BAB II SIFAT-SIFAT ZAT MURNI

Transkripsi

1 Yose Aun Cahyanta : Terodinaika I 9 BAB II SIFAT-SIFAT ZAT MURNI ZAT MURNI (PURE SUBSTANCE) Merupakan zat yan epunyai koposisi kiia yan tetap (stabil), isalnya : air (water), nitroen, heliu, dan CO. Zat urni bisa terdiri dari satu eleen kiia (N ) aupun capuran (udara).capuran dari beberapa ase zat urni adalah zat urni, contohnya capuran air dan uap air. Tetapi capuran dari udara cair dan as bukan zat urn karena susunan kiianya berubah atau berbeda. N Udara Vapor H O Liquid Vapor Udara Liquid Zat urni Bukan zat urni FASE dari ZAT MURNI Diidentiikasi berdasarkan susunan olekulnya. Solid (padat) : jarak antar olekul sanat dekat sehina aya tarik antar olekul sanat kuat, aka bentuknya tetap. Gaya tarik antara olekulolekul cenderun untuk epertahankannya pada jarak yan relati konstan.pada teperatur tini olekul elawan aya antar olekul dan terpencar. Liquid (cair) : Susunan olekul irip denan zat padat, tetapi terhadap yan lain sudah tidak tetap lai. Sekupulan olekul akan enaban satu saa lain. Gas : Jarak antar olekul berjauhan dan susunannya acak. Molekul bererak secara acak.

2 Yose Aun Cahyanta : Terodinaika I 10 PERUBAHAN FASA dari ZAT MURNI Seua zat urni epunyai epunyai kelakuan uu yan saa. Sebaai contoh air (water). State 1 : Pada state ini disebut copressed liquid atau subcooled liquid. Pada state ini penabahan panas hanya akan enaikkan teperatur tetapi belu enyebabkan terjadi penuapan (not about to aporize) State : Disebut saturated liquid (cairan jenuh). Pada state ini luida tepat akan berubah asenya. Penabahan panas sedikit saja akan enyebabkan terjadi penuapan (about to aporize). Akan enalai sedikit penabahan olue. State 3 : Disebut Saturated liquid - apor ixture (capuran uap - cairan jenuh). Pada keadaan ini uap dan cairan jenuh berada dala kesetibanan. Penabahan panas tidak akan enaikkan teperatur tetapi hanya enabah julah penuapan. State 4 : Capuran tepat berubah jadi uap seluruhnya, disebut saturated apor (uap jenuh). Pada keadaan ini penuranan panas akan enyebabkan terjadi penebunan ( about to condense ). State 5 : Disebut superheated apor (uap panas lanjut). Penabahan panas akan enyebabkan kenaikkan suhu dan olue.. Gabar.1 Peanasan Air pada tekanan konstan

3 Yose Aun Cahyanta : Terodinaika I 11 Proses-proses tersebut di atas dapat diabarkan dala diara T -. Diara ini enabarkan perubahan-perubahan teperatur dan olue jenis.. Gabar. Diara T- proses perubahan ase air pada tekanan konstan Proses adalah peanasan pada tekanan konstan Proses adalah pendininan pada tekanan konstan PROPERTY DIAGRAM ( DIAGRAM SIFAT) Diara T - Gabar.3 Diara T- perubahan ase zat urni (air) pada berbaai ariasi tekanan

4 Yose Aun Cahyanta : Terodinaika I 1 Dari abar.3 dapat dilihat bahwa seakin tini tekanan air aka seakin tini pula titik didihnya. T sat erupakan unsi dari P sat,(t sat = P sat ) T sat = Saturation teperature, teperatur saat zat urni berubah phase pada tekanan tertentu. P sat = Saturation pressure, tekanan saat zat urni berubah phase pada teperatur tertentu. Garis yan enhubunkan keadaan cair jenuh dan uap jenuh akan seakin pendek jika tekanannya akin besar. Pada tekanan tertentu (,09 MPa) keadaan cair jenuh dan uap jenuh berada pada satu titik. Titik ini disebut titik kritis (critical point). Untuk air (water) : T cr = 374,14 o C ; P cr =,09 MPa. ; cr = 0, /k. Jika titik-titik pada keadaan cair jenuh dihubunkan aka diperoleh aris cair jenuh. Jika titik-titik pada keadaan uap jenuh dihubunkan aka diperoleh aris uap jenuh. Kedua aris ini berteu di titik kritis. Gabar.4 Diara T- zat urni Di atas titik tekanan kritis proses perubahan dari cair enjadi uap tidak lai terlihat jelas/nyata. Terjadi perubahan secara spontan dari cair enjadi uap.

5 Yose Aun Cahyanta : Terodinaika I 13 Diara P - Gabar.5 Diara P- zat urni Bentuk dari diara P- irip denan diara T-. Pada diara P- aris teperatur konstan epunyai trend enurun sedankan pada diara T- aris tekanan konstan epunyai trend enaik. Diara P - dan P-T ase padat, cair dan as Menecil sewaktu ebeku Kebanyakan zat urni akan enyusut saat ebeku. Gabar.6 Diara P- zat urni yan enyusut saat ebeku

6 Yose Aun Cahyanta : Terodinaika I 14 Meneban sewaktu ebeku Gabar.7 Diara P- zat urni yan eneban saat ebeku (contohnya adalah air) Pada kondisi tertentu ase padat, cair dan as berada dala kesetibanan. Pada diara P- dan T- keadaan ini akan ebentuk suatu aris yan disebut Triple line. Dala diara P-T keadaan ini napak sebaai suatu titik dan disebut Triple point. Triple point air adalah T TR = 0,01 o C dan PTR = 0,06113 kpa. Gabar.8 Diara P- T zat urni (diara ase)

7 Yose Aun Cahyanta : Terodinaika I 15 Diara P-T serin disebut sebaai diara ase karena dala diara P- T, antar tia ase dipisahkan secara jelas, asin-asin denan sebuah aris. Ketia aris berteu di triple point. Garis penuapan (aporisation) berakhir di titik kritis karena tidak ada batas yan jelas antara ase cair dan ase uap. Tidak ada zat yan berada pada ase cair jika tekanannya berada di bawah tekanan Triple point. Ada dua cara zat padat berubah enjadi uap Pertaa elalui proses encair keudian enuap dan kedua ase padat berubah lansun enjadi ase as (disebut enyubli). Menyubli hanya dapat terjadi pada tekanan di bawah tekanan Triple point. Diara P - - T a. Menyusut saat ebeku b. Meneban saat ebeku Gabar.8 Diara P- T zat urni (diara ase) PROPERTY TABEL (TABEL SIFAT-SIFAT THERMODINAMIKA) Sebaai contoh akan dibahas tabel air (water), untuk zat yan lain analo. Tabel jenuh air (saturated water table) : Pada proses perubahan ase teperatur dan tekanan erupakan ariabel yan salin terantun (dependent ariable). Oleh karena itu disusun dua tabel yaitu tabel denan teperatur sebaai ariable bebas dan tabel denan tekanan sebaai ariabel bebas.

8 Yose Aun Cahyanta : Terodinaika I 16 Tabel Teperatur Tabel Tekanan

9 Yose Aun Cahyanta : Terodinaika I 17 Volue jenis untuk ase cair jenuh indeks = luid : cairan jenuh (, u, h, s ) h = as : uap jenuh (, u, h, s ) Volue jenis untuk ase uap jenuh = luid - as : selisih antara hara uap jenuh dan cairan jenuh ( = - ; u = u - u ; h = h - h ; s = s - s ) = entalpi penuapan(latent heat o aporisation) yaitu julah eneri yan diperlukan untuk enuapkan satu satuan assa cairan pada suatu teperatur dan tekanan tertentu. Jika tekanan dan teperatur bertabah aka h akan berkuran, dan pada titik kritik haranya nol ( h = 0 ). Enthalpy erupakan abunan antara eneri dala, tekanan dan olue. H = U + P V atau h = u + P Capuran uap dan cairan jenuh (saturated liquid apor ixture) Pada proses penuapan zat cair dan uap berada pada kesetibanan atau zat berada pada ase cair dan ase uap secara bersaa-saa. Untuk elakukan analisa pada ase ini diunculkan suatu besaran yan disebut kualitas uap (raksi uap). X = apor total X = kualitas uap (quality)

10 Yose Aun Cahyanta : Terodinaika I 18 Gabar.9 Capuran cair jenuh dan uap total = liq + apor = + V = V V = a a a = assa ; liq = cair ; apor = uap + V a = ; V.. = = - = = 1 = 1 X = = = (1 X) + X + X ;V + X ( ) =. Siat-siat terodinaika suatu capuran cair jenuh dan uap denan kualitas X : u = u = u + X u a h = h = h + X h a s = s = s + X s a secara uu y = y + X y

11 Yose Aun Cahyanta : Terodinaika I 19 Fraksi uap dapat dinyatakan Gabar.10 Kualitas (raksi) uap X = y - y y Superheated apor (uap panas lanjut) Daerah di sebelah kanan aris uap jenuh.

12 Yose Aun Cahyanta : Terodinaika I 0 Copressed liquid Daerah di sebelah kiri aris cair jenuh. Apabila tabel Copressed liquid tidak dijupai aka nilai properti didekati sebaai properti pada keadaan cair jenuh berdasarkan teperatur y T Atau untuk entalpi didekati denan Tabel Karakteristik tiap ase Gien Copressed liquid Saturated liquid Liquid - apor ixture Saturated apor superheated apor T P > P P = P P = P P = P P < P sat sat sat sat sat P T < T T = T T = T T = T T > T sat sat sat sat sat P, T < = < < = > P, T u < u u = u u < u <u u = u u > u P, T h < h h = h h < h <h h = h h > h P, T s < s s = s s < s <s s = s s > s Cara Menunakan Tabel Untuk ebaca nilai properti unakan tabel sesuai asenya. Fase suatu zat ditentukan denan cara ebandinkan properti yan diketahui denan properti pada keadaan jenuh (lihat karakteristik tiap ase).

13 Yose Aun Cahyanta : Terodinaika I 1 PERSAMAAN GAS IDEAL Persaaan keadaan (equation o state) : persaaan yan enhubunkan tekanan, teperatur dan olue jenis suatu zat. ase uap suatu zat disebut as jika berada di atas teperatur kritis. apor (uap) : as yan tidak jauh dari keadaan kondensasi Robert Boyle (Inris, 166) : P ~ J. Charles dan J. Gay Lussac (Perancis 1810) : P = R P = R T Persaaan as ideal P = Tekanan absolut : Tekanan terukur + tekanan atosir T = Teperatur absolut ( K atau R) = Volue jenis R = konstante as : udara R = 87 J/(k K) 1 T heliu R = 077 J/(k K) aron R = 08 J/(k K) nitroen R = 96 J/(k K) RU R = M R U = konstanta as uu = 8,314 kj/(k ol K) M = olar ass (berat olekul) assa siste : = M N = 1,986 Btu/(lb ol R) ; N = julah olekul V = P V = R T R = M N R = N R U P V = N R U T V = N P = R U T = olue jenis olekul ( olue tiap satuan ole ) Untuk ixed ass syste : PV T PV 1 = = R T

14 Yose Aun Cahyanta : Terodinaika I Gabar.11 Penyipanan nilai olue jenis denan asusi stea sebaai as ideal dibandin tabel tabel ideal Percent error = x 100% tabel Pada tekanan rendah dan teperatur tini as dapat dianap sebaai as ideal. Awas : Uap air bukan as ideal. Untuk uap air janan unakan persaaan as ideal. Di sekitar aris uap jenuh kesalahan besar. FAKTOR KOMPRESIBILITAS (Z) Merupakan tolok ukur penyipanan terhadap siat as ideal.

15 Yose Aun Cahyanta : Terodinaika I 3 P Z = R T P = Z R T actual Z = ideal Variable kunci : ; ideal RT = P * Reduced Pressure (tekanan tereduksi) * Reduced Teperature (suhu tereduksi) P PR = PCR T TR = T Z untuk seua as saa pada P R dan TR yan saa ( Principle o correspondin states) Catatan : 1. P << 1 (reardless teperatur) : endekati as ideal R. Teperatur tini ( T R > ) : epunyai ketelitian yan baik tanpa eperhatikan tekanannya, kecuali untuk P >> 1. R 3. Deiasi dari as ideal akan seakin besar bila dekat denan titik kritis. CR Gabar.1 Perbandinan nilai-nilai Z dari berbaai as

16 Yose Aun Cahyanta : Terodinaika I 4 PERSAMAAN KEADAAN YANG LAIN 1. Persaaan Van Der Waals (1873) a P + ( b) = R T 7 R TCR a = 64 PCR R TCR b = 8 PCR a = penaruh aya - aya antar olekul. b = penaruh olue ruan yan ditepati olekul as.. Persaaan Beeattie - Bridean (198) Disusun dari raik yan diperoleh dari data eksperien R U T (1- ε ) P = ( + B) - a A = A o (1- ) b B = Bo (1- ) c ε = 3 T A Persaaan Beattie - Bridean diunakan untuk assa jenis kuran dari assa jenis pada titik kritis. Untuk assa jenis yan lebih besar dapat diunakan persaaan Benedict - Webb - Rubin. 3. Persaaan Benedict - Webb - Rubin (1940) R UT P = + BoR 3 c T U γ 1 + T A e γ o C T o 1 bru T α aα

17 Yose Aun Cahyanta : Terodinaika I 5 Gabar.14 Penyipanan nilai olue jenis Nitroen denan enunakan persaaan dibandin tabel tabel persaaan Percent error = x 100% tabel.