Mengubah bahan baku menjadi produk yang lebih bernilai melalui sintesis kimia banyak dilakukan di industri

Transkripsi

1

2 Megubah baha baku mead produk yag lebh berla melalu stess kma bayak dlakuka d dustr Asam sulfat, ammoa, etlea, proplea, asam fosfat, klor, asam trat, urea, bezea, metaol, etaol, da etle glkol Serat/beag, cat, detere, plastk, karet, kertas, pupuk, sektsda, dll.

3 Jelas, seorag saraa ekk Kma harus memaham bagamaa meracag da megoperaska reaktor kma. 3

4 Kecepata da kovers kesembaga reaks kma tergatug pada temperatur, tekaa, da komposs reakta. Msal oksdas SO meadso 3. V O 5 SO (g) + O (g) SO 3 (g) 3C Kecepata reaks bertambah dega akya temperatur. Kovers kesembaga SO 3 turu dega akya temperatur, yatu dar 9% pada 5 C mead 5% pada 68 C. 4

5 Kovers kesembaga meyataka kovers maksmum yag dapat dcapa (dega atau tapa katals). Kesembaga da kecepata reaks harus dperhatka ketka kta memafaatka reaks kma utuk tuua komersal. Meskpu kecepata reaks tdak berkata dega termodamka, tetap kovers kesembaga berkata. uua dar bab adalah utuk mempelaar pegaruh temperatur, tekaa, da komposs awal terhadap kovers kesembaga suatu reaks kma. 5

6 Kebayaka reaks d dustr tdak dlagsugka sampa tercapa kesembaga; basaya reaktor dracag terutama berdasarka kecepata reaks. Meskpu demka, pemlha kods operas dpegaruh oleh kesembaga. 6

7 7

8 Reaks secara umum: A A... 3 A3 4 A4... () adalah koefse stokometr reaks Koves tada utuk : Postf (+) utuk produk Negatf ( ) utuk reakta CONOH: CH 4 + H O CO + 3 H 3 CH 4 HO CO H 8

9 Perubaha mol speses yag ada dalam reaks berbadg lurus dega blaga stokometrya. Jka 3 mol CH 4 berkurag karea bereaks, maka H O uga berkurag 3 mol, semetara tu 3 mol CO da 9 mol H terbetuk. CH 4 + H O CO + 3 H () () (3) (4) d d d 3 3 d dst. Koordat reaks d d d3 d4 3 4 d d () d d ( =,, 3,..., N) (3) 9

10 d 3 3 CH 4 d 3 3 H O d CO d H

11 Pers. () da (3) meyataka perubaha akbat perubaha umlah mol speses yag bereaks. Defs dar dlegkap dega peryataa = utuk kods awal sstem, sebelum reaks. Jad tegras pers. (3) dar kods awal sebelum reaks dega = da = ke kods setelah reaks: d d ( =,, 3,..., N) (4)

12 Peumlaha utuk semua speses: Dega: Jad fraks mol y dar satu speses ka dhubugka dega : y (5)

13 CONOH Utuk sstem dega reaks: CH 4 + H O CO + 3 H Mula-mula ada mol CH 4, mol H O, mol CO, da 4 mol H. etuka peryataa utuk y sebaga fugs. PENYELESAIAN

14 y ych4 8 y HO 8 y CO 8 yh

15 CONOH Sebuah tagk bers haya uap ar. Jka dekomposs terad meurut reaks H O H + ½ O etuka peryataa yag meghubugka umlah mol da fraks mol tap speses dega koordat reaks. PENYELESAIAN,5,5 Jumlah mol masg-masg speses: 5

16 H O H O, 5, 5 y H O,5 y H,5 y O,5,5 6

17 Jka ada dua atau lebh reaks depede yag berlagsug bersamaa, maka dguaka subskrp sebaga deks utuk reaks. : koordat utuk reaks., : blaga stokometr utuk speses dalam reaks Karea umlah mol satu speses dapat berubah karea beberapa reaks, maka persamaa umum yag aalog dega persamaa (3) adalah: d d d d ( =,, 3,..., N), 7

18 Itegras dar = da = : ( =,, 3,..., N) (6), Jka semua speses dumlahka:,, Defs dar blaga stokometr total ( ): y,, ( =,, 3,..., N) (7) 8

19 ,, (+),,,, 9

20 CONOH Utuk sstem dega reaks: CH 4 + H O CO + 3 H () CH 4 + H O CO + 4 H () Mula-mula ada mol CH 4 da 3 mol H O, tetuka peryataa utuk y sebaga fugs da.

21 PENYELESAIAN abel blaga stokometr: CH 4 H O CO CO H 3 4, CH, 4 H O, 3

22 Pers. (7): 3, 3 3 CO 4, 4 4 CO 4, 5 5 H 4 3 5, y

23 CH CH 5 y 4 4 O H O H 5 3 y CO CO 5 y CO CO 5 y H H y 3

24 4

25 Eerg Gbbs total dar suatu sstem tertutup pada da P kosta aka berkurag selama proses rreversbel da kods kesembaga aka dcapa ka G t mecapa la mmum. Pada kods kesembaga, t dg, P () Jad ka suatu campura kma tdak berada pada kesembaga kma, maka reaks kma yag terad pada da P kosta aka meuruka eerg Gbbs total dar sstem. 5

26 Gambar. Hubuga eerg Gbbs total dega koordat reaks 6

27 Karea merupaka satu-satuya varabel yag meyataka progres dar suatu reaks, maka komposs dar sstem da eerg Gbbs total dar sstem pada da P kosta dtetuka oleh. ada paah pada kurva d Gambar meyataka arah perubaha (G ),P yag mugk terad. Koordat reaks pada kesembaga, e, adalah la pada saat kurva mecapa mmum. 7

28 Gambar meuukka ftur dar keadaa kesembaga pada da P tertetu: Eerg Gbbs total G t mecapa mmum. Dferesalya = Masg-masg ftur tersebut merupaka krtera kesembaga. Jad, kta bsa meuls persamaa utuk G t sebaga fugs da mecar la yag meyebabka G t mmum, atau kta dapat medferesalka persamaa tersebut, meyamakaya dega ol, da meyelesakaya utuk memperoleh la. 8

29 9

30 Persamaa fudametal sfat-sfat termodams utuk sstem reaks tuggal: V dp S d d G d () Jka perubaha umlah mol merupaka akbat dar suatu reaks tuggal dalam sebuah sstem tertutup, maka dega persamaa () masg-masg d dapat dgat dega d. Persamaa () mead: G V dp S d d d (3) 3

31 d G V dp S d d d G d dp d d d V S P kosta dp = kosta d = d G d ( da P kosta) G,P 3

32 Karea G merupaka state fucto, maka ruas kaa persamaa tersebut merupaka peryataa dferesal eksak; sehgga t G G,P meyataka kecepata perubaha eerg Gbbs total dar sstem akbat perubaha koordat reaks pada da P kosta. Gambar meuukka bahwa besara sama dega ol pada keadaa kesembaga. Oleh karea tu krtera utuk kesembaga reaks kma adalah: (5) 3,P (4)

33 Defs fugastas suatu kompoe dalam laruta: R lfˆ (6) Eerg bebas Gbbs utuk kompoe mur pada keadaa stadar da temperatur yag sama: G R lf (7) Selsh atara kedua persamaa d atas adalah: fˆ G R l f (8) 33

34 fˆ G R l f fˆ G R l f 34

35 Jka pers. (8) dsubsttuska ke pers. (5) maka aka dperoleh persamaa utuk keadaa kesembaga pada reaks kma: G fˆ R l f (9) G R l fˆ f () l fˆ f R G () 35

36 Rl fˆ f R l fˆ f R l fˆ f R l fˆ f l fˆ f l fˆ f R l fˆ f fˆ f fˆ f R l fˆ f 36

37 G R l fˆ f G R l fˆ f R l fˆ f G l fˆ f R G 37

38 38 R G lk f fˆ l R G K l R G exp K

39 Dalam betuk ekspoesal, persamaa () mead fˆ f K K exp G R () (3) Pers. (3) medefska K; yag uga dapat dyataka dega: lk G R (4)

40 G uga ddefska dega: G G (5) Karea G merupaka property dar kompoe mur pada keadaa stadar da tekaa tetap, maka laya haya tergatug pada temperatur. Meurut pers. (5) G, da uga K, haya merupaka fugs dar temperatur. K dsebut kostata kesembaga reaks; G, dyataka dega G, dsebut perubaha eerg Gbbs stadar dar reaks.

41 Raso fugastas pada pers. () meyataka hubuga atara keadaa kesembaga dega keadaa stadar dar masg-masg kompoe. Keadaa stadar tu sembarag, tetap harus selalu pada temperatur kesembaga. Keadaa stadar harus sama utuk semua kompoe yag terlbat dalam suatu reaks kma. Utuk suatu kompoe, keadaa stadar yag dyataka dega G harus sama dega keadaa utuk fugastas f. 4

42 Fugs G = G dalam pers. (5) merupaka selsh atara eerg Gbbs produk ad reakta (dkalka dega koefse stokometr) ka masg-masg berada dalam keadaa stadar pada temperatur yag sama. Nla G utuk suatu reaks dapat dhtug apabla temperaturya sudah dtetuka. Nlaya tdak tergatug pada tekaa da komposs kesembaga. Perubaha property stadar laya dapat dtetuka dega cara yag sama. Utuk property umum M: M M (6) 4

43 Sebaga cotoh, hubuga atara paas reaks stadar da perubaha eerg Gbbs dar reaks dapat dtuls utuk kompoe pada keadaa stadar: H R d G R d (7) Pada pers. (7) dguaka dervat total karea property pada keadaa stadar haya merupaka fugs dar temperatur. 43

44 Jka pers. (7) dkalka dega da dumlahka utuk semua kompoe: H R d G d R (8) atau: d G H R d R (9) 44

45 45

46 Karea temperatur keadaa stadar adalah temperatur campura kesembaga, maka perubaha property stadar dar reaks, sepert G da H, bervaras dega temperatur kesembaga. Ketergatuga G pada dyataka dega pers. (7), yag uga dapat dtuls sebaga: d G R d H R Semetara tu, pers. (4) meyataka () lk G R (4) 46

47 Dferesas pers. (4): d lk d G R Jka pers. () dsubttuska ke persamaa terakhr: d lk d H R () 47

48 Pers. () meyataka pegaruh temperatur terhadap kostata kesembaga, da uga kovers kesembaga. Jka H < (eksoterms) K turu ketka ak Jka H > (edoterms) K ak ketka ak Jka H daggap tdak tergatug pada, tegras pers. () dar temperatur ' ke aka meghaslka: K l K' H R ' () 48

49 49

50 Aka tetap, ka H tergatug pada, sebagamaa dyataka dalam persamaa () d bab sebelumya: H H R C R P d dlk d H R dlk H R C R P dd 5

51 dlk H R C R P dd H R lk dlk lk C R P dd lk lk H R C R P dd K l K H R C R P dd 5

52 l K K H R C R P dd K K H exp R C R P dd K K H exp R C R P dd 5

53 K K H exp R C R P dd K K H CP exp d dd R R K K H exp R d exp C R P dd K K 53

54 Itegras dar ke meghaslka: K K K K (3) K exp G R (4) K H exp R H exp R (5) K expa l B (6) D C 6 54

55 CONOH Htug kostata kesembaga utuk hdras fasa uap etlea pada temperatur 48,5 K da 593,5K. SOLUION Reacto: C H 4 (g) + H O (g) C H 5 OH (g) 55

56 C H 4 H O C H 5 OH + A,44 3,47 3,58 B 4, ,45-3, -3 C 4,39-6 6, -6 D, 5 H f, G f,

57 A 3,58,44 3,47,376 B 3 3,4,394,45 4,57 C D 6 6 6, 4,39,,6 5 5,,,, H G J 98 mol J 98 mol G K exp exp R 8,3498,5 9,366 57

58 Utuk = 48,5K H exp R K exp ,3498,5 98,5 48,5 4, ,5 98,5,45 K,986 K K 3 9,366 4,985,986,443 KK 58

59 Utuk = 593.5K H exp R K exp ,3498,5 98,5 593,5, ,5 98,5,9894 K,9794 K K 4 3 9,366,3,9794,94 K K 59