MAKALAH TERMODINAMIKAFUGASITAS

DISUSUN OLEH :Ade Irma0613 3040 1029Dhea Fiften Mandeyka 0613 3040 1033Eka Apryanti 0613 3040 1036Indah Okta Apryani 0613 3040 1039Rafit Arjeni0613 3040 1045Romadhona Safitri 0613 3040 1047Yosaria Oktari 0613 3040 1050Kelompok : 2 (3 KE)Dosen Pembimbing : Ir. H. Muhammad Yerizam M.T

JURUSAN TEKNIK KIMIAPOLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA2014 / 2015BAB IPENDAHULUAN

0. Latar BelakangDalam termodinamika kimia, Fugasitas (f) dari gas nyata adalah tekanan efektif yang menggantikan tekanan mekanis dalam perhitungan kesetimbangan kimia yang akurat. Hal ini sama dengan tekanan gas ideal yang memiliki potensi kimia yang sama sebagai gas nyata. Misalnya, gas nitrogen (N2) pada 0 C dan tekanan P = 100 atmmemiliki Fugasitas f = 97,03 atm. Ini berarti bahwa potensi kimia nitrogen yang nyata pada tekanan 100 atm kurang dari jika nitrogen adalah gas ideal, nilai potensial kimia adalah yang nitrogen sebagai gas ideal akan memiliki tekanan 97,03 atm.Fugacities ditentukan secara eksperimental atau diperkirakan dari berbagai model seperti gas Van der Waals yang lebih mendekati kenyataan daripada gas ideal. Tekanan gas ideal dan Fugasitas terkait melalui berdimensi koefisien Fugasitas .

Untuk nitrogen pada 100 atm, koefisien Fugasitas adalah 97,03 atm / 100 atm = 0,9703. Untuk gas ideal, Fugasitas dan tekanan yang sama sehingga , adalah 1.Kontribusi nonideality potensi kimia gas nyata adalah sama dengan RT ln \ . Sekali lagi untuk nitrogen pada 100 atm, potensi kimia = id + RT ln 0,9703, yang kurang dari nilai id ideal karena gaya tarik menarik antarmolekul.Fugasitas ini berkaitan erat dengan aktivitas termodinamika . Untuk gas , aktivitas hanyalah Fugasitas dibagi dengan tekanan referensi untuk memberikan berdimensi kuantitas . Tekanan referensi ini disebut keadaan standar dan biasanya terpilih sebagai 1 suasana atau 1 bar , lagi menggunakan nitrogen pada 100 atm sebagai contoh , karena Fugasitas adalah 97,03 atm, kegiatan ini hanya 97,03 tanpa unit .Perhitungan yang akurat dari kesetimbangan kimia untuk gas nyata harus menggunakan Fugasitas dari tekanan. Kondisi termodinamika untuk kesetimbangan kimia adalah bahwa total potensi kimia reaktan sama dengan produk . Jika potensi kimia masing-masing gas dinyatakan sebagai fungsi Fugasitas , kondisi ekuilibrium dapat berubah menjadi bentuk quotient reaksi familiar ( atau hukum aksi massa ) kecuali bahwa tekanan diganti dengan fugacities .Untuk fase terkondensasi ( cair atau padat ) dalam kesetimbangan dengan fasa uap nya , potensi kimia sama dengan yang dari uap , dan oleh karena itu Fugasitas adalah sama dengan Fugasitas uap . Fugasitas ini kurang lebih sama dengan tekanan uap ketika tekanan uap tidak terlalu tinggi .

BAB IIISI1. Pengertian fugasitasDalam termodinamika, fugasitas dari gas nyata adalah nilai dari tekanan efektif yang menggantukan nilai tekanan mekanis sebenarnya dalam perhitungan kesetimbangan kimia yang lebih akurat. Dalam hal ini, gas ideal memiliki nilai tekanan yang sama dengan nilai potensial kimia. Potensial kimia adalah suatu bentuk energi potensial yang dapat dilepaskan atau dibutuhkan dalam proses reaksi kimia. Sebagai contoh gas nitrogen pada suhu 00C dan tekanan 100atm memiliki fugasitas sebesar 97,03 atm. Hal ini berarti potensial kimia dari gas nitrogen nyata pada tekanan 100 atm kurang dari gas nitrogen sebagai gas ideal. Besarnya nilai fugasitas dapat ditentukan dari eksperimen atau estimasi dari berbagai model seperti Van der Waals. Tekanan gas ideal dan fugasitas dapat dikaitkan satu dengan lainnya dengan bilangan tanpa dimensi koefisien fugasitas . Di mana

Dalam contoh gas nitrogen seperti di atas, gas nitrogen tersebut memiliki koefisien fugasitas 0,9703. Untuk gas ideal, di mana fugasitas dan tekanannya sama, maka nilai koefisien fugasitasnya sama dengan 1.

Fugasitas CampuranApabila suatu campuran terdiri dari 2 macam senyawa dengan fraksi masing-masing Xa dan Xb, maka besarnya nilai fugasitas dari campuran tersebut adalah

Persamaan Fugasitas

Di mana z adalah faktor kompresibilitas

Fugasitas Campuran Berdasarkan Persamaan Van der WaalsPersamaan Van der Waals

Mengubah yang berbasis molar menjadi berbasis total

Di mana adalah jumlah mol.Sehingga persamaan kita menjadi

Kemudian bila kita ingin menghitung fugasitas komponen i dalam campuran pada suhu, tekanan, dan komposisi tertentu, maka kita menurunkan persamaan (7) terhadap

Mensubtitusi persamaan (8) dengan persamaan (3) kemudian mengintegeralkannya sehingga menjadi

Batas atas integrasi V , sehingga

Persamaan akhirnya menjadi

Jika kita meinjau lebih dalam lagi, a dan b dapat kita asumsikan tidak berdasarkan pendapat secara termodinamis tetapi dapat diperoleh dari pertimbangan molekular. Jika kita menginterpretasikan b konstan sebagai ukuran molekul yang proposional dan mengasumsikan bahwa molekul itu bulat, maka kita memperoleh rata-rata diameter molekularnya adalah

Menyederhanakan persamaannya menjadi

Jika kita menginterpretasikan a sebagai kekuatan atraksi dari 2 molekul, maka

Dimana adalah ukuran kekuatan atraksi antara molekul i dan j. Jika i dan j tidak identik secara kimia dan jika kita tidak memiliki data eksperimental untuk campuran i-j, maka kita perlu menyajikan dalam dan .

Relasi ini disebut degan asumsi rata-rata geometrik yang digunakan secara ekstensif oleh Van der Waals dan pengikutinya dalam meneliti fugasitas campuran.Jika kita menyatukan persamaan (11), (13), (14), dan (15), maka nilai fugasitas untuk komponen i menjadi

Non Ideal Vapor/Liquid Equilibrium Hukum HenryHukum Henry cocok untuk larutan encer. Hukm ini mirip dengan hukum Raoult kecuali untuk konstanta yang tidak proporsional untuk tekanan uap komponen murni yang tidak konstan tetapi secara empiris ditentukan oleh data VLE. Konstanta Henry bergantung pada temperatur dan sifat alami komponen. Tidak seperti tekanan uap komponen murni, Henry bergantung pada solvent, jadi ketika menggunakan tabel kontanta Henry pastikan solventnya sesuai.

Hukum Henry cocok untuk jika konsentrasi kurang dari 10% Excess Gibbs EnergyAda 2 parameter koreksi yang sering digunakan yaitu koefisien aktivitas dan koefisien fugasitas. Untuk fasa gas, ketika derajat non ideal digunakan, disebut Residual Gibbs Energy sedangkan untuk fasa gas disebut Excess Gibbs Energy.Persamaannya adalah

Koefisien aktivitasAktivitasAktivitas sering dilambangkan dengan . Kita dapat melihat bahwa energi bebas per mol dari beberapa kandungan pada Temperatur ( T ) yang ditulis sehingga dalam keadaan temperature yang standart dan jumlahnya dapat dituliskan RT In . Pada keadaan standart G = G, RT In = 0, dan hence = 1, dalam keadaan standart aktivitas harus menjadi tunggal. Pada keadaan lainnya nilai aktivitas akan bergantung pada perbedaan ( G = G ) , atau dalam kata lain jarak tiap partikel d ukur daro keadaan standard.2.3 Macam macam fugasitasFugasitas dapt dibagi menjadi 2 yaitu :1. Fugasitas untuk komponen tunggal.1. Fugasitas untuk multi komponon : Fugasitas zat cair dan gas.

Dalam gas nyata diperkenalkan variable pengganti yaitu fugasitas yang dirumuska sebagai Fugasitas merupakan modifikasi terhadap tekanan uap untuk menggambarkan kecenderungan lepasnya suatu molekul dari satu fasa menuju fasa lainnya. Fugasitas dapat dirumuskan sebagai Kesetimbangan termodinamika merupakan terdistribusinya komponen-komponen dalam semua fase pada suhu, tekanan dan fugasitas tertentu, sehingga akan ada kesamaan tekanan, suhu dan fugasitas masing-masing komponen dalam semua fase yang berada dalam keseimbangan. Jika fase uap dan cairan berada dalam keseimbangan maka:Tv = TlPv = Plfi v = fi l ................... (1)Fugasitas komponen i dalam keadaan uap :fi v = yi . i . P ................... (2)Fugasitas komponen i dalam keadaan cair :fi l = xi . i . fL ................... (3)Untuk gas ideal pada tekanan rendah, perbedaan P dan Psat adalah kecil sehingga harga (P = Pisat) mendekati nol. Hal ini menyebabkan harga eksponensialnya mendekati 1. Juga pada keadaan tersebut harga i = isat = 1, sehingga harga i mendekati 1. Kesetimbangan sistem biner menggambarkan distribusi suatu komponen diantara fasa uap dan fasa cair sehingga diperlukan persamaan yang menghubungkan fraksi mol fasa cair x dan fraksi mol fasa uap y. Dari hal tersebut koefisien-koefisien aktifitas dapat ditulis: t = (4)Ada sebuah hubungan thermodinamika yang biasa digunakan untuk memprediksi harga koefisien aktifitas yaitu persamaan Gibbs-Duhem. Pada hakekatnya persamaan ini menyatakan bahwa dalam suatu campuran, koefisien aktifitas tiap komponennya tidak bebas satu terhadap yang lainnya melainnkan berkorelasi melalui sebuah persamaan differensial. Untuk campuran biner pada suhu dan tekanan konstan Gibbs-Duhem menyatakan persamaannya :

KOEFISIEN FUGASITAS SENYAWA MURNI DARI BEBERAPA PERSAMAAN KEADAAN:1. Van Der Walls

1. Virial

1. Redlich-Kwong

1. Soave-Redlich-Kwong

1. Peng-Robinson

Koefisien aktivitas memperhitungkan variasi Hukum Raoult karena adanya Excess Gibbs Energy

adalah nilai komposisi yang berbeda untuk setiap komponen. Hukum Raoult bisa diperlebar menjadi

Persamaan di atas bisa digunakan untuk menghitung koefisien aktivitas ketika tekanan uap dan komposisi kesetimbangan diukur pada tekanan rendah. Koefisien fugasitasBerdasarkan Residual Gibbs Energy

Nilai koefisien fugasitas gas bergantung pada suhu. Jika kita memiliki data yang berkaitan dengan faktor kompresibilitas dari gas murni, z, sebagai fungsi dari tekanan pada temperatur tetap, maka fugasitas dapat dihitung menggunakan kalkulur atau diestimasi menggunakan persamaan berikut

Hukum Raoult dapat dimodifikasi untuk gas non ideal menjadi

KESEIMBANGAN FASA UAP-CAIR UNTUK ZAT MURNIFugasitas pada gas nyataFugasitas digunakan untuk lebih mendekati potensial kimia gas nyata daripada estimasi yang dibuat menggunakan hukum gas ideal . Namun Fugasitas memungkinkan penggunaan banyak hubungan yang dikembangkan untuk sistem ideal .Dalam dunia nyata , gas mendekati perilaku gas ideal pada tekanan rendah dan suhu tinggi , dalam kondisi seperti nilai Fugasitas mendekati nilai tekanan . Namun tidak ada substansi yang benar-benar ideal. Pada tekanan moderat gas sebenarnya memiliki interaksi yang menarik dan pada tekanan tinggi tolakan antarmolekul menjadi penting . Kedua interaksi mengakibatkan penyimpangan dari " ideal" perilaku yang interaksi antara atom atau molekul gas diabaikan .Untuk mengingat suhu T , yang Fugasitas , memenuhi berikut diferensial hubungan :

,

di mana G , adalah energi bebas Gibbs , R adalah konstanta gas , adalah volume molar cairan , dan , adalah Fugasitas referensi yang umumnya diambil sebagai 1 bar . Untuk gas ideal , ketika = P , persamaan ini tereduksi menjadi hukum gas ideal .

Dengan demikian , untuk setiap dua keadaan fisik pada suhu yang sama , diwakili oleh subskrip 1 dan 2 , rasio dari dua fugacities adalah sebagai berikut :

Untuk gas ideal, ini menjadi sederhana or Tetapi untuk , semua gas yang termasuk dalam gas ideal. Oleh karena itu, fugasitas harus menjadi persamaan limit

Kita tentukan dengan mendefinisikan fungsi

Kita bisa mendapatkan nilai untuk eksperimen dengan mudah dengan mengukur , dan .Dari ekspresi di atas kita memiliki

Kemudian dapat dituliskan

Dimana

Karena ekspresi untuk gas ideal dipilih untuk menjadi, Maka,

Misalkan kita pilih . Since , mengandung

Koefisien Fugasitas didefinisikan sebagai = f / P (perhatikan bahwa untuk gas ideal, = 1.0), dan kemudian akan memverifikasi

Fugasitas pada cairanUntuk cairan murni dalam kesetimbangan uap-cair, Fugasitas fase uap sama dengan fase Fugasitas cair. Pada tekanan di atas tekanan saturasi, fase Fugasitas cair adalah:

faktor koreksi untuk uap, harus dievaluasi pada tekanan saturasi dan kesatuan ketika rendah. Istilah eksponensial merupakan faktor koreksi Poynting dan biasanya dekat 1,0 kecuali tekanan yang sangat tinggi. Sering, Fugasitas dari cairan murni digunakan sebagai lokasi acuan ketika mendefinisikan dan menggunakan koefisien aktivitas campuran.Dalam hal keseimbangan fasa-uap cair zat murni, variabel bebas yang dipilih adalah T atau P.Jika yang ditentukan adalah T, maka serangkaian persamaan tersebut dapat digunakan untuk menghitung tekanan jenuh atau tekanan uap jenuh.Sistem persamaan tersebut pada dasarnya dapat direduksi menjadi satu persamaan: Atau Fugasitas cairan murni i dihitung melalui 2 tahap:1. Menghitung koefisien fugasitas uap jenuh dengan pers. (1) atau (2)..(1)

(2)Selanjutnya fugasitas uap jenuh dihitung

DAFTAR PUSTAKASmith, V., Van Ness, Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics, 4th Edition, McGraw-Hill, Singapore, 1987, Chapter 10, 11, 12

Larrinaga, L., Graphically Determining the Wilson Parameters, Chemical Engineering, April 1981, pp. 87-91

Silverman, N., and Tassios, D., The NUmber of Roots in thr Wilson Equation and Its Effect on Vapor Liquid Equilibrium Calculations, Ind. Eng. Chem. Proc. Des. Dev., 16(1), 1977