram P-V

Diagram P-V dapat menjelaskan daerah fasa padat, fasa padat-cair dan padat-uap jenuh. Pada beberapa zat, seperti air dapat mengembang saat dibekukan dan zat lainnya selain air menyusut jiaka dibekukan, sehngga terdapat dua macam diagram P-V.

Kelompok 6

Termodinamika Teknik Kimia

Teknik Kimia Universitas Indonesia

Makalah Pemicu I 6 Sifat PVT

Gambar 6. Diagram P-V zat yang menyusut jia dibekukan (kiri) dan mengembang jika dibekukan (kanan)

Pada kondisi tertentu air dapat berada sebagai fase padat, cair dan gas sekaligus. Kondisi ini disebut sebagai kesetimbangan cair-padat-gas dan digambarkan dalam triple line. Pada diagaram P-T, kondisi ini ditunjukkan oleh titik (triple point).

c. Diagram P-T

B C

A

D

Gambar 7. Diagram P-T Air

Pada diagram fasa, terdapat tiga daerah yaitu, padat, cair dan gas. Kurva A-C merupakan batas cair-gas, dan disebut sebagai kurva penguapan. Kurva A-C tersebut berakhir pada titik C, yaitu titik kritis. Kordinat pada titik ini adalah tekanan kritis Pc dan suhu kritis Tc, yang merupakan suhu dan tekanan tertinggi dimana zat murni dapat berada pada kesetimbangan cair-uap. Garis A-D, kurva sublimasi memisahkan daerah padat dan gas.

Kelompok 6

Termodinamika Teknik Kimia

Teknik Kimia Universitas Indonesia

Makalah Pemicu I 7 Sifat PVT

Garis A-B, memisahkan daerah padat dan cair. Ketiga kurva ini bertemu di triple point, dimana semua fasa (cair, padat, gas) berada pada kesetimbangan. Fasa dikatakan fasa cair jika dapat mengalami penguapan dengan adanya penurunan tekanan pada suhu konstan. Hal ini berarti volume dari cairan akan bertambah jika tekanan diturunkan. Fasa dikatakan gas jika dapat dikondensasikan dengan adanya penurunan suhu pada tekanan konstan. Untuk padatan, volumenya tidak dipengaruhi oleh perubahan suhu dan tekanan, karena zat padat memiliki gaya tarik-menarik yang kuat antar molekulnya sehingga pada permukaan diagram untuk zat padat di atas sangat curam dibandingkan dengan zat cair dan gas. Jika dihubungkan dengan aturan fasa Gibbs, senyawa murni pada daerah satu fasa, p fasa dan c komponen masing masing berharga satu dan dari Aturan Fasa Gibbs diketahui f berharga dua. Derajat kebebasan dua berarti bahwa dua besaran intensif (T dan P) perlu diketahui harganya agar besaran intensif lainnya seperti volum spesifik atau volum molar dapat ditentukan. Senyawa murni yang berada pada kurva kesetimbangan (padat cair, padat uap atau cair uap) memiliki derajat kebebasan satu yang artinya hanya satu peubah yang perlu diketahui untuk dapat menentukan keadaan sistem. Misalnya pada tekanan 1 atm atau 1,013 bar air dan uap air yang berada pada kesetimbangan fasa hanya dapat ditemui pada suhu 100o

C. Kesetimbangan dua fasa yang ditunjukkan oleh kurva kurva kesetimbangan cair

uap, cair padat dan padat uap bertemu di titik tripel (triple point). Pada titik tripel harga derajat kebebasan adalah nol karena kesetimbangan fasa antara air, uap air dan es hanya terjadi pada kondisi (suhu, tekanan dan densitas) tertentu.B. Hubungan Air dalam Gelas Tertutup dengan Steam Table

Tabel uap (steam table) merupakan tabel yang memuat besaran-besaran tertertu dari air yang dapat digunakan untuk mengetahui data PVT air. Besaran-besaran yang dimaksud adalah volume spesifik (v),entalpi spesifik (h), dan entropi spesifik