MAKALAH KIMIA FISIKA

SIFAT GAS DAN CAIR

Disusun oleh:

KELOMPOK 8

Annisa Nurqomariah (NPM. 1406608082)

Akbar Pandu W (NPM. 1406607786)

Cut Shafira Salsabila (NPM. 1506800281)

Fikri Averous (NPM. 1406607792)

Puteri Amelia (NPM. 1406608095)

Tanggal Pengumpulan: 25 September 2015

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS INDONESIA

2015

1

PENDAHULUAN

Rumusan masalah :

1. Mengetahui sifat-sifat wujud materi (padat, cair, dan gas) serta dapat

membedakannya

2. Mengetahui teori-teori tentang gas ideal dan gas nyata serta hukum-hukum yang

mendasarinya

3. Mengetahui proses pembuatan, penyimpanan, dan pencairan gas

4. Mengetahui fenomena kritis cairan, dan aplikasinya

5. Penerapan Green Chemistry

ISI

TEORI DASAR

1. Sifat padat, gas, cairan

2. Hukum-hukum gas

3. Teori kinetik gas

4. Proses pembuatan, penyimpanan, dan pencairan gas

5. Cairan superkritis

6. Green chemistry

PERTANYAAN

Pemicu 1-POIN A (7 Pertanyaan)

1. Tugas pertama yang diberikan kepada tiap kelompok mahasiswa adalah menjelaskan

perbedaan sifat wujud materi, seperti nama kelompok mereka. Jika Anda adalah

anggota dari Kelompok Gas, jelaskan sifat dari gas dan kemudian bandingkan dengan

sifat cair dan padat.

SIFAT UMUM GAS

1) Molekul gas bergerak ke segala arah dengan kecepaan yang tinggi

2) Kerapatan gas lebih kecil dibandingkan zat lain (padat dan cairan)

3) Gas bersifat kompresibel (dapat ditekan)

4) Gas mudah berdifusi dengan zat lain.

Perbedaan dengan sifat umum gas, padat dan cairan

Padat Cair Gas

Mempunyai bentuk dan

volume tertentu

Mempunyai volume tertentu,

tetapi tidak mempunyai

bentuk yang tetap,

bergantung pada media yang

digunakan

Tidak mempunyai volume

dan bentuk yang tertentu

Jarak antar-partikel zat pada

sangat rapat

Jarak antar-partikel zat cair

lebih renggang

Jarak antar partikel gas

sangat renggang

Partikel-partikel zat padat

tidak dapat bergerak bebas

Partikel-partikel zat cair

dapat bergerak bebas namun

terbatas

Partikel-partikel gas dapat

bergerak sangat bebas

Bersifat inkompresibel Bersifat inkompresibel Bersifat kompresibel

2. Di industri ini, mereka diperkenalkan dengan istilah faktor kompresibilitas yang

menunjukan bahwa gas tersebut bukanlah gas ideal. Jelaskan apa yang Anda ketahui

tentang gas ideal. Berdasarkan faktor kompresibilitas ini, bagaimana Anda dapat

membedakan bahwa gas tersebut merupakan gas ideal atau gas nyata. Dan jelaskan apa

yang Anda ketahui tentang gas nyata.

2

Gas Ideal Merupakan gas yang mengikuti secara sempurna hukum – hukum gas. Gas

ideal adalah suatu gas yang di idekan manusia agar dapat mempermudah perhitungan.

Gas ideal memenuhi beberapa kriteria sebagai berikut:

1) Jumlah partikel gas banyak tetapi tidak ada gaya tarik menarik antar partikel

2) Semua partikel bergerak secara acak

3) Ukuran gas sangat kecil bila dibandingkan dengan ukuran wadah, menyebabkan

ukuran gas diabaikan

4) Setiap tumbukan yang terjadi bersifat lenting sempurna

5) Partikel gas terdistribusi secara merata pada seluruh ruang

6) Partikel gas memenuhi hukum newton tentang gas.

Gas Real Merupakan gas yang tidak mematuhi persamaan dan hukum gas lain nya di

semua kondisi suhu dan tekanan. Gas nyata menggunakan hukum – hukum gas hanya

pada saat tekanan rendah. Sifat gas nyata meliputi:

1) Volume gas nyata tidak dapat diabaikan

2) Terdapat gaya tarik menarik antara molekul

3) Karena terdapat gaya tarik menarik antara molekul yang sangat kuat

menyebabkan molekul tidak lurus dan tekanan dinding menjadi lebih kecil

daripada gas ideal.

Perbedaan persamaan pada gas ideal dengan gas nyata dinyatakan dalam faktor daya

mampat atau faktor kompresibilitas (Z) yang mana menghasilkan persamaan untuk

gas nyata yaitu:

3. Sebuah tabung 12 L akan diisi dengan gas N2, dengan cara mengalirkan gas tersebut dari

tabung 1 L dengan tekanan 20 atm. Dengan mangasumsikan bahwa gas tersebut adalah

gas ideal, hukum siapakah yang bisa Anda gunakan untuk menentukan tekanan akhir dair

gas N2 ini? Jika gas nyata, bagaimanakah caranya kita mendapatkan tekanan akhir gas

tersebut? Terangkan juga hukum – hukum gas yang lain, baik untuk gas ideal ataupun

hukum gas nyata

Asumsi gas ideal Hk. Boyle

Hukum – hukum

Gas ideal

1. Hukum Boyle

atau

2. Hukum Charles / Gay Lussac

3. Tetapan Gas Umum (Gas Ideal)

4. Hukum Dalton

3

5. Hukum Amagat

6. Hukum Graham

atau

7. Hukum Boyle – Gay Lussac

Asumsi gas nyata persamaan Van Der Waals

Hukum-Hukum

Gas Nyata

1. Persamaan Van Der Waals

2. Persamaan Kamerlingh Onnes

3. Persamaan Berthelot

4. Persamaan Beattie-Bridgeman

Dimana:

4. Salah satu persamaan gas nyata yang banyak digunakan adalah persamaan Van der

Waals. Dengan berdasarkan kepada persamaan gas ideal, terangkan bagaimana kita bisa

mendapatkan persamaan Van der Waals. Dalam persamaan ini terdapat dua konstanta

yang sangat tergantung kepada karateristik dari masing-masing gas. Terangkan

bagaimana cara menentukan nilai kontastanta Van der Waals tersebut.

4

Karena volume gas nyata jauh lebih besar dari gas ideal, dan pada tekanan tinggi volume ini

tidak bisa diabaikan, maka Van der Waals menggunakan kontanta b sebagai jumlah mol

partikel-partikel yang terdapat dalam gas nyata. Volume gas nyata total akan dikurangi

dengan jumlah molekul partikel-partikel di gas.

Dan karena tekanan gas nyata lebih kecil dari gas ideal, maka Van der Waals menambahkan

istilah konstanta a, yang memiliki bentuk: . Sehingga persamaan Van der Waals terhadap

gas ideal menjadi:

5. Selain gas murni, industri tersebut juga menjual gas dalam bentuk campuran. Jika

industri tersebut mendapat pesanan campuran gas yang terdiri dari 30% vol N2, 50% vol CO,

15% vol H2, dan 5% O2, bantulah industri tersebut untuk menentukan fraksi berat, fraksi

mol, berat molekul rata-rata, tekanan parsial, dan densitas campuran. Buatlah asumsi

yang logis jika dibutuhkan.

Menggunakan Hukum Avogadro : “pada kondisi T dan P yang sama, maka V sebanding

dengan n (mol)” V n

Asumsikan :

Basis Volum = 100 L,

pada kondisi STP, T = 00C = 2730K

P= 1 atm

R = 0,082 J/mol0K

Ar : N2 = 28, H2 = 2, CO =30, O2 =32

Fraksi mol

V n

% mol N2 = % Vol N2 = 30%

% mol H2 = % Vol H2 = 15%

% mol CO = % Vol CO = 50%

% mol O2 = % Vol O2 = 5%

Massa komponen

P . V = n . R . T

P . V = massa/Mr . R. T

Massa = P . V . Mr /(R.T)

Massa N2 = 37,5 gram

Massa H2 = 1,34 gram

Massa CO = 67 gram

Massa O2 = 7,14 gram

Total massa campuran = 112,98 gram

Fraksi (%) Massa

% massa N2 33,2%

% massa H2 = 1,18%

% massa CO = 59,3%

5

% massa O2 = 6,32%

Total %massa = 100%

Berat molekul rata-rata

Densitas Gas

d = massa / Volume

d N2 = 37,5 gr /3.104mL = 1,25x10-3 gr/ml

d H2 = 1,34 gr /1,5.104mL = 8,9x10-5 gr/ml

d CO = 67 gr /5.104mL = 1,34x10-3 gr/ml

d O2 = 7,14 gr /5.103mL = 1,43x10-3 gr/ml

Tekanan Parsial

6. Dalam kunjungan ini, mahasiswa juga belajar mengenai gas cair, salah satu produk dar

PT X Indonesia ini. Berdasarkan keterangan yang sudah diperoleh dari industri tersebut,

jelaskan bagaimana suatu gas bisa dicairkan.

Proses pencairan gas alam di kilang LNG Badak menggunakan sistem pendingin multi

komponen dari APCI. Secara umum, pengolahan LNG adalah sebagai berikut: 1. Bahan baku gas alam dari ladang dilewatkan melalui knock out drum untuk memisahkan

kondensat cair sebelum memasuki kilang LNG.

2. Karbon dioksida dipisahkan oleh penyerapan kimia dengan amine proses.

3. Pemisahan air dengan molecular sieve.

4. Propana, Butana, dan kondensat dipisahkan dari feed LNG dalam column fraksinasi.

5. Pendinginan LNG dengan propane refrigeration.

6. Pendinginan tahap akhir dan pencairan LNG dilakukan di Kriogenik Utama pada Heat

Exchanger dengan menggunakan komponen pendingin multi sebagai media pendingin.

Rincian pencairan gas LNG sebagai berikut :

Sistem pendinginan yang digunakan dalam proses pembuatan LNG ini, yaitu system Single

Mixed Refrigerant (SMR) dengan refrigerant berupa Mixed Component Refrigerant (MCR).

Unit ini berfungsi untuk mencairkan gas alam menjadi LNG. Gas yang akan masuk LNG

Separator didinginkan terlebih dahulu dalam coolbox LNG Exchanger dengan menggunakan

MCR. Kemudian MCR yang telah menyerap panas akan masuk ke dalam First Stage MCR

Compressor untuk dinaikkan tekanannya menjadi 5 bar. Kemudian gas tersebut akan

didinginkan di dalam MCR Intercooler Heat Exchanger sampai 32°C. Kemudian MCR akan

dinaikkan kembali tekanannya dengan menggunakan Second Stage Compressor menjadi

14.71 bar, lalu didinginkan kembali dengan menggunakan MCR Cooler. Setelah itu, MCR

akan dinaikkan kembali tekanannya dengan menggunakan Third Stage MCR Compressor

menjadi 45.11 bar dan kemudian didinginkan dengan menggunakan MCR Aftercooler Heat

Exchanger. Setelah itu, MCR yang telah melalu tahap kompresi akan masuk kedalam coolbox

6

LNG Exchanger untuk tahap pendinginan oleh MCR itu sendiri. Kemudian, MCR yang

keluar dari coolbox LNG exchanger akan diekspansikan dengan MCR Expansion Valve

sehingga tekanannya 1 bar dan -160°C. MCR yang telah dingin ini siap untuk mendinginkan

aliran yang akan menuju fractionation unit, mencairkan LNG yang keluar dari atas kolom

LNG separator menjadi produk LNG, serta untuk mendinginkan MCR itu sendiri. Sehingga

MCR yang telah keluar dari coolbox akan berubah fasenya menjadi uap dan akan masuk ke

dalam MCR Compressor.

7. Dari hasil kunjungan pabrik yang sudah dilakukan, berikanlah keterangan singkat tentang

gas O2, H2, dan N2 yang Anda ketahui, tentang proses pembuatan, penyimpanan, dan

pemanfaatannya.

A. Oksigen

Proses Pembuatan Oksigen di industri

Di udara, 21% diantaranya adalah oksigen. Dalam industry, udara menjadi bahan baku dalam

pembuatan oksigen. Pembuatan gas oksigen dilakukan dengan cara distilasi udara cair, yaitu

menurunkannya hingga di bawah suhu kritis dan pengaturan tekanan. Udara didinginkan

hingga suhu -200°C dengan tekanan tinggi sehingga udara mencair. Kemudian, udara cair

tersebut secara berangsur-angsur dipanaskan. Pada suhu -183°C, oksigen cair akan menguap

sehingga dapat dipisahkan dari gas lainnya.

Penyimpanan Oksigen

Oksigen di simpan ke dalam tabung atau tangki atmosferik bertekanan tinggi

Pemanfaatan Oksigen

1. Untuk pernafasan para penyelam, angkasawan, atau penderita penyakit tertentu

2. Dalam industri baja, untuk mengurangi kadar karbon dalam besi gubal

3. Bersama-sama dengan gas asetilena, digunakan untuk mengelas baja

4. Oksigen cair bersama dengan hydrogen cair digunakan sebagai bahan bakar roket untuk

mendorong pesawat ruang angkasa

5. Dalam berbagai industri kimia, untuk mengoksidasikan berbagai zat

6. Digunakan dalam pengolahan besi menjadi baja di tanur terbuka (tanur oksigen)

7. Berperan dalam aerasi limbah industri

B. Nitrogen

Proses Pembuatan Nitrogen di industri

Pembuatan gas nitrogen dilakukan bersamaan dengan pembuatan gas oksigen karena

sumbernya juga sama, yaitu udara. Udara yang mengandung 78 % gas nitrogen, didinginkan

sehingga diperoleh nitrogen dan oksigen cair. Selanjutnya, cairan tersebut didistilasi pada

suhu -195,8°C. Nitrogen cair akan menguap dan terpisah dengan oksigen cair. Uap nitrogen

ini, kemudian ditampung dan dapat digunakan sesuai keperluan.

Pemanfaatan Nitrogen

1. Untuk pembuatan amonia

2. Untuk membuat atmosfer inert dalam berbagai proses yang terganggu oleh oksigen,

misalnya dalam industri elektronika

3. Sebagai atmosfer inert dalam makanan kemasan untuk memperpanjang masa

penggunaannya

4. Nitrogen cair digunakan sebgai pendingin untuk menciptakan suhu yang sangat rendah

C. PEMBUATAN HIDROGEN

Bahan yang Digunakan

· Uap air

· Metana atau hidrokarbon ringan

· Katalis nikel

7

Proses dan Reaksi Kimia pembuatan Hidrogen

Dalam skala industri, hydrogen dihasilkan dari uap air dengan metana atau hidrokarbon

ringan dengan katalis nikel pada suhu 75°C menghasilkan campuran karbon monoksida dan

hydrogen. Campuran gas ini disebut “synthesis gas” atau “syngas”.

CH4 + H2O CO + H2

C(coke) + H2O (1000°C) CO + H2

pemanfaatan Hidrogen

· Proses produksi methanol, etanol, dan alcohol yang lebih tinggi

2CO + H2 CH3CH2OH

· Pembentukan logam dai oksidanya

MO2 + 2H2 M + 2H2O

· Hydrogen sebagai bahan baker

· Untuk hidrogenasi lemak dan minyak

· Sebagai bahan baker roket

· Mereduksi bijih-bijih besi

· Sebagai gas pengisi balon

Penyimpanan Oksigen, Hidrogen, dan nitrogen

Sistem Penyimpanan Gas Cair Umum

Campuran gas dan gas bertekanan tinggi dalam kuantitas curah dikirimkan melalui truk

tabung dan disimpan. Sistem penyimpanan biasanya terdiri atas sejumlah bejana tekanan dari

baja bertekanan tinggi yang dimanifol bersama-sama. Sistem ini memiliki desain modular dan

ukurannya disesuaikan dengan laju penggunaan. Sistem ini dapat menangani argon, karbon

monoksida, udara kompresi, helium, hidrogen, nitrogen, dan oksigen.

Sistem penyimpanan gas cair umum.

Setiap bejana tekanan memiliki panjang 22 1/2 kaki dan diameter 24 inci. Manifol permanen

menghubungkan bejana-bejana yang terpilih untuk lokasi. Gas dialirkan ke houseline melalui

stasiun pengurang tekanan yang secara otomatis mengontrol tekanan. Tiang penyangga

mandiri disediakan untuk mengisi bejana dari truk tabung bertekanan tinggi. Bejana diisi

dengan metode penyamaan transfill tekanan.

Bejana Tekanan

Bejana memenuhi persyaratan ASME UPV Code, Bagian VIII dan Lampiran 22. Bejana ini

memiliki tekanan kerja maksimal yang diizinkan sebesar 2.450 psig. Setiap bejana dilengkapi

dengan katup shutoff berjenis-sudut dengan rakitan cakram pengaman semburan yang akan

pecah pada tekanan 3.100 psig. Modul bejana tekanan ini berbentuk baris tiga bejana

horizontal yang diletakkan di antara dua rangka balok L yang menyediakan topangan dan

stabilisasi yang dibutuhkan. Perakitan modular dapat dibangun untuk memenuhi hampir

segala macam kebutuhan penyimpanan gas.

Stasiun Pengurang Tekanan

Stasiun pengurang tekanan diletakkan di dalam lemari kedap cuaca, yang melindungi

regulator pengurang tekanan-ganda, pengukur, kenop alarm tekanan-rendah opsional, katup

penyeimbang, dan katup pelepas untuk keamanan.

8

Tiang Penyangga Pengisian Truk Tabung

Tiang penyangga pengisian truk tabung berbentuk L, difabrikasi dari balok L aluminium,

menopang pigtail fleksibel, katup, dan pemipaan yang dibutuhkan untuk mengalirkan produk

dari truk tabung ke dalam bejana penyimpanan tekanan tinggi. Peralatan pengisian ini

terpisah dari lemari kontrol demi keamanan dan kenyamanan.

Pemicu 1-POIN B (2 Pertanyaan)

1. Untuk dapat memahami teori kinetika gas, kelompok mahasiswa mengasumsikan bahwa

setiap mobil yang melaju adalah suatu molekul gas yang berada dalam suatu ruangan

dengan volume V. Jika Anda adalah mahasiswa tersebut, jelaskan postulat yang

mendasari teori kinetika gas, dan bagaimana Anda dapat menerangkan distribusi

kecepatan molekul gas berdasarkan data yang ada di tabel.

Teori atau postulat untuk gas ideal memiliki asumsi-asumsi berikut ini:

Gas terdiri dari partikel-partikel sangat kecil, dengan massa tidak nol.

Banyaknya molekul sangatlah banyak, sehingga perlakuan statistika dapat diterapkan.

Molekul-molekul ini bergerak secara konstan sekaligus acak. Partikel-partike yang

bergerak sangat cepat itu secara konstan bertumbukan dengan dinding-dinding

wadah.

Tumbukan-tumbukan partikel gas terhadap dinding wadah bersifat lenting (elastis)

sempurna.

Interaksi antarmolekul dapat diabaikan (negligible). Mereka tidak

mengeluarkan gaya satu sama lain, kecuali saat tumbukan terjadi.

Keseluruhan volume molekul-molekul gas individual dapat diabaikan bila

dibandingkan dengan volume wadah. Ini setara dengan menyatakan bahwa jarak rata-

rata antarpartikel gas cukuplah besar bila dibandingkan dengan ukuran mereka.

Molekul-molekul berbentuk bulat (bola) sempurna, dan bersifat lentur (elastic).

Energi kinetik rata-rata partikel-partikel gas hanya bergantung kepada suhu sistem.

Efek-efek relativistik dapat diabaikan.

Efek-efek Mekanika kuantum dapat diabaikan. Artinya bahwa jarak antarpartikel

lebih besar daripada panjang gelombang panas de Broglie dan molekul-molekul dapat

diperlakukan sebagai objek klasik.

Waktu selama terjadinya tumbukan molekul dengan dinding wadah dapat diabaikan

karena berbanding lurus terhadap waktu selang antartumbukan.

Persamaan-persamaan gerak molekul berbanding terbalik terhadap waktu.

Gambar 1. Tumbukan elastis molekul-molekul gas

Tumbukan-tumbukan yang terjadi hanyalah mengubah arah kecepatan dari partikel.

Jumlah rata-rata tumbukan yang terjadi persatuan waktu yang dibuat oleh partikel

tunggal disebut frekwensi tumbukan. Frekwensi tumbukan memegang peranan penting

dalam membahas sifat-sifat transport gas dan reaksi-reaksi kimia dalam fasa gas. Jarak

rata-rata gerakan partikel antara tumbukan yang satu dengan tumbukan yang lain disebut

jalan bebas rata-rata, yang memegang peranan penting dalam membahas fenomena

9

transport, karena menunjukkan berapa jauh molekul mempunyai sifat tertentu sebelum

tumbukan.

Jakarta-

Bogor

Kecepatan 80 85 90 95 100

Volume 78 121 103 22 4

Distribusi kecepatan molekul dapat diterangkan melalui kurva Maxwell mengenai

distribusi kecepatan molekul, dimana sumbu x adalah fraksi molekul dan y adalah kecepatan

molekul, pada kasus ini, dianggap bahwa mobil-mobil dalam tol merupakan molekul molekul

yang berada dalam kontainer V.

Dari kurva di atas, dapat dijelaskan mengenai most probable velocity, root mean square

velocity, dan kecepatan rata-rata. Kecepatan di titik maksimum kurva disebut Most probable

velocity karena jumlah fraksi terbesar dari molekul memiliki kecepatan itu.

Kecepatan molekul 80 85 90 95 100

Fraksi molekul 0,237805 0,368902 0,314024 0,067073 0,012195

Fraksi molekul terbesar adalah 0.368902, sehingga nilai kecepatan paling mungkinnya

adalah 85 km/jam. Root mean square velocity adalah akar rata-rata jumlah kuadrat dari

kecepatan.Kalkulasinya adalah :

Kecepatan rata-rata molekulnya adalah :

Dapat disimpulkan bahwa Root mean square velocity > average velocity > most probable

velocity.

10

2. Bayangkan mobil-mobil yang melaju di jalan tersebut adalah molekul-molekul gas yang

berada dalam suatu ruangan, dengan diameter. Jelaskan bagaimana Anda dapat

menentukan jumlah tumbukan yang terjadi antar mobil per volume per jam. Jelaskan juga

bagaimana cara menentukan jalan bebas rata-rata dan viskositas gas.

Tumbukan Antar Molekul Berbeda

Tumbukan terjadi bila dua molekul saling mendekat dalam jarak d. Jarak sebesar ini

disebut sebagai diameter tumbukan. Harga diameter tumbukan tersebut bagi molekul-molekul

model bola keras yang sejenis sama dengan diameter molekul bola keras tersebut. Untuk

molekul model bola keras A dan B yang tak sejenis, maka massa molekulnya merupakan

massa molekul terreduksi , dan diameter tumbukannya adalah rata-rata dari diameter kedua

molekul yang bertumbukan.

Jumlah tumbukan satu molekul A dengan molekul B adalah dimana NA adalah jumlah

molekul A dan NB adalah jumlah molekul B. Jadi jumlah tumbukan A dan B persatuan

volum dinyatakan dengan persamaan:

Persamaan-persamaan di atas memperlihatkan bahwa peningkatan suhu sistem

menyebabkan peningkatan kecepatan rata-rata relatif dari molekulmolekul yang

bertumbukan. Hal ini menyebabkan frekwensi tumbukan meningkat. Persamaan ini

menunjukkan bahwa pada suhu tertentu, frekwensi tumbukan berbanding lurus dengan

tekanan. Bila tekanan diperbesar maka kerapatan molekul membesar sehingga kebolehjadian

tumbukan antar molekul meningkat. Hal ini menyebabkan frekwensi tumbukan juga

meningkat. Sebagai contoh, molekul N2 pada tekanan 1 atm dan suhu 25 o C mempunyai

frekwensi tumbukan ≈ 7 × 109 s -1 yang berarti setiap detik molekul-molekul N2

bertumbukan 7 × 109 kali.

Jumlah tumbukan yang terjadi antar mobil per volume per jam adalah:

Jika diibaratkan mobil tersebut adalah molekul-molekul gas, maka mobil atau

diibaratkan molekul akan bergerak dengan kecepatan rata-rata relatif terhadap molekul lain

crel selama selang waktu ∆t. Akan terjadi tumbukan dengan luas A=πσ2, menempuh jarak =

crel. ∆t, volume dianggap V. Jumlah molekul yang ada sama dengan A.crel.Nv. Nv

merupakan jumlah molekul persatuan volum (dalam hal ini jumlah keseluruhan mobil),

Jumlah tumbukan persatuan waktu akan sama dengan jumlah molekul per satuan volume atau

frekuensi tumbukannya = A.crel.Nv. Nilai dari crel=21/2c, sehingga frekuensi tumbukan

molekul (Z) dihitung dengan persamaan:

11

Sehingga untuk kasus ini didapatkan :

Frekuensi tumbukan di tol Jagorawi ke arah Jakarta:

Karena, c rata-rata yang didapatkan dari data yaitu:

Nv diibaratkan jumlah volume kendaraan yang melewati tol arah Jakarta = 169 kendaraan.

Untuk Frekuensi tumbukan di tol Jagorawi ke arah Bogor:

Karena, c rata-rata yang didapatkan dari data yaitu:

Nv diibaratkan jumlah volume kendaraan yang melewati tol arah Jakarta = 159 kendaraan.

Jalan bebas rata-rata

Diantara tumbukan-tumbukan yang beruntun, sebuah molekul dalam suatu gas akan

bergerak dengan laju yang konstan sepanjang sebuah garis lurus. Jarak rata-rata diantara

tumbukan-tumbukan yang beruntun seperti itu dinamakan jalan bebas rata-rata (mean free

path = ). Jika molekul bergerak dengan kecepatan c dan bertumbukan dengan

molekulmolekul lain secara beruntun dengan frekwensi Z, waktu untuk mencapai tumbukan

yang satu dengan lainnya adalah 1/Z dan jarak antar tumbukan dinyatakan dengan c /Z

(dimana Z adalah frekwensi tumbukan molekul tunggal), sehingga jalan bebas rata-ratanya

adalah:

Besarnya jalan bebas rata-rata:

Jika molekul bergerak dengan kecepatan c dan bertumbukan dengan molekul-molekul lain

secara beruntun dengan frekuensi Z, waktu untuk mencapai tumbukan yang satu dengan yang

lain adalah 1/Z dan jarak antar tumbukan dinyatakan dengan c/Z, sehingga jalan bebas rata-

rata nya adalah:

Jalan bebas rata-rata untuk mobil yang bergerak ke arah Jakarta:

12

Jalan bebas rata-rata untuk mobil yang bergerak ke arah Bogor:

Viskositas

Viskositas untuk mobil yang bergerak ke arah Jakarta:

Viskositas untuk mobil yang bergerak ke arah Bogor:

Pemicu 1-POIN C (2 Pertanyaan)

1. Pada kondisi kritis, sifat fisik cairan dan uap menjadi identik dan tidak ada perbedaan

yang dapat diamati diantara mereka. Jadi masing-masing temperatur, tekanan uap jenuh

dan volume molar yang berhubungan pada titik ini disebut sebagai temperatur kritikal

(Tc), tekanan kritikal (Pc) dan volume kritikal (Vc). Dengan memanfaatkan kurva P-V-T,

jelaskan fenomena kritis cairan dan berikan contoh. Jelaskan bedanya dengan

cairan superkritis. Berikanlah penjelasan singkat tentang fungsi dan manfaat cairan

pada kondisi kritis ataupun superkritikal berbanding dengan cairan pada kondisi STP

Bila air diletakkan dalam bejana tertutup, air mempunyai tekanan uap tertentu. Tekanan uap

ini tergantung temperatur, misalnya:

P25ᴼC = 23,76 mmHg

P100ᴼC = 760 mmHg

Kalau temperatur dinaikkan terus, tekanan uap juga bertambah, tetapi selalu ada

kesetimbangan antara Air-Uap. Pada temperatur 374,4ᴼC batas antara air dan uap hilang. Air

dalam keadaan ini disebut ada pada titik kritis. Zat cair yang lain bila dipanaskan pada bejana

tertutup akan menjalani peristiwa sama. Temperatur pada titik kritis disebut temperatur kritis,

tekanannya disebut tekanan kritis, dan volume molarnya disebut volume kritis. Fluida kritis

adalah zat yang berada pada suhu dan tekanan kritisnya. Berikut adalah kurva yang

menjelaskan titik kritis CO2:

13

Sedangkan fluida superkritis adalah zat yang berada pada suhu dan tekanan diatas titik kritis.

Zat ini memiliki kemampuan unik untuk berdifusi melalui benda padat seperti gas, dan

merutkan benda seperti cairan. Dan fluida ini juga dapat mengubah kepadatannya bila

mengubah sedikit suhu dan tekanannya. Sifat seperti ini membuatnya cocok sebagai

pengganti pelarut organik dalam proses yang disebut Ekstraksi Fluid Superkritis. CO2 dan

H2O adalah contoh fluida yang paling umum digunakan. Secara umumnya fluida superkritis

memiliki sifat diantara gas dan uap. Perbandingan antara gas, cairan, dan fluida superkritis

adalah:

Massa Jenis (kg/m3) Viskositas (µPa.s) Difusivitas (mm2/s)

Gas 1 10 1-10

Fluida superkritis 100-1000 50-100 0,01-0,1

Cairan 1000 500-1000 0,001

Fluida superkritis sendiri dikarakterisasikan sebagai suaru fluida dengan densitas tinggi,

viskositas rendah, dan difusivitas menengah antara gas dan cairan. Sifat fisik yang tidak biasa

ini justru menjadikan fluida superkritis sebagai pelarut yang ideal. Keuntungan yang dapat

diambil dari pemanfaatan teknologi ini adalah proses ekstraksi berlangsung cepat, ramah

lingkungan dan tidak beracun. Contoh penerapan ekstraksi fluida superkritis:

Kandungan linalyl asetat dari lavender dan proses distilasiair 12,1% sedangkan dengan fluida

superkritis diperoleh linalyl asetat 34,7%.

2. Salah satu cairan superkritis yang banyak digunakan sebagai pelarut adalah CO2

superkritis. Carilah satu referensi yang menjelaskan penggunaan CO2 superkritis,

jelaskan keunggulannya dibandingkan pelarut lain. Jelaskan juga pemanfaatan CO2

superkritis dan cairan superkritis lainnya sehubungan dengan slogan Green Chemistry di

bidang lainnya, sertakan dengan referensi yang mendukung.

CO2 pada kondisi superkritis adalah salah satu pelarut yang digunakan secara luas pada

proses ekstraksi. CO2 superkritis bersifat selektif pada proses pemisahan, ramah lingkungan,

tidak beracun, dan tidak mudah terbakar. Dengan temperature kritis yang rendah (304,1 K)

dan tekanan kritis menengah (7,28 MPa) menjadikan CO2 sebagai pelarut ideal, karena

mampu menahan komponen-komponen terekstraksi dari degradasi suhu.

Pelarut Suhu Kritis Tekanan Kritis Kepadatan Kritis

K MPa (atm) gr/cm3

CO2 304,1 7,38 (72,8) 0,469

H2O 647,3 22,12 (218,3) 0,348

CH4 190,4 4,6 (45,4) 0,162

14

C2H6 305,3 4,87 (48,1) 0,203

C3H8 369,8 4,25 (41,9) 0,217

C2H4 282,4 5,04 (49,7) 0,215

Contoh pengaplikasian CO2 superkritis adalah proses ekstraksi minyak atsiri. Untuk detail

proses ekstraksi minyak atsiri menggunakan pelarut CO2 superkritis adalah sebagai berikut:

1. Karbon dioksida cair dari tangki penyimpanan melewati bak pendingin (sekitar 263 K)

dipompa oleh dua pompa plug

2. karbon dioksida dipanaskan dengan heat exchanger tubular hingga mencapai temperatur

proses ekstraksi. CO2 mengekstrak komponen yang ada dalam daun

3. aliran CO2 yang mengandung ekstrak mengalir melalui percabangan katup (valve) jarum

4. Tekanan aliran dalam perjalanannya, berkurang dalam 3 tingkatan menjadi tekanan

atmosfir dan ektrak minyak terkumpul dalam kolektor

5. Air dan komponen yang mudah menguap tersimpan dalam kolektor ke-2.

PENERAPAN GREEN CHEMISTRY

Green chemistry adalah suatu falsafah atau konsep yang mendorong desain dari sebuah

produk ataupun proses untuk mengurangi/mengeliminir penggunaan atau penghasilan zat-

zat berbahaya

Green chemistry lebih berfokus pada usaha untuk meminimalisir penghasilan zat-zat

berbahaya dan memaksimalkan efisiensi dari zat-zat kimia

Supercritical Carbondioxide (CO2 superkritis) yang berada dalam fase cair merupakan

salah satu pengembangan konsep green chemistry. Zat ini banyak dimanfaatkan sebagai

pelarut dalam industri karena memiliki kandungan racun yang rendah. Selain itu,

rendahnya temperatur dari proses dan stabilitas CO2 memungkinkannya berfungsi sebagai

pelarut layaknya aqua distilata

PENUTUP

DAFTAR PUSTAKA

Sukardjo. 1998. Buku Kimia Fisika. Jakarta: PT. Rineka Cipta

Peter Atkins, 2006. Physical Chemistry. 8th Edition. W. H. Freeman.

Malcolm, 2007, Kimia Polimer, Jakarta: PT Pradnya Paramita

Oxtoby, D.W., et al., 2008. Principles of Modern Che.

Mortimer, R.G., 2008. Physical chemistry. 3th Ed. Elsevier Academic Press. London. Pinasthika, Nadira Putri. 2014. Persamaan Van der Waals. Online:

https://www.academia.edu/9460683/Persamaan_Van_Der_Waals [diakses 17

September 2015 21.48 WIB]

Windeartun. 2012. Fluida. Online:

http://file.upi.edu/Direktori/FPMIPA/JUR._PEND._FISIKA/195708071982112-

WIENDARTUN/7.Fluida.pdf [diakses 14 September 2015 14.30 WIB]

Kimiaundip09. 2012. Green Chemistry.

https://kimiaundip09.wordpress.com/2012/07/09/green-chemistry

PT. Badak NGL. 2011. Proses LNG. www.badaklng.co.id/in/lng-proses.html [diakses 17

September 2015]

Wikipedia. 2014. Fluida Superkritis. https://id.wikipedia.org/wiki/fluida_superkritis

Solihat, Nur Aini. 2015. Supercritical Fluida (CO2).

Laporannurainisolihat.blogspot.co.id/2015/02/super-critical-fluida-co2.html [diakses

17 September 2015]

https://www.scribd.com/doc/36787993/Persamaan-Keadaan