Kimia Fisika

Pengertian Absorpsi
Definisi Absorpsi adalah proses penyerapan suatu zat oleh zat lain. Dalam proses ini, zat yang diserap masuk ke bagian dalam zat penyerap. Misalnya peristiwa pelarutan (gas ke dalam zat cair atau zat padat), difusi (zat cair ke dalam zat padat), warna yang diserap oleh suatu benda (warna absorpsi), penyerapan sinar bias oleh suatu zat pada peristiwa bias kembar (absorpsi selektif) dan penyerapan energy oleh electron di dalam satuan atom (spectrum absorpsi). Sedangkan pengertian absorpsimetri adalah metode analisis untuk menentukan komposisi suatu zat dengan mengukur cahaya yang diserap bahan itu. Misalnya, dengan mengetahui frekuensi warna cahaya yang diserap, dapat ditentukan jenis zat penyerap.


LAPORAN OPERASI TEKNIK KIMIA ABSORBSI

  Dasar Teori
Absorbsi merupakan salah satu proses pemisahan dengan mengontakkan campuran gas dengan cairan sebagai penyerapnya. Penyerap tertentu akan menyerap setiap satu atau lebih komponen gas. Pada absorbsi sendiri ada dua macam proses yaitu :
a.         Absorbsi fisik
Absorbsi fisik merupakan absorbsi dimana gas terlarut dalam cairan penyerap tidak disertai dengan reaksi kimia. Contoh absorbsi ini adalah absorbsi gas H2S dengan air, metanol, propilen, dan karbonat. Penyerapan terjadi karena adanya interaksi fisik, difusi gas ke dalam air, atau pelarutan gas ke fase cair. Dari asborbsi fisik ini ada beberapa teori untuk menyatakan model mekanismenya, yaitu :
1.    teori model film
2.    teori penetrasi
3.    teori permukaan yang diperbaharui
b.        Absorbsi kimia
Absorbsi kimia merupakan absorbsi dimana gas terlarut didalam larutan penyerap disertai dengan adanya reaksi kimia. Contoh absorbsi ini adalah absorbsi dengan adanya larutan MEA, NaOH, K2CO3, dan sebagainya. Aplikasi dari absorbsi kimia dapat dijumpai pada proses penyerapan gas CO2 pada pabrik amoniak. Penggunaan absorbsi kimia pada fase kering sering digunakan untuk mengeluarkan zat terlarut secara lebih sempurna dari campuran gasnya. Keuntungan absorbsi kimia adalah meningkatnya koefisien perpindahan massa gas, sebagian dari perubahan ini disebabkan makin besarnya luas efektif permukaan. Absorbsi kimia dapat juga berlangsung di daerah yang hampir stagnan disamping penangkapan dinamik.
Hal-hal yang mempengaruhi dalam prsoses adsorbsi :
Ø  Zat yang diadsorbsi
Ø  Luas permukaan yang diadsorbsi
Ø  Temperatur
Ø  Tekanan
Absorben
Absorben adalah cairan yang dapat melarutkan bahan yang akan diabsorpsi pada permukaannya, baik secara fisik maupun secara reaksi kimia. Absorben sering juga disebut sebagai cairan pencuci. Persyaratan absorben :
1.         Memiliki daya melarutkan bahan yang akan diabsorpsi yang sebesar mungkin (kebutuhan akan cairan lebih sedikit, volume alat lebih kecil).
2.         Selektif
3.         Memiliki tekanan uap yang rendah
4.         Tidak korosif.
5.         Mempunyai viskositas yang rendah
6.         Stabil secara termis.
7.         Murah
Jenis-jenis bahan yang dapat digunakan sebagai absorben adalah air (untuk gas-gas yang dapat larut, atau untuk pemisahan partikel debu dan tetesan cairan), natrium hidroksida (untuk gas-gas yang dapat bereaksi seperti asam) dan asam sulfat (untuk gas-gas yang dapat bereaksi seperti basa).
Kolom Absorpsi
Adalah suatu kolom atau tabung tempat terjadinya proses pengabsorbsi penyerapan/penggumpalan) dari zat yang dilewatkan di kolom/tabung tersebut. Proses ini dilakukan dengan melewatkan zat yang terkontaminasi oleh komponen lain dan zat tersebut dilewatkan ke kolom ini dimana terdapat fase cair dari komponen tersebut. Diantara jenis-jenis absorben ini antara lain, arang aktif, bentonit, dan zeolit.
1. Arang aktif
Arang merupakan suatu padatan berpori yang mengandung 85-95% karbon, dihasilkan dari bahan-bahan yang mengandung karbon dengan pemanasan pada suhu tinggi. Ketika pemanasan berlangsung, diusahakan agar tidak terjadikebocoran udara didalam ruangan pemanasan sehingga bahan yang mengandung karbon tersebut hanya terkarbonisasi dan tidak teroksidasi. Arang selain digunakan sebagai bahan bakar, juga dapat digunakan sebagai adsorben (penyerap). Daya serap ditentukan oleh luas permukaan partikel dan kemampuan ini dapat menjadi lebih tinggi jika terhadap arang tersebut dilakukan aktifasi dengan aktif faktor bahan-bahan kimia ataupun dengan pemanasan pada temperatur tinggi. Dengan demikian, arang akan mengalami perubahan sifat-sifat fisika dan kimia. Arang yang demikian disebut sebagai arang aktif. Arang aktif dapat mengadsorpsi gas dan senyawa-senyawa
kimia tertentu atau sifat adsorpsinya selektif, tergantung pada besar atau volume pori-pori dan luas permukaan. Daya serap arang aktif sangat besar, yaitu 25-1000% terhadap berat arang aktif. Arang aktif dibagi atas 2 tipe, yaitu arang aktif sebagai pemucat dan sebagai penyerap uap. Arang aktif sebgai pemucat, biasanya berbentuk powder yang sangat halus, diameter pori mencapai 1000 A0, digunakan dalam fase cair,berfungsi untuk memindahkan zat-zat penganggu yang menyebabkan warna dan bau yang tidak diharapkan, membebaskan pelarut dari zat-zat penganggu dan kegunaan lain yaitu pada industri kimia dan industri baru. Diperoleh dari serbukserbuk gergaji, ampas pembuatan kertas atau dari bahan baku yang mempunyai densitas kecil dan mempunyai struktur yang lemah.
Arang aktif sebagai penyerap uap, biasanya berbentuk granular atau pellet yang sangat keras diameter pori berkisar antara 10-200 A0 , tipe pori lebih halus, digunakan dalam rase gas, berfungsi untuk memperoleh kembali pelarut, katalis,pemisahan dan pemurnian gas. Diperoleh dari tempurung kelapa, tulang, batu bata atau bahan baku yang mempunyaibahan baku yang mempunyai struktur keras.
2. Zeolit
Mineral zeolit bukan merupakan mineral tunggal, melainkan sekelompok mineral yang terdiri dari beberapa jenis unsur. Secara umum mineral zeolit adalah senyawa alumino silikat hidrat dengan logam alkali tanah. serta mempunyai rumus kimia sebagai berikut :
M2x/nSi1-xAlxO2.yH2O
Dengan M = e.g Na, K, Li, Ag, NH, H, Ca, Ba
Ikatan ion Al-Si-O adalah pembentuk struktur kristal, sedangkan logam alkali adalah kation yang mudah tertukar. Jumlah molekul air menunjukkan jumlah pori-pori atau volume ruang hampa yang akan terbentuk bila unit sel kristal zeolit tersebut dipanaskan. Penggunaan zeolit cukup banyak, misalnya untuk industri kertas, karet, plastik, agregat ringan, semen puzolan, pupuk, pencegah polusi, pembuatan gas asam, tapal gigi, mineral penunjuk eksplorasi, pembuatan batubara, pemurnian gas alam, industri oksigen, industri petrokimia.
Dalam keadaan normal maka ruang hampa dalam kristal zeolit terisi oleh molekul air bebas yang membentuk bulatan di sekitas kation. Bila kristal tersebut dipanaskan selama beberapa jam, biasanya pada temperatur 250-900 oC, maka kristal zeolit yang bersnagkutan berfungsi menyerap gas atau cairan. Daya serap (absorbansi) zeolit tergantung dari jumlah ruang hampa dan luas permukaan. Biasanya mineral zeolit mempunyai luas permukaan beberapa ratus meter persegi untuk setiap gram berat. Beberapa jenis mineral zeolit mampu menyerap gas sebanyak 30% dari beratnya dalam keadaan kering. Pengeringan zeolit biasanya dilakukan dalam ruang hampa dengan menggunakan gas atau udara kering nitrogen atau methana dengan maksud mengurangi tekanan uap ari terhadap zeolit itu sendiri.
3. Bentonit
Bentonit adalah istilah pada lempung yang mengandung monmorillonit dalam dunia perdagangan dan termasuk kelompok dioktohedral. Penamaan jenis lempung tergantung dari penemu atau peneliti, misal ahli geologi, mineralogi, mineral industri dan lain-lain. Bentonit dapat dibagi menjadi 2 golongan berdasarkan kandungan alu-munium silikat hydrous, yaitu activated clay dan fuller's Earth. Activated clay adalah lempung yang kurang memiliki daya pemucat, tetapi daya pemucatnya dapat ditingkatkan melalui pengolahan tertentu. Sementara itu, fuller's earth digunakan di dalam fulling atau pembersih bahan wool dari lemak. Sifat bentonit sebagai adsorben adalah :
Ø  mempunyai surface area yang besar (fisika)
Ø  bersifat asam yang padat (kimia)
Ø  bersifat penukar-ion (kimia)
Ø  bersifat katalis (kimia)
Aplikasi Absorbsi
Absorbsi dalam dunia industri digunakan untuk meningkatkan nilai guna dari suatu zat dengan cara merubah fasenya.
1. Proses Pembuatan Formalin
Formalin yang berfase cair berasal dari formaldehid yang berfase gas dapat dihasilkan melalui proses absorbsi.Teknologi proses pembuatan formalin Formaldehid sebagai gas input dimasukkan ke dalam reaktor. Output dari reaktor yang berupa gas yang mempunyai suhu 1820C didinginkan pada kondensor hingga suhu 55 0C,dimasukkan ke dalam absorber.Keluaran dari absorber pada tingkat I mengandunglarutan formalin dengan kadar formaldehid sekitar 37 – 40%. Bagian terbesar dari metanol, air,dan formaldehid dikondensasi di bawah air pendingin bagian dari menara, dan hampir semua removal dari sisa metanol dan formaldehid dari gas terjadi dibagian atas absorber dengan counter current contact dengan air proses.
2. Proses Pembuatan Asam Nitrat
Pembuatan asam nitrat (absorpsi NO dan NO2).Proses pembuatan asam nitrat Tahap akhir dari proses pembuatan asam nitrat berlangsung dalam kolom absorpsi. Pada setiap tingkat kolom terjadi reaksi oksidasi NO menjadi NO2 dan reaksi absorpsi NO2 oleh air menjadi asam nitrat.  Kolom absorpsi mempunyai empat fluks masuk dan dua fluks keluar. Empat fluks masuk yaitu air umpan absorber, udara pemutih, gas proses, dan asam lemah. Dua fluks keluar yaitu asam nitrat produk dan gas buang. Kolom absorpsi dirancang untuk menghasilkan asam nitrat dengan konsentrasi 60 % berat dan kandungan NOx gas buang tidak lebih dari 200 ppm.
Aplikasi absorbsi lainnya seperti proses pembuatan urea,produksi ethanol, minuman berkarbonasi, fire extinguisher,dry ice,supercritical carbon dioxide dan masih banyak lagi aplikasi absorbsi dalam industri.
Selain itu absorbsi ini juga digunakan untuk memurnikan gas yang dihasilkan dari fermentasi kotoran sapi. Gas CO2 langsung bereaksi dengan larutan NaOH sedangkan CH4 tidak. Dengan berkurangmya konsentrasi CO2 sebagai akibat reaksi dengan NaOH, maka perbandingan konsentrasi CH4 dengan CO2 menjadi lebih besar untuk konsentrasi CH4. Absorbsi CO2 dari campuran biogas ke dalam larutan NaOH dapat dilukiskan sebagai berikut:
CO2(g) + NaOH(aq) → NaHCO3(aq)
NaOH(aq) + NaHCO3 → Na2CO3(s) + HO(l)      +
CO2(g) + 2NaOH(aq) → Na2CO3(s) + H2O(l)
Dalam kondisi alkali atau basa, pembentukan bikarbonat dapat diabaikan karena bikarbonat bereaksi dengan OH- membentuk CO32-
Prinsip Absorbsi
Udara yang mengandung komponen terlarut (misalnya CO2) dialirkan ke dalam kolom pada bagian bawah. Dari atas dialirkan alir. Pada saat udara dan air bertemu dalam kolom isian, akan terjadi perpindahan massa. Dengan menganggap udara tidak larut dalam air (sangat sedikit larut),maka hanya gas CO2 saja yang berpindah ke dalam fase air (terserap). Semakin ke bawah, aliran air semakin kaya CO2. Semakin ke atas ,aliran udara semakin miskin CO2. Faktor-faktor yang berpengaruh pada operasi absorpsi adalah sebagai berikut :
·         Laju alir air. Semakin besar,penyerapan semakin baik.
·         Komposisi dalam aliran air. Jika terdapat senyawa yang mampu beraksi dengan CO2 (misalnya NaOH) maka penyerapan lebih baik.
·         Suhu operasi.Semakin rendah suhu operasi,penyerapan semakin baik.
·         Tekanan operasi.Semakin tinggi tekanan operasi, penyerapan semakin baik sampai pada batas tertentu. Diatas tekanan maksimum (untuk hidrokarbon biasanya 4000-5000 kPa), penyerapan lebih buruk.
·         Laju alir gas. Semakin besar laju alir gas, penyerapan semakin buruk.
Operasi absorpsi dapat digambarkan secara skematik sebagai berikut :
     Y1       L,X0                                 Keterangan :
                                                G    = laju alir udara bebas CO2
                                                Y1      = rasio laju alir  CO2 terhadp udara pada aliran gas keluar
                                                Yn+1 = rasio laju alir CO2 terhadap udara pada aliran gas masuk
                                                 L     = laju alir air bebas CO2
                                                                         X0    = rasio laju alir CO2 terhadap udara pada aliran air masuk
                                                 Xn   = rasio laju alir CO2 terhadap udara pada aliran air keluar
 G, Yn+1    Xn
Gambar 1.Skema proses Absorpsi.
Naraca massa total dalam kolom absorber dapat ditulis sebagai berikit :
G(Yn+1 – Y1) = L(Xn –X0)
    II.            Data Pengamatan
Laju alir Udara   =             60 L/menit
Laju alir Air                          =             4 L/menit
Laju alir CO2                        =             2 L/menit
Absorber                             : Larutan NaOH 0,1 N (20 Liter)
Larutan Penitrasi              : HCl 0,1 N
Volume Sampling             : 10 mL
Tabel Pengamatan Titrasi Sampel
Sampel ke-
t (menit)
Volume HCl ke-1
(a mL)
Volume HCl ke-2
(b mL)
1
0
8,0
5,0
2
5
7,0
9,1
3
10
6,2
9,7
4
15
6,0
10,2
5
20
5,3
10,7
6
25
5,0
11,1
7
30
4,7
11,5
 III.            Pengolahan Data
1)      t = 0 menit
n Na2CO3             =
                                                =
                                                = 0.08 mol
n NaHCO3            =
                                                =
                                                = -0.03 mol
n CO2                     = n Na2COn NaHCO3
                                                                        = 0.08 + (-0.03)
                                                = 0.05 mol
2)      t = 5 menit
n Na2CO3             =
                                                =
                                                = 0.07 mol
n NaHCO3            =
                                                =
                                                = 0.021 mol
n CO2                       = n Na2COn NaHCO3
                                                                        = 0.07 + 0.021
                                                = 0.091 mol
3)      t = 10 menit
n Na2CO3             =
                                                =
                                                = 0.062 mol
n NaHCO3            =
                                                =
                                                = 0.035 mol
n CO2                                    = n Na2COn NaHCO3
                                                                        = 0.062 + 0.035
                                                = 0.097 mol
4)      t = 15 menit
n Na2CO3             =
                                                =
                                                = 0.06 mol
n NaHCO3            =
                                                =
                                                = 0.042 mol
n CO2                                    = n Na2COn NaHCO3
                                                                        = 0.06 + 0.042
                                                = 0.102 mol
5)      t = 20 menit
n Na2CO3             =
                                                =
                                                = 0.053 mol
n NaHCO3            =
                                                =
                                                = 0.054 mol
n CO2                                    = n Na2COn NaHCO3
                                                                        = 0.053 + 0.054
                                                = 0.107 mol
6)      t = 25 menit
n Na2CO3             =
                                                =
                                                = 0.05 mol
n NaHCO3            =
                                                =
                                                = 0.061 mol
n CO2                                    = n Na2COn NaHCO3
                                                                        = 0.05 + 0.061
                                                = 0.111 mol
7)      t = 30 menit
n Na2CO3             =
                                                =
                                                = 0.047 mol
n NaHCO3            =
                                                =
                                                = 0.068 mol
n CO2                                    = n Na2COn NaHCO3
                                                                        = 0.047 – 0.068
                                                = 0.115 mol















  • Kimia Fisika



Hukum gas ideal

Hukum Keadaan Standar
Tiga hukum Gas
Hukum Boyle: V = a/P (pada T, n tetap) 


Hukum Charles: V = b.T (pada P, n tetap) 
Hukum Avogadro: V = c.n (pada T, P tetap)

Untuk melakukan pengukuran terhadap volume gas, diperlukan suatu keadaan standar untuk digunakan sebagai titik acuan. Keadaan ini yang juga dikenal sebagai STP (Standart Temperature and Pressure) yaitu keadaan dimana gas mempunyai tekanan sebesar 1 atm (760 mmHg) dan suhu °C (273,15 K).
Satu mol gas ideal, yaitu gas yang memenuhi ketentuan semua hukum-hukum gas akan mempunyai volume sebanyak 22,414 liter pada keadaan standar ini.

Hukum Gas Ideal
Definisi mikroskopik gas ideal, antara lain:
  1. Suatu gas yang terdiri dari partikel-partikel yang dinamakan molekul.
  2. Molekul-molekul bergerak secara serampangan dan memenuhi hukum-hukum gerak Newton.
  3. Jumlah seluruh molekul adalah besar
  4. Volume molekul adalah pecahan kecil yang diabaikan dari volume yang ditempati oleh gas tersebut.
  5. Tidak ada gaya yang cukup besar yang beraksi pada molekul tersebut kecuali selama tumbukan.
  6. Tumbukannya elastik (sempurna) dan terjadi dalam waktu yang sangat singkat.

Gas merupakan satu dari tiga wujud zat dan walaupun wujud ini merupakan bagian tak terpisahkan dari studi kimia, bab ini terutama hanya akan membahasa hubungan antara volume, temperatur dan tekanan baik dalam gas ideal maupun dalam gas nyata, dan teori kinetik molekular gas, dan tidak secara langsung kimia. Bahasan utamanya terutama tentang perubahan fisika, dan reaksi kimianya tidak didisuksikan. Namun, sifat fisik gas bergantung pada struktur molekul gasnya dan sifat kimia gas juga bergantung pada strukturnya. Perilaku gas yang ada sebagai molekul tunggal adalah contoh yang baik kebergantungan sifat makroskopik pada struktur mikroskopik.

 Sifat – sifat  gas Ideal
Sifat-sifat gas dapat dirangkumkan sebagai berikut.
  1. Gas bersifat transparan.
  2. Gas terdistribusi merata dalam ruang apapun bentuk ruangnya.
  3. Gas dalam ruang akan memberikan tekanan ke dinding.
  4. Volume sejumlah gas sama dengan volume wadahnya. Bila gas tidak diwadahi, volume gas akan menjadi tak hingga besarnya, dan tekanannya akan menjadi tak hingga kecilnya.
  5. Gas berdifusi ke segala arah tidak peduli ada atau tidak tekanan luar.
  6. Bila dua atau lebih gas bercampur, gas-gas itu akan terdistribusi merata.
  7. Gas dapat ditekan dengan tekanan luar. Bila tekanan luar dikurangi, gas akan mengembang.
  8. Bila dipanaskan gas akan mengembang, bila didinginkan akan mengkerut.
Dari berbagai sifat di atas, yang paling penting adalah tekanan gas. Misalkan suatu cairan memenuhi wadah. Bila cairan didinginkan dan volumenya berkurang, cairan itu tidak akan memenuhi wadah lagi. Namun, gas selalu akan memenuhi ruang tidak peduli berapapun suhunya. Yang akan berubah adalah tekanannya.
Alat yang digunakan untuk mengukur tekanan gas adalah manometer. Prototipe alat pengukur tekanan atmosfer, barometer, diciptakan oleh Torricelli.
Tekanan didefinisikan gaya per satuan luas, jadi tekanan = gaya/luas.
Dalam SI, satuan gaya adalah Newton (N), satuan luas m2, dan satuan tekanan adalah Pascal (Pa). 1 atm kira-kira sama dengan tekanan 1013 hPa.
1 atm = 1,01325 x 105 Pa = 1013,25 hPa
Namun, dalam satuan non-SI unit, Torr, kira-kira 1/760 dari 1 atm, sering digunakan untuk mengukur perubahan tekanan dalam reaksi kimia.


Campuran gas
Di industri-industri banyak dipakai gas-gas yang merupakan campuran dari be
berapa jenis gas (disebut komponen atau konstituen ). Campuran gas ini biasanya merupakan gas buatan yang tidak terdapat di alam dan mempunyai sifat-sifattermodinamika yang berbeda dengan komponen-komponen penyusunnya


Persamaan gas ideal
Esensi ketiga hukum gas di atas dirangkumkan di bawah ini. Menurut tiga hukum ini, hubungan antara temperatur T, tekanan P dan volume V sejumlah n mol gas dengan terlihat.
Tiga hukum Gas
Hukum Boyle: V = a/P (pada T, n tetap) 


Hukum Charles: V = b.T (pada P, n tetap) 
Hukum Avogadro: V = c.n (pada T, P tetap)

Jadi, V sebanding dengan T dan n, dan berbanding terbalik pada P. Hubungan ini dapat digabungkan menjadi satu persamaan:

V = RTn/P (6.4)

atau
PV = nRT (6.5)

R adalah tetapan baru. Persamaan di atas disebut dengan persamaan keadaan gas ideal atau lebih sederhana persamaan gas ideal.
Nilai R bila n = 1 disebut dengan konstanta gas, yang merupakan satu dari konstanta fundamental fisika. Nilai R beragam bergantung pada satuan yang digunakan. Dalam sistem metrik, R = 8,2056 x10–2 dm3 atm mol-1 K-1. Kini, nilai R = 8,3145 J mol-1 K-1 lebih sering digunakan.


Latihan 6.1 Persamaan gas ideal
Sampel metana bermassa 0,06 g memiliki volume 950 cm3 pada temperatur 25°C. Tentukan tekanan gas dalam Pa atau atm).
Jawab: Karena massa molekul CH4 adalah 16,04, jumlah zat n diberikan sebagai n = 0,60 g/16,04 g mol-1 = 3,74 x 10-2 mol. Maka, P = nRT/V = (3,74 x10-2 mol)(8,314 J mol-1 K-1) (298 K)/ 950 x 10-6 m3)= 9,75 x 104 J m-3 = 9,75 x 104 N m-2= 9,75 x 104 Pa = 0,962 atm
Dengan bantuan tetapan gas, massa molekul relatif gas dapat dengan mudah ditentukan bila massa w, volume V dan tekanan P diketahui nilainya. Bila massa molar gas adalah M (g mol-1), akan diperoleh persamaan (6.6) karena n = w/M.


PV = wRT/M (6.6)

maka
M = wRT/PV (6.7)


Latihan 6.2 Massa molekular gas
Massa wadah tertutup dengan volume 0,500 dm3 adalah 38,7340 g, dan massanya meningkat menjadi 39,3135 g setelah wadah diisi dengan udara pada temperatur 24 °C dan tekanan 1 atm. Dengan menganggap gas ideal (berlaku persamaan (6.5)), hitung "seolah" massa molekul udara.
Jawab: 28,2. Karena ini sangat mudah detail penyelesaiannya tidak diberikan. Anda dapat mendapatkan nilai yang sama dari komposisi udara (kira-kira N2:O2 = 4:1).

Massa jenis gas

JIka kita ingin mengukur massa jenis gas , kita harus mengetahui volum dan massa gas. Bag. cara kita mengukur massa gas ?

Kita dapat mengukur massa gas dengan menggunakan hukum termodinamika.
Persamaan umum gas kita ketahui :

P.V = n.R.T

(P=tekanan gas, V=volume gas, n=jumlah mol gas, R=tetapan Gay Lussac-Avogadro, T=suhu gas)

Maka dengan menyeting P, V, dan T pada nilai tertentu kita akan bisa menghitung n.

n = P.V/(R.T)

Massa gas bisa kita dapatkan dengan mengalikan jumlah mol gas yang terhitung dengan massa molar gas tersebut (M).


Difusi gas

            Definisi difusi adalah penyebaran molekul zat dan gas / cairan yang konsentrasinya tinggi (hipertonis) ke gas / cairan yang konsentrasinya lebih rendah (hipotonis). Misalnya, penyebaran bau minyak wangi ke seluruh ruang dan menyebarnya tinta di dalam air. 


Tingkat difusi suatu gas tergantung pada berat molekulnya, makin ringan molekul gas, makin cepat difusinya. Jika dua macam gas diletakkan berdekatan dalam wadah yang terbuat dari bahan yang memungkinkan gas berdifusi melewati dinding, maka gas yang ringan akan berdifusi lebih cepat, dari  gas yang berat.




Biasanya difusi merupakan proses dua arah. Jika ada dua macam gas atau cairan tercampur karena difusi, maka masing-masing bergerak dari tempat yang padat ke tempat yang lebih renggang. Jika dua jenis zat cair dipisahkan oleh dinding kedap air, maka cairan akan berdifusi satu sama lain dengan segera setelah selaput dihilangkan. Proses difusi akan berjalan terus sampai setiap cairan tersebar dan menyeluruh.



Faktor yang mempengaruhi difusi :
  1. Suhu, makin tinggi difusi makin cepat
  2. BM makin besar difusi makin lambat
  3. Kelarutan dalam medium, makin besar difusi makin cepat
  4. Perbedaan Konsentrasi, makin besar perbedaan konsentrasi antara dua bagian, makin besar proses difusi yang terjadi.
  5. Jarak tempat berlangsungnya difusi, makin dekat jarak tempat terjadinya difusi, makin cepat proses difusi yang terjadi.
  6. Area Tempat berlangsungnya Difusi, makin luas area difusi, makin cepat proses difusi.

Kelarutan Gas dalam Air 

Kelarutan hydrogen dan karbon monoksidaa dalam air, oktena, toluene dan nonanal dalam range 298-373 K dan tekana 0,5-1,5 MPa telah dipelajari.
Hasil eksperimen kelarutan H2 dan CO pada 353 K, 363 K, dan 373 K ditentukan menggunakan metode absorpsi sebagai fungsi dari tekanan gas dalam pelarut. Hasil eksperimen dibandingkan dengan teori prediksi dari kelarutan dan diperoleh kesamaan dengan kesalahan relatif rata-rata 2,6%.

Contoh Eksperimen Kelarutan Air

Sejumlah volume pelarut dimasukkan ke dalam autoclave dan dipanaskan hingga temperatur yang diinginkan. Setelah kesetimbangan termal tercapai, ruang kosong dalam reactor dengan hati-hati dituangkan gas dan zat pemberi tekanan hingga level tertentu. Campuran kemudian diaduk selama 10 menit untuk mengimbangkan fasa cair dalam gas. Tekanan dalam autoclave berubah hingga mencapai tekanan konstan, yang menunjukkan fasa cair telah mencapai titik jenuh. dari tekanan awal hingga akhir yang terbaca, kelarutan dihitung dalam fraksi mol. Eksperimen ini diulang sebanyak tiga kali.



Kelarutan hydrogen dan karbon monoksida dalam air, oktena dan nonanal dihitung pada 353 K, 363 K dan 373 K dalam tekanan 0,5-1,5 MPa. Pengaruh tekanan ditemukan linear untuk setiap sistem.  Dibawah ini merupakan tabel kelarutan hydrogen dan karbon monoksida dalam berbagai pelarut, yang dihitung berdasarkan hukum Hendry : KH = P/c (MPa m3/kmol)

Dimana P adalah tekanan parsial gas terlarut dan c adalah konsentrasi gas terlarut dalam pelarut.
Kelarutan secara teori dihitung menggunakan hukum Hendry, yaitu :
  • Dimana x2 adalah fraksi mol gas terlarut dalam fasa cair. F2L dan f20 adalah fugasitas gas murni.  adalah fraksi mol pelarut; v2 adalah volume molar cairan pada gas terlarut; δ1 dan δ2 adalah parameter kelarutan untuk pelarut dan gas terlarut.




  • Gas Non Ideal




Hukum gas non ideal

        Gas ideal adalah ide teoritis - sebuah gas dimana tidak ada gaya tarik menarik antara molekul, dan di mana molekul-molekul mengambil ruang tidak. Kedua asumsi ini tidak benar.

Kita tahu bahwa perilaku PVT gas telah dianggap sesuai dengan yang Boyle
Hukum, untuk memberikan dasar umum untuk skala temperatur absolut, dan agar sesuai dengan
Hipotesis Avogadro.
Semua ini dirangkum ke dalam persamaan gas ideal



Mari kita katakan bahwa V adalah volume aktual dari 1 mol gas dan bukan kuantitas yang diukur dari
Persamaan PV = RT.
kemudian,
untuk
Ideal gas: PV / (RT) = 1
Nonideal gas: PV / (RT) ¹ 1




Kita  menyebutnya Z = PV / (RT) sebagai faktor kompresibilitas, yang mengukur sejauh mana
nilai PV / (RT) menyimpang dari 1.
Dengan demikian, untuk
Ideal gas: Z = 1
sedangkan untuk
Nonideal gas: Z ¹ 1




Persamaan gas non ideal
           
Pada Tekanan Rendah atau menengah
Sebuah hubungan linear yang diamati antara Z dan P.
Pada tekanan tinggi,
Sebuah Z vs P menyimpang dari linearitas.
Lihat Gambar 1,9
Dalam rangka mengakomodasi perilaku PVT untuk gas tak ideal, kita menulis persamaan berdasarkan
pada data eksperimental.



Z = PV / (RT) = 1 + BPP + CP P2 + ............... (14)



Dimana BP disebut koefisien virial kedua, CP disebut koefisien virial ketiga, dan seterusnya





Ini disebut sebagai Persamaan virial. Kata virus berasal dari kekuatan kata Latin.
Dengan demikian koefisien dalam persamaan virial tergantung pada kekuatan interaksi antara
molekul-molekul gas.



Difusi gas non ideal

        Difusi gas didasarkan pada hukum Graham, yang menyatakan bahwa tingkat efusi gas berbanding terbalik dengan akar kuadrat dari massa molekulnya. Sebagai contoh, dalam sebuah kotak dengan membran semi-permeabel yang berisi campuran dua gas, molekul yang lebih ringan akan pingsan wadah lebih cepat daripada molekul yang lebih berat. Gas yang meninggalkan wadah agak diperkaya dalam molekul lebih ringan, sedangkan gas sisa agak habis. Sebuah kontainer tunggal dimana proses pengayaan terjadi melalui difusi gas disebut diffuser.



uranium heksafluorida




UF6 adalah senyawa uranium hanya cukup stabil untuk digunakan dalam proses difusi gas. Untungnya, fluor hanya terdiri dari sebuah 19F isotop tunggal, sehingga perbedaan 1% dalam berat molekul antara 235UF6 dan 238UF6 ini disebabkan hanya oleh perbedaan bobot dari isotop uranium. Untuk alasan ini, UF6 adalah pilihan hanya sebagai bahan baku untuk proses difusi gas. [3] UF6, padat pada suhu kamar, menyublim pada 56,5 ° C (133 ° F) pada 1 atmosfir [4]. Titik triple pada 64,05 ° C dan 1,5 bar [5] Penerapan Hukum Graham untuk heksafluorida uranium.:




Kelarutan gas non ideal dalam air
      
       Molekul dan ion yang diadsorpsi pada antarmuka dinamakan zat-aktif permukaan atau surfaktan. Pernyataan lain adalah amfifil, yang mengingatkan bahwa molekul atau ion mempunyai afinitas tertentu baik terhadap pelarut polar maupun nonpolar, amfifil secara dominan (kuat) bisa hidofilik, lipofilik, atau berada tepat diantara kedua ekstrem. Sebagai contoh, alkohol-alkohol rantai lurus, amina-amina dan asam-asam adalah amfifil yang berubah dari hidrofilik dominan menjadi lipofilik apabila jumlah atom karbon dalam rantai alkil naik. Jadi, etil alkohol bercampur dengan air dalam segala perbandingan. Sebagai bandingan, kelarutan dalam air dari amil alkohol adalah sangat kecil,



Referensee
·         Giancoli, Douglas C. 2001. Fisika Jilid I (Terjemahan). Jakarta : Penerbit Erlangga.
·         Halliday dan Resnick. 1991. Fisika Jilid I  (Terjemahan). Jakarta : Penerbit Erlangga.
·         Tipler, P.A. 1998. Fisika untuk Sains dan Teknik-Jilid I (Terjemahan). Jakarta : Penebit Erlangga.
·         Young, Hugh D. & Freedman, Roger A. 2002. Fisika Universitas (Terjemahan). Jakarta : Penerbit Erlangga.







  • Pengaruh suhu terhadap viscositas


Pengaruh suhu terhadap viscositas


Viskositas dapat dinyatakan sebagai tahanan aliaran fluida yang merupakan gesekan antara molekul – molekul cairan satu dengan yang lain. Suatu jenis cairan yang mudah mengalir dapat dikatakan memiliki viskositas yang rendah, dan sebaliknya bahan – bahan yang sulit mengalir dikatakan memiliki viskositas yang tinggi. Pada hukum aliran viskos, Newton menyatakan hubungan antara gaya – gaya mekanika dari suatu aliran viskos sebagai : Geseran dalam ( viskositas ) fluida adalah konstan sehubungan dengan gesekannya. Hubungan tersebut berlaku untuk fluida Newtonian, dimana perbandingan antara tegangan geser (s) dengan kecepatan geser (g) nya konstan. Parameter inilah yang disebut dengan viskositas. Aliran viskos dapat digambarkan dengan dua buah bidang sejajar yang dilapisi fluida tipis diantara kedua bidang tersebut. Suatu bidang permukaan bawah yang tetap dibatasi oleh lapisan fluida setebal h, sejajar dengan suatu bidang permukaan atas yang bergerak seluas A. Jika bidang bagian atas itu ringan, yang berarti tidak memberikan beban pada lapisan fluida dibawahnya, maka tidah ada gaya tekan yang bekerja pada lapisan fluida. Suatu gaya dikenakan pada bidang bagian atas yang menyebabkan bergeraknya bidang atas dengan kecepatan konstan v, maka fluida dibawahnya akan membentuk suatu lapisan – lapisan yang saling bergeseran.Setiap lapisan tersebut akan memberikan tegangan geser (s) sebesarF/A yang seragam, dengan kecepatan lapisan fluida yang paling atas sebesar vdan kecepatan lapisan fluida paling bawah sama dengan nol. Maka kecepatan geser (g) pada lapisan fluida di suatu tempat pada jarak y dari bidang tetap, dengan tidak adanya tekanan fluida

Konsep Viskositas

Fluida, baik zat cair maupun zat gas yang jenisnya berbeda memiliki tingkat kekentalan yang berbeda. Viskositas alias kekentalan sebenarnya merupakan gaya gesekan antara molekul-molekul yang menyusun suatu fluida. Jadi molekul-molekul yang membentuk suatu fluida saling gesek-menggesek ketika fluida tersebut mengalir. Pada zat cair, viskositas disebabkan karena adanya gaya kohesi (gaya tarik menarik antara molekul sejenis). Sedangkan dalam zat gas, viskositas disebabkan oleh tumbukan antara molekul.
Fluida yang lebih cair biasanya lebih mudah mengalir, contohnya air. Sebaliknya, fluida yang lebih kental lebih sulit mengalir, contohnya minyak goreng, oli, madu dkk. Hal ini bisa dibuktikan dengan menuangkan air dan minyak goreng di atas lantai yang permukaannya miring. Pasti air ngalir lebih cepat daripada minyak goreng atau oli. Tingkat kekentalan suatu fluida juga bergantung pada suhu. Semakin tinggi suhu zat cair, semakin kurang kental zat cair tersebut. Misalnya ketika ibu menggoreng paha ikan di dapur, minyak goreng yang awalnya kental menjadi lebih cair ketika dipanaskan. Sebaliknya, semakin tinggi suhu suatu zat gas, semakin kental zat gas tersebut.
Perlu diketahui bahwa viskositas alias kekentalan cuma ada pada fluida riil (rill = nyata). Fluida riil/nyata tuh fluida yang kita temui dalam kehidupan sehari-hari, seperti air, sirup, oli, asap knalpot, dan lainnya. Fluida riil berbeda dengan fluida ideal. Fluida ideal sebenarnya tidak ada dalam kehidupan sehari-hari. Fluida ideal hanya model yang digunakan untuk membantu kita dalam menganalisis aliran fluida (fluida ideal ini yang kita pakai dalam pokok bahasan Fluida Dinamis). Mirip seperti kita menganggap benda sebagai benda tegar, padahal dalam kehidupan sehari-hari sebenarnya tidak ada benda yang benar-benar tegar/kaku. Tujuannya sama, biar analisis kita menjadi lebih sederhana.

Satuan Sistem Internasional (SI) untuk koofisien viskositas adalah Ns/m2 = Pa.s (pascal sekon). Satuan CGS (centimeter gram sekon) untuk si koofisien viskositas adalah dyn.s/cm2 = poise (P). Viskositas juga sering dinyatakan dalam sentipoise (cP). 1 cP = 1/100 P. Satuan poise digunakan untuk mengenang seorang Ilmuwan Perancis, almahrum Jean Louis Marie Poiseuille (baca : pwa-zoo-yuh).
1 poise = 1 dyn . s/cm2 = 10-1 N.s/m2

Fluida
Temperatur (o C)
Koofisien Viskositas
Air
0
1,8 x 10-3
20
1,0 x 10-3
60
0,65 x 10-3
100
0,3 x 10-3
Darah (keseluruhan)
37
4,0 x 10-3
Plasma Darah
37
1,5 x 10-3
Ethyl alkohol
20
1,2 x 10-3
Oli mesin (SAE 10)
30
200 x 10-3
Gliserin
0
10.000 x 10-3
20
1500 x 10-3
60
81 x 10-3
Udara
20
0,018 x 10-3
Hidrogen
0
0,009 x 10-3
Uap air
100
0,013 x 10-3



Setiap zat cair mempunyai karakteristik yang khas, berbeda satu zat cair dengan zat cair yang lain. Salah satunya adalah viskositas. Viskositas merupakan tahanan yang dilakukan oleh suatu lapisan fluida terhadap suatu lapisan lainnya. Sifat viskositas ini dimiliki oleh setiap fluida, gas, atau cairan.  Viskositas suatu cairan murni adalah indeks hambatan aliran cairan. Aliran cairan dapat dikelompokan menjadi dua yaitu aliran laminar dan aliran turbulen.  Aliran laminar menggambarkan laju aliran kecil melalui sebuah pipa dengan garis tengah kecil. Sedangkan aliran turbulen menggambarkan laju aliran yang besar dengan diameter pipa yang besar. Penggolongan ini berdasarkan bilangan Reynoldnya.

Viskositas menentukan kemudahan suatu molekul bergerak karena adanya gesekan antar lapisan material. Karenanya viskositas menunjukkan tingkat ketahanan suatu cairan untuk mengalir. Semakin besar viskositas maka aliran akan semakin lambat. Besarnya viskositas dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti temperatur, gaya tarik antar molekul dan ukuran serta jumlah molekul terlarut. Fluida, baik zat cair maupun zat gas yang jenisnya berbeda memiliki tingkat kekentalan yang berbeda. Pada zat cair, viskositas disebabkan karena adanya gaya kohesi (gaya tarik menarik antara molekul sejenis). Sedangkan dalam zat gas, viskositas disebabkan oleh tumbukan antara molekul.

Fluida yang lebih cair biasa
nya lebih mudah mengalir, contohnya air. Sebaliknya, fluida yang lebih kental lebih sulit mengalir, contohnya minyak goreng, oli, madu dll. Tingkat kekentalan fluida dinyatakan dengan koefisien viskositas (h). Kebalikan dari Koefisien viskositas disebut fluiditas, , yang merupakan ukuran kemudahan mengalir suatu fluida.

Viskositas cairan adalah fungsi dari ukuran dan permukaan molekul, gaya tarik menarik antar molekul dan struktur cairan. Tiap molekul dalam cairan dianggap dalam kedudukan setimbang, maka sebelum sesuatu lapisan melewati lapisan lainnya diperlukan energy tertentu. Sesuai hokum distribusi Maxwell-Boltzmann, jumlah molekul yang memiliki energy yang diperlukan untuk mengalir, dihubungkan oleh factor e-E/RT dan viskositas sebanding dengan e-E/RT. Secara kuantitatif pengaruh suhu terhadap viskositas dinyatakan dengan persamaan empirik,

= A e-E/RT

A merupakan tetapan yang sangat tergantung pada massa molekul relative dan volume molar cairan dan E adalah energi ambang per mol yang diperlukan untuk proses awal aliran.
Cara menentukan viskositas suatu zat menggunakan alat yang dinamakan viskometer. Ada beberapa tipe viskometer yang biasa digunakan antara lain :

1.       Viskometer kapiler / Ostwald
Viskositas dari cairan yang ditentukan dengan mengukur waktu yang dibutuhkan bagi cairan tersebut untuk lewat antara 2 tanda ketika mengalir karena gravitasi melalui viskometer Ostwald. Waktu alir dari cairan yang diuji dibandingkan dengan waktu yang dibutuhkan bagi suatu zat yang viskositasnya sudah diketahui (biasanya air) untuk lewat 2 tanda tersebut (Moechtar,1990).


2. Viskometer Hoppler
Berdasarkan hukum Stokes pada kecepatan bola maksimum, terjadi keseimbangan sehingga gaya gesek = gaya berat – gaya archimides. Prinsip kerjanya adalah menggelindingkan bola ( yang terbuat dari kaca ) melalui tabung gelas yang berisi zat cair yang diselidiki. Kecepatan jatuhnya bola merupakan fungsi dari harga resiprok sampel (Moechtar,1990).

3. Viskometer Cup dan Bob
Prinsip kerjanya sample digeser dalam ruangan antaradinding luar dari bob dan dinding dalam dari cup dimana bob masuk persis ditengah-tengah. Kelemahan viscometer ini adalah terjadinya aliran sumbat yang disebabkan geseran yang tinggi di sepanjangkeliling bagian tube sehingga menyebabkan penurunan konsentrasi. Penurunan konsentras ini menyebabkab bagian tengah zat yang ditekan keluar memadat. Hal ini disebut aliran sumbat (Moechtar,1990).

4.Viskometer Cone dan Plate
Cara pemakaiannya adalah sampel ditempatkan ditengah-tengah papan, kemudian dinaikkan hingga posisi di bawah kerucut. Kerucut digerakkan oleh motor dengan bermacam kecepatan dan sampelnya digeser di dalam ruang semitransparan yang diam dan kemudian kerucut yang berputar (Moechtar,1990).
Viskositas cairan juga dapat ditentukan berdasarkan jatuhnya benda melalui medium zat cair, yaitu berdasarkan hukum Stokes. Dimana benda bulat dengan radius r dan rapat d, yang jatuh karena gaya gravitasi melalui fluida dengan rapat dm/db, akan dipengaruhi oleh gaya gravitasi sebesar :

F= 4/3 πr3 ( d-dm ) g

Perbedaan antara viskositas cairan dengan viskositas gas adalah sebagai berikut :
Jenis Perbedaan
Viskositas Cairan
Viskositas Gas
Gaya gesek
Lebih besar untuk mengalir
Lebih kecil disbanding viskositas cairan
Koefisien viskositas
Lebih besar
Lebih kecil
Temperatur
Temperatur naik,viskositas turun
Temperatur naik,viskositas naik
Tekanan
Tekanan naik,viskositas naik
Tidak tergantung tekanan


Pengaruh Temperatur Pada Viskositas

Koefisien viskositas berubah-ubah dengan berubahnya temperature, dan hubungannya adlah :

log η = A + B/T ( a )

dimana A dan B adalah konstanta yang tergantung pada cairan. Persamaan di atas dapat ditulis sebagai :

η = Aeksp ( -∆Evis/RT )

 

Konversi Satuan PPM, PPB, Mg/L


PPM (Part per Million) atau dalam bahasa Indonesianya "Bagian per Sejuta Bagian" adalah satuan konsentrasi yang sering dipergunakan dalam di cabang Kimia Analisa. Satuan ini sering digunakan untuk menunjukkan kandungan suatu senyawa dalam suatu larutan misalnya kandungan garam dalam air laut, kandungan polutan dalam sungai, atau biasanya kandungan yodium dalam garam juga dinyatakan dalam ppm.

konsentrasi ppm merupakan perbandingan antara berapa bagian senyawa dalam satu juta bagian suatu sistem. Sama halnya denngan “persentase” yang menunjukan bagian per seratus.

Konversi satuannya:

1 ppm = 1000 ppb

 1 ppb = 1/1000 ppm


1 ppm = 1 mg/L


PPB adalah bagian per miliar atau ‘part per billion’ juga sebagai satuan kadar atau konsentrasi.


mg/l adalah micro-gram/l.


konversi satuannya:



1 micro-g/L = 0.001 ppm

 1 micro-g/m3 = 0.000001 juta ppm

 = 1 ppb (part per billion)


dimana : 1 m3 = 1000 L





Daftar pustaka

Giancoli, Douglas C. 2001. Fisika Jilid I (Terjemahan). Jakarta : Penerbit Erlangga.
Halliday dan Resnick. 1991. Fisika Jilid I  (Terjemahan). Jakarta : Penerbit Erlangga.
Tipler, P.A. 1998. Fisika untuk Sains dan Teknik-Jilid I (Terjemahan). Jakarta : Penebit Erlangga.
Young, Hugh D. & Freedman, Roger A. 2002. Fisika Universitas (Terjemahan). Jakarta : Penerbit Erlangga.





download Link: http://cur.lv/g6fx


ISBN: 812190546X







  • Physical Chemistry, Fourth Edition

download Link: http://cur.lv/g5t3
ISBN: 047121504X








1 comment: