Fugasitas. Oleh : Samuel Edo Pratama

Transkripsi

1 Fugasitas Oleh : Samuel Edo Pratama Pengertian Dalam 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 0 0 C 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 Campuran Apabila suatu campuran terdiri dari 2 macam senyawa dengan fraksi masing-masing Xa dan Xb, maka besarnya nilai fugasitas dari campuran tersebut adalah

2 Persamaan Fugasitas [( ) ] Di mana z adalah faktor kompresibilitas Fugasitas Campuran Berdasarkan Persamaan Van der Waals Persamaan 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

3 [ ] * ( ) + *( ) + 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

4 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 Henry Hukum 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 Energy Ada 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

5 Koefisien aktivitas 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 fugasitas Berdasarkan 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 Daftar Pustaka Smith, V., Van Ness, Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics, 4 th McGraw-Hill, Singapore, 1987, Chapter 10, 11, 12 Edition, Larrinaga, L., Graphically Determining the Wilson Parameters, Chemical Engineering, April 1981, pp 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