SIFAT-SIFAT ZAT MURNI

BAB 3

• Yang akan dibahas dalam bab ini adalah hubungan antara tekanan (P), volume molar (V), dan temperatur (T) untuk senyawa murni.

• Senyawa murni selalu homogen.

• Senyawa murni dapat berada dalam dua fasa lebih, tetapi masing-masing fasa harus memiliki komposisi kimia yang sama.

PENDAHULUAN

solid liquid vapor

(a) (b) (c) (d)

PERMUKAAN P-V-T

Cair

Padat

cair jenuh

uap jenuh

V

T uap

Diagram TV

garis isobaris

V = 1/

T

Diagram TV

P1

P2

P3

Diagram TV

A B

C D

E

Diagram PV

Garis isotermal

AB

CD

E

Diagram PV

Vc

Diagram PV

Jika kita ikuti garis isotermal pada temperatur kritik, maka akan kita sadari bahwa titik kritik merupakan titik belok dari kurva isotermal tersebut.

0,

2

2

cc PTVP

0,

cc PTVP

0,

2

2

cc PTVP

VP

Kondisi kritikalitas:

Diagram PT

Temperature

Pre

ssu

re

Tc

Pc

Fluid region

Solidregion

Liquidregion

Vapor region

Gas region

Fusioncurve

Sublimationcurve

Triplepoint

Criticalpoint

Vaporizationcurve

Diagram PVTSolid and liquid

Constant-pressure line

Constant-T lineVolume, V

Pres

sure

, P

Temperature, T

Di daerah satu fasa berlaku:f(P, V, T) = 0V = V(T, P)

dPPV

dTTV

dVTP

dPPV

dTTV

dVTP

Volume expansivity:PT

VV

1

Isothermal compressibility:

TPV

V

1

(1)

(2)

(3)

Persamaan (2) dan (3) dimasukkan ke pers. (1):

dPdTV

dV (4)

dPdTV

dV

2

1

2

1

2

1

P

P

T

T

V

VdPdT

VdV

2

1

2

1

2

1

PP

TT

VV PTVln

12121

2ln PPTTVV

Untuk fasa cair: • sangat curam (V/P)T << 0

• sangat dekat (V/T)P << 0

INCOMPRESSIBLE FLUID

Di daerah yang jauh dari titik kritik, dan tidak terlalu dipengaruhi oleh T dan P, sehingga persamaan (4) dapat diintegralkan menjadi:

12121

2ln PPTTVV

(5)

Untuk cairan dan selalu positif, kecuali untuk air di antara 0C dan 4C.

Persamaan keadaan adalah persamaan yang menyatakan hubungan antara state variable yang menggambarkan keadaan dari suatu

sistem pada kondisi fisik tertentu

Temperatur Tekanan Volume molar

PERSAMAAN KEADAAN

Asumsi:

• Molekul/atom gas identik dan tidak menempati ruang

• Tidak ada gaya antar molekul

• Molekul/atom penyusunnya menabrak dinding wadah dengan tabrakan yang elastis sempurna

PERSAMAAN GAS IDEALPV = RT

0 50 100 150 200 250 3000.0

5.0

10.0

15.0

20.0

25.0

V (l/mol)

P (

ba

r)

GAS NYATA

A

BC

D

V

P

liquid + vapor

vapor

liquid dew point

bubble point

Perbedaan antara gas ideal dan gas nyata

Pideal gas > Preal gas

Vreal, empty = Vcontainer – Vmolecule

Perlu faktor koreksi untuk membandingkanGas nyata dan gas ideal

Copressilbility factor (Z)

idealVV

Z

PRT

V ideal

ZRTPV

Definisi compressibility factor

Volume gas ideal

Persamaan keadaan gas nyata

PERSAMAAN VIRIAL

P > 1,5 bar

Jarak antar atom <<

Interaksi >>

Gas Idealtidak berlaku

Sepanjang garis isotermal T1: P >> V <<(Contoh untuk steam pada temperatur 200C)

P (bar) V (m3/kg)1 2.17242 1.08053 0.71644 0.53435 0.42506 0.35217 0.30008 0.26099 0.2304

10 0.206011 0.186012 0.169313 0.155214 0.143015 0.1325

C

T > Tc

T = Tc

T1 < Tc

T2 < Tc

Pc

Vc

P

V

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.50

2

4

6

8

10

12

14

16

V (m3/kg)

P (b

ar)

PV P2.1724 12.1610 22.1493 32.1373 42.1252 52.1127 62.1000 72.0870 82.0738 92.0602 102.0463 112.0321 122.0174 132.0024 141.9868 15

1.95 2 2.05 2.1 2.15 2.20

2

4

6

8

10

12

14

16

f(x) = − 65.3749211613 x² + 196.529320938 x − 117.406774294R² = 0.999999643800864

P

PV

PV = a + bP + cP2 + …

PV = a (1 + B’P + C’P2 + . . . )

Jika b/a B’, c/a C’, dst, maka

Pada contoh di atas:

PV = – 117,4 + 196,5 P – 65,37 P2

Secara umum:

2P

ac

Pab

1aPV

UNIVERSAL GAS CONSTANT

H2

N2Udara

O2

PV (l

bar

mol

-1)

P

(PV)*273,16 = 22,7118 bar L mol-1

T = 273,16 K (Triple point air)

H2

N2Udara

O2

PV (l

bar

mol

-1)

P

(PV)*300K = 25 bar l mol-1

T = 300 K

200 250 300 350 400 450 500 55020

25

30

35

40

45

T (K)

(PV)

* (b

ar l/

mol

)

Slope = 0,083145

R = 0,083145 bar l mol-1 K-1

PV = 0,083145 T

Bentuk lain: ...1 32 VD

VC

VB

Z

Untuk gas ideal: PV = RT

Z = 1

PV = a (1 + B’P + C’P2 + . . . )

PV = RT (1 + B’P + C’P2 + . . . )

2''1 PCPBRTPV

Z

Compressibility factor untuk gas metana

CONTOH SOAL

Hitung Z dan V dari uap isopropanol pada 200C dan 10 bar dengan menggunakan persamaan sbb.:

a) Persamaan keadaan gas ideal

b) Persamaan keadaan virial dengan 2 suku

Diketahui koefisien virial untuk uap isopropanol pada 200C:

B = 388 cm3 mol1C = 26.000 cm6 mol2

RTBP

RTPV

Z 1

PENYELESAIAN

T = 200C = 473,15KR = 83,14 cm3 bar mol1 K1

a) Persamaan gas ideal

Z = 1

13934.310

15,47314,83 molcmP

RTV

b) Persamaan virial 2 suku

9014,015,47314,83

103881

RTBP

1RTPV

Z

9014,015,47314,83

546.310

RTPV

Z

13546.338810

15,47314,83 molcmBP

RTV

13 molcm546.310

15,47314,839014,0P

ZRTV

(1)

(2)