MAKALAH KIMIA FISIKA. docx 1
MAKALAH KIMIA FISIKA
KELOMPOK 4 :
1. RIDLO WILDANI A
(5213416013)
2. MOH. ARIK ARDIANTA
(5213416021)
3. DEVINDA RAHMADHANI
(5213416023)
4. AYU NUR PERMADHINI
(5213416036)
JURUSAN TEKNIK KIMIA
UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG
TAHUN AJARAN 2016/2017
KATA PENGANTAR
Dengan menyebut nama Allah SWT yang Maha Pengasih lagi Maha Panyayang,
Kami panjatkan puja dan puji syukur atas kehadirat-Nya, yang telah melimpahkan rahmat,
hidayah, dan inayah-Nya kepada kami, sehingga kami dapat menyelesaikan makalah ilmiah
tentang limbah dan manfaatnya untuk masyarakat.
Makalah ini telah kami susun dengan maksimal dan mendapatkan bantuan dari
berbagai pihak sehingga dapat memperlancar pembuatan makalah ini. Untuk itu kami
menyampaikan banyak terima kasih kepada semua pihak yang telah berkontribusi dalam
pembuatan makalah ini.
Terlepas dari semua itu, Kami menyadari sepenuhnya bahwa masih ada kekurangan
baik dari segi susunan kalimat maupun tata bahasanya. Oleh karena itu dengan tangan
terbuka kami menerima segala saran dan kritik dari pembaca agar kami dapat memperbaiki
makalah ilmiah ini.
Akhir kata kami berharap semoga makalah tentang ini dapat memberikan manfaat
terhadap pembaca.
Semarang, Maret 2017
Penyusun
2
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR................................................................................... 2
DAFTAR ISI .............................................................................................. 3
LANDASAN TEORI .................................................................................. 4
2.1
KONSEP KIMIA FISIKA ………………………………………..
4
2.2
GAS
………………………………………………………………
4
2.2.1 Jenis Gas ……………………………………………………..
4
2.2.2 Perbedaan gas ideal dan nyata …………………………….
5
2.2.3 Persamaan gas ideal dan nyata ……………………………
5
2.3 TEORI KINETIK GAS ……………………………………………
6
2.3.1 Kecepatan molekul ………………………………………….
6
2.3.2 Frekuensi Tabrakan …………………………………………
7
2.3.3 Viskositas Gas ……………………………………………….
8
2.3 TEORI TUMBUKAN ……………………………………………………...
8
2.4.1 Pengertian Teori Tumbukan ………………………………..
8
2.4.2 Penjelasan teori tumbukan …………………………………
8
2.4.3
9
Jenis-Jenis Tumbukan ……………………………………..
2.5 GAS ALAM CAIR ………………………………………………………… 12
2.5.1
Pengertian Liquified Natural Gas ……………………………. 12
2.5.2 Manfaat Liquified Natural Gas ……………………………... 13
JAWABAN PERTANYAAN PEMICU ………………………………………….. 15
KESIMPULAN …………………………………………………………………… 24
DAFTAR PUSTAKA …………………………………………………………….. 25
3
LANDASAN TEORI
2.1
KONSEP KIMIA FISIKA
Kimia fisika adalah cabang ilmu kimia yang mempelajari aspek fisika dari materi dan
energi serta mekanisme perubahannya. Pada umumnya dalam perguruan tinggi membagi
kimia fisika menjadi beberapa bidang, yaitu termodinamika, kinetika, dan kuantum.
Termodinamika kimia mempelajari tentang hukum-hukum dasar termodinamika. Sementara
kinetika merupakan bidang yang mempelajari tentang aspek proses perubahan suatu materi
dalam sebuah reaksi atau interaksi lain. Selain itu dalam kinetika juga dipelajari tentang
teknik penentuan mekanisme dalam reaksi. Selain itu termodinamika membahas tentang arah
spontanitas suatu reaksi kimia dan aspek energi yang berpengaruh di dalamnya.
2.6
GAS
Gas yang memiliki molekul yang dipantulkan satu sama lain (dalam wadahnya) dan
dimana gaya antarmolekul yang bekerja antara molekul tidak bersentuhan satu sama lain
diabaikan.
2.2.1 Jenis Gas
a. Gas Ideal
Gas ideal didefinisikan sebagai salah satu di mana semua tumbukan antara atom atau
molekul bersifat elastis sempurna dan di mana tidak ada kekuatan menarik antarmolekul.
Sesuatu dapat memvisualisasikannya sebagai kumpulan bola sempurna keras yang
bertabrakan tetapi dinyatakan tidak berinteraksi satu sama lain. Dalam gas seperti itu, semua
energi internal dalam bentuk energi kinetik dan perubahan energi internal disertai dengan
perubahan suhu.
Gas ideal merupakan gas yang memenuhi asumsi-asumsi berikut.
1.
Suatu gas terdiri atas molekul-molekul yang disebut molekul. Setiap molekul identik
(sama) sehingga tidak dapat dibedakan dengan molekul lainnya.
2. Molekul-molekul gas ideal bergerak secara acak ke segala arah.
3. Molekul-molekul gas ideal tersebar merata di seluruh bagian.
4. Jarak antara molekul gas jauh lebih besar daripada ukuran molekulnya.
4
5. Tidak ada gaya interaksi antarmolekul; kecuali jika antarmolekul saling bertumbukan atau
terjadi tumbukan antara molekul dengan dinding.
6. Semua tumbukan yang terjadi baik antarmolekul maupun antara molekul dengan dinding
merupakan tumbukan lenting sempurna dan terjadi pada waktu yang sangat singkat
(molekul dapat dipandang seperti bola keras yang licin).
persamaan keadaan untuk gas sempurna, yang mencakup hukum Boyle, Charles, dan prinsip
Avogadro:
b.
pV = nRT
Gas Nyata
Gas nyata tidak memenuhi hukum gas sempurna kecuali jika p→0. Penyimpangan dari
hukum tersebut terutama pada tekanan tinggi dan suhu rendah, khususnya jika gas berada
dalam keadaan tepat akan berkondensasi menjadi cairan. Penyimpangan ini disebabkan oleh
adanya interaksi antar molekul yang berupa gaya tolak antar molekul yang membantu
ekspansi dan gaya tarik yang membantu kompresi.
2.2.2 Perbedaan gas ideal dan nyata
1.
Gas ideal tidak memiliki gaya antarmolekul dan molekul gas dianggap sebagai partikel
titik. Sebaliknya molekul gas nyata memiliki ukuran dan volume. Selanjutnya mereka
memiliki gaya antarmolekul.
2.
Gas ideal tidak dapat ditemukan dalam kenyataan. Tapi gas berperilaku dengan cara ini
pada suhu dan tekanan tertentu.
3.
Gas cenderung berperilaku sebagai gas nyata dalam tekanan tinggi dan suhu rendah. Gas
nyata berperilaku gas sebagai ideal pada tekanan rendah dan suhu tinggi.
4.
Gas ideal dapat berhubungan dengan persamaan PV = nRT = NKT, sedangkan gas nyata
tidak bisa. Untuk menentukan gas nyata, ada persamaan jauh lebih rumit.
2.2.3 Persamaan gas ideal dan nyata
Terdapat beberapa persamaan keadaan yang dapat menjelaskan perilaku dari gas nyata, salah
satunya adalah persamaan Van der Waals gaya tarik antar molekul diperhitungkan dengan
memandang bahwa gaya tarik ini menyebabkan molekul berperilaku sebagai bola kecil tetapi
dapat saling terjadi penetrasi. Volume molekul yang tidak nol menunjukkan secara tidak
langsung bahwa molekul tidak bergerak dalam volume V tetapi terbatas pada volume yang
lebih kecil V – nb, dimana nb kira-kira adalah volume total yang ditempati oleh molekul
sendiri :
5
2.3 TEORI KINETIK GAS
Menurut teori kinetika gas, suhu, tekanan, lintasan bebas rata-rata dan viskositas gas
merupakan perwujudan dari gerak molekul gas. Suhu adalah ukuran energi kinetika molekul,
tekanan berasal dari gaya molekul yang menabrak dinding bejana, viskositas mewakili
perpindahan momentum oleh gerak molekul, dan difusi adalah perpindahan massa molekul.
Teori kinetika gas didasarkan pada tiga asumsi dasar :
Gas mengandung sejumlah besar molekul yang massanya m dan diameternya d yang
bergerak acak tanpa henti.
Ukuran molekul sangat kecil dibandingkan dengan jarak antar molekul
Molekul merupakan bola pejal yang bergerak dalam garis lurus, tidak berinteraksi satu
sama lain, kecuali bahwa molekul bertabrakan secara elastis ketika jarak antar pusanya
sama dengan d.
2.3.1 Kecepatan molekul
Dikenal sebagai distribusi Maxwell-Boltzmann dari kecepatan molekul yang dapat
diturunkan tanpa menganggap arah geraknya. Probabilitas bahwa molekul memiliki
komponen kecepatan dalam rentang vx sampai vx + dvx, vy sampai vy +dvy dan vz sampai vz +
dvz adalah
Kerapatan yang diarsir mewakili probabilitas memiliki setiap
kecepatan. Untuk distribusi kecepatan molekul, probabilitas total
memiliki nilai dalam kulit yang tebalnya dv dan jejari v dihitung.
f(vx,vy,vz)dvxdvydvz = f(vx)f(vy)f(vz) dvxdvydvz
=
(
m
2 πk B T
3
2
) (
exp
−mv2
dv x dv y dv z
2 kB T
)
Probabilitas f(v)dv dimana molekul memiliki kecepatan dalam rentang v + dv adalah jumlah
probabilitas dimana molekul terletak dalam sembarang elemen volume dvxdvydvz dalam kulit
bola berjari-jari v.
Yang merupakan distribusi kecepatan Maxwell :
f ( v )=4 π
(
m
2 πk B T
)
3
2
v 2 exp
(
−mv 2
2 k BT
)
6
2.3.2
Frekuensi tabrakan
Frekuensi tabrakan Z adalah jumlah tabrakan rata-rata per satuan waktu yang dilakukan
oleh satu molekul. Untuk tabrakan antara tipe molekul yang berbeda, kecepetan relatif ratarata adalah:
v´ =
√
μ=
mA mB
m A +mB
8kBT
πμ
Dimana µ adalah massa tereduksi. Massa tereduksi terjadi ketika gerak relatif molekul
diperhitungkan. Untuk molekul yang identik, µ = ½ m, sehingga
v´ =v´ √ 2
Dengan demikian, frekuensi tabrakan adalah
√
2 πd2 v´ P
´
z=√ 2 πd v N =
kBT
2
Frekuensi tabrakan z memberikan jumlah tabrakan yang dialami oleh satu molekul
tunggal. Frekuensi tabrakan total, laju tabrakan antara semua molekul dalam gas, dapat
diperoleh dengan mengalikan z dengan ½N (faktor ½ menjamin tabrakan A . . A’ dan A’ . . A
dihitung sebagai satu). Dengan demikian, densitas tabrakan Z, jumlah total tabrakan per
satuan waktu per satuan volume, adalah
2
2
1
πd v´ N
Z AA = zN=
Tabel 2.2 Penampang tabrakan
2
√2
Molekul
d (nm)
C6H6
0,53
CO2
0,41
He
0,26
N2
0,37
Kecepatan rata-rata diberikan oleh persamaan 2,31 dan konsentrasi A dihubungkan
dengan densitas jumlahnya dengan tetapan avogadro:
CANA = N
2.3.3
Viskositas gas
Viskositas gas biasa didefinisikan sebagai ukuran kemudahan fluida untuk mengalir dan
dapat diperkirakan dengn menggunakan teori kinetika gas.
7
Pada persamaan perpindahan momentum :
τ yx=
−η d ( ρv x )
ρ
dy
Difusivitas momentum dinyatakan viskositas η dibagi dengan densitas ρ. Besaran ini
dalam mekanika fluida sering disebut sebagai viskositas kinematika, yang dilambangkan
dengan ν. Maka persamaan viskositas kinematika :
η=-τ xy
1
(Pa) [( m / s ¿ (m -1 )¿=Pa.s
dv x
dy
( )
2.4 TEORI TUMBUKAN
2.4.1 Pengertian Teori Tumbukan
Teori tumbukan adalah penjelasan kualitatif tentang bagaimana reaksi kimia
berlangsung dan mengapa laju reaksi dapat berbeda untuk reaksi yang berbeda. Teori
tumbukan diusulkan oleh Max Trautz pada tahun 1916. Teori ini menyatakan bahwa ketika
partikel reaktan bertumbukan satu sama lain, hanya beberapa persen tumbukan saja yang
menyebabkan perubahan kimia yang dikenal sebagai tumbukan yang berhasil.
2.6.1 Penjelasan teori tumbukan
Tumbukan yang berhasil mempunyai cukup energi yang dikenal sebagai energi
aktivasi, pada saat itu berlangsung pemutusan ikatan sekaligus pembentukan ikatan baru.
Proses tersebut menghasilkan produk reaksi. Meningkatkan konsentrasi reaktan atau
menaikan suhu berakibat meningkatnya tumbukan, sehingga berakibat juga pada naiknya
jumlah tumbukan yang berhasil yang akhirnya meningkatkan laju reaksi. Ketika katalis
dilibatkan pada tumbukan antar molekul reaktan, maka energi yang dibutuhkan untuk
melangsungkan reaksi kimia semakin kecil. Oleh karena itu, banyaknya tumbukan yang
mempunyai energi yang cukup untuk melangsungkan reaksi, dan akhirnya laju reaksi
meningkat.
Pada laju reaksi, energi aktivasi, kecepatan, contoh grafik kimia, reaksi kimia terjadi
sebagai akibat tumbukan antara molekul-molekul. Jumlah tumbukan antara molekul-molekul
per satuan waktu disebut frekuensi tumbukan. Besar frekuensi tumbukan ini dipengaruhi oleh
berbagai faktor antara lain:
1.
Konsentrasi
2.
Suhu
3.
Luas permukaan bidang sentuh
8
Semakin besar konsentrasi suatu larutan, semakin banyak pula molekul yang
terkandung di dalamnya. Dengan demikian, semakin sering terjadi tumbukan di antara
molekul-molekul tersebut. Hal itu berarti hanya sebagian dari tumbukan molekul yang
menghasilkan reaksi. Keadaan itu didasarkan pada 2 faktor, yaitu:
1. Hanya molekul-molekul yang lebih energik yang akan menghasilkan reaksi sebagai hasil
tumbukan.
2. Kemungkinan suatu tumbukan tertentu untuk menghasilkan reaksi kimia tergantung dari
orientasi molekul yang bertumbukan.
Energi
minimum yang harus dimiliki molekul untuk dapat bereaksi disebut energi pengaktifan (Ea).
Berdasarkan teori kinetik gas, molekul-molekul gas dalam satu wadah tidak mempunyai
energi kinetik yang sama, tetapi bervariasi seperti ditampilkan pada gambar di bawah ini.
Pada suhu yang lebih tinggi (T2), fraksi molekul yang mencapai energi pengaktifan
sebesar x2, distribusi energi melebar. Energi kinetik molekul rata-rata meningkat dengan
kenaikkan suhu sehingga lebih banyak molekul yang memiliki energi lebih besar dari energi
pengaktifan. Akibatnya, reaksi makin sering terjadi dan laju reaksi juga semakin meningkat.
Laju reaksi kimia tergantung pada hasil kali frekuensi tumbukan dengan fraksi molekul
yang memiliki energi sama atau melebihi energi pengaktifan. Karena fraksi molekul yang
teraktifkan biasanya sangat kecil, maka laju reaksi jauh lebih kecil daripada frekuensi
tumbukannya sendiri. Semakin tinggi nilai energi pengaktifan, semakin kecil fraksi molekul
yang teraktifkan dan semakin lambat reaksi berlangsung. Perhatikan contoh reaksi berikut.
A2(g) + B2(g) → 2AB(g)
9
Menurut pengertian teori tumbukan, selama tumbukan antara molekul A2 dan B2 (dianggap)
ikatan A–A dan B–B putus dan terbentuk ikatan A–B. Pada gambar 2. ditunjukkan bahwa
anggapan itu tidak selamanya berlaku untuk setiap tumbukan.
2.4.3
Jenis-Jenis Tumbukan
a. Tumbukan Lenting Sempurna (Perfectly Elastic Collision)
Tumbukan lenting sempurna terjadi antara dua benda jika gaya yang bekerja pada kedua
benda merupakan gaya konservatif sehingga energi kinetik sebelum dan sesudah tumbukan
adalah sama.
b.
Tumbukan Lenting Sebagian
Kebanyakan benda-benda yang ada di alam mengalami tumbukan lenting sebagian, di
mana energi kinetik berkurang selama tumbukan. Oleh karena itu, hukum kekekalan energi
mekanik tidak berlaku. Besarnya kecepatan relatif juga berkurang dengan suatu faktor
tertentu yang disebut koefisien restitusi. Bila koefisien restitusi dinyatakan dengan huruf e,
maka derajat berkurangnya kecepatan relatif benda setelah tumbukan dirumuskan sebagai
berikut :
Nilai restitusi berkisar antara 0 dan 1 (0 ≤ e ≤ 1 ). Untuk tumbukan lenting sempurna,
nilai e=1. Untuk tumbukan tidak lenting nilai e=0. Sedangkan untuk tumbukan lenting
sebagian mempunyai nilai e antara 0 dan 1 (0 < e < 1). Misalnya, sebuah bola tenis dilepas
dari ketinggian h1 di atas lantai. Setelah menumbuk lantai bola akan terpental setinggi h2,
nilai h2 selalu lebih kecil dari h1.
10
Skema tumbukan lenting sebagian
Coba kita perhatikan gamabr diatas. Kecepatan bola sesaat sebelum tumbukan adalah v1
dan sesaat setelah tumbukan v1. Berdasarkan persamaan gerak jatuh bebas, besar kecepatan
bola memenuhi persamaan :
Untuk kecepatan lantai sebelum dan sesudah tumbukan sama dengan nol (v2 = v’2 = 0).
Jika arah ke benda diberi harga negatif, maka akan diperoleh persamaan sebagai berikut:
c.
Tumbukan Tidak Lenting Sama Sekali
Pada tumbukan jenis ini, kecepatan benda-benda sesudah tumbukan sama besar (benda
yang bertumbukan saling melekat). Misalnya, tumbukan antara peluru dengan sebuah target
di mana setelah tumbukan peluru mengeram dalam target. Secara matematis dapat ditulis
sebagai berikut:
m1v1 + m2v2 = m1v’1 + m2v’2
v’1 = v’2 = v’ maka m1v1 + m2v2 = (m1 + m2) v’
d.
Tumbukan tidak lenting sama sekali yang terjadi antara dua benda
Contoh tumbukan tidak lenting sama sekali adalah ayunan balistik. Ayunan balistik
merupakan seperangkat alat yang digunakan untuk mengukur benda yang bergerak dengan
11
keceptan cukup besar, misalnya kecepatan peluru. Prinsip kerja ayunan balistik berdasarkan
hal-hal berikut:
→Penerapan sifat tumbukan tidak lenting.
m1v1 + m2v2 = (m1 + m2) v’
m1v1 + 0 = (m1 + m2) v’
→Hukum kekekalan energi mekanik
½ (m1 + m2) (v’)2 = (m1 + m2) gh
Jika persamaan pertama disubtitusikan ke dalam persamaan kedua, maka diketahui
kecepatan peluru sebelum bersarang dalam balok.
Skema ayunan balistik
2.5 GAS ALAM CAIR
2.5.1 Pengertian Liquified Natural Gas
Gas alam cair Liquefied Natural Gas
(LNG)
merupakan
gas
alam yang telah diproses untuk menghilangkan impuritas atau zat pengotor dan hidrokarbon
fraksi berat yang kemudian dikondensasikan menjadi cairan pada tekan atmosfer dengan
didinginkan sekitar -160oC. Proses pendinginan (refrigeration process) digunakan untuk
mengkondensasi gas alam. Proses pendinginan ini biasanya disertai dengan proses
menghilangkan air, karbondioksida, hidrogen sulfida dan bahan/unsur pengotor lainnya.
Proses pengubahan gas alam menjadi gas alam cair (LNG) dilakukan untuk menghemat
ruang, karena 610 kaki kubik gas alam dapat diubah menjadi 1 kaki kubik LNG.
Mengkonversi gas alam menjadi LNG membuat kita lebih mudah untuk menyimpan dan
lebih mudah untuk mengangkut disaat jaringan pipa tidak tersedia.
1. Sifat-Sifat Tentang Liquified Natural Gas
Berikut ini adalah beberapa sifat-sifat dari Liquified Natural Gas:
12
a. LNG adalah bahan bakar cair yang bening yang akan mendidih pada suhu -160oC,
oleh karena itu penyimpanannya harus lebih rendah dari pada suhu didihnya tersebut.
b. LNG lebih ringan daripada air, jika LNG bercampur dengan air maka LNG dengan
cepat mengapung dan berada diatas permukaan air.
c. Uap dari LNG lebih berat dari udara, ketika LNG mendidih dan menguap maka
uapnya tidak akan terbang keatas melainkan melayang diatas permukaan tanah.
d. Uap dari LNG berwarna putih dan bisa terlihat, berbeda dengan bentuk cairnya yang
bening.
e. ketika LNG dicampur dengan air akan terjadi ledakan – ledakan kecil yang tidak
menimbulkan api
f. LNG tidak dapat terbakar, hanya dalam bentuk uap LNG dapat terbakar.
g. Ketika material biasa terkena LNG maka material tersebut menjadi rapuh dan pecah.
Maka dari itu untuk penyimpanannya membutuhkan material khusus yang tahan
dengan suhu ekstrim dingin dari LNG.
h. Uap LNG yang berada di udara hanya bisa terbakar jika konsentrasi uap LNG di
udara sebanyak 5% sampai 15%. Jadi jika uap LNG di udara terlalu sedikit atau
terlalu banyak maka tidak akan terbakar.
2.5.2 Manfaat Liquified Natural Gas
Sebagai energi gas alam cair komoditas ekspor salah satu manfaat LNG (Liquified
Natural Gas). Gas alam cair Liquefied Natural Gas (LNG) adalah gas alam yang telah
diproses untuk menghilangkan ketidakmurnian dan hidrokarbon berat dan kemudian
dikondensasi menjadi cairan pada tekan atmosfer dengan mendinginkannya sekitar -160°
Celcius. LNG ditransportasi menggunakan kendaraan yang dirancang khusus dan ditaruh
dalam tangki yang juga dirancang khusus. LNG memiliki isi sekitar 1/640 dari gas alam pada
Suhu dan Tekanan Standar, membuatnya lebih hemat untuk ditransportasi jarak jauh di mana
jalur pipa tidak ada. Ketika memindahkan gas alam dengan jalur pipa tidak memungkinkan
atau tidak ekonomis, dia dapat ditransportasi oleh kendaraan LNG. Dibandingkan dengan
minyak mentah, pasar gas alam cair relative lebih kecil. Saat ini teknologi manusia juga telah
mampu menggnakan gas alam untuk air conditioner (AC), seperti yang digunakan di bandara
Bangkok, Thailand dan beberapa bangunan gedung perguruan tinggi di Australia.
Manfaat Liquified Natural Gas yang lainnya adalah:
13
1. Bidang industri digunakan sebagai sumber panas untuk menghasilkan barang-barang.
Selain itu sebagai bahan membuat pupuk, tinta, plastik, cat, detergen, pencegah
serangga dan lain-lain.
2. Kegunaan domestik digunakan sebagai bahan bakar untuk memasak dan pemanas. Di
beberapa negara gas alam disediakan untuk rumah-rumah disalurkan menggunakan
pipa yang digunakan untuk pengering pakaian, pemanas/pendingin ruangan, pemanas
air, bahan bakar kompor, AC.
3. Listrik Gas alam juga dapat digunakan untuk meciptakan listrik melalui penggunaan
turbin gas dan turbin uap. Pembakaran gas alam lebih bersih daripada minyak dan
batubara sehingga dapat menghasilkan listrik dengan lebih efisien dan emisi yang lebih
rendah.
4. Transportasi Gas alam digunakan sebagai bahan bakar transportasi, mempunyai oktan
yang lebih tinggi, lebih bersih daripada bensin dan diesel. Pada tahun 2008 ada 9.6 juta
kendaraan gas alam diseluruh dunia
14
JAWABAN PERTANYAAN PEMICU
1.
2.
Udara merupakan gas nyata. Gas nyata tidak mematuhi hukum gas ideal pada semua keadaan
suhu dan tekanan.
a. sifat yang membedakan antara gas nyata dan gas ideal, yaitu:
-Interaksi antarmolekul. Gas nyata melakukan gaya tarik dan gaya tolak antarmolekul,
sedangkan gas sempurna tidak.
-Volume molekul. Gas sempurna memiliki volume yang dapat diabaikan, sedangkan
volume gas nyata memiliki volume yang harus diperhitungkan.
b. Persamaan Van der Waals yang didapatkan dari penurunan persamaan gas ideal
dengan memodifikasi persamaan gas ideal dengan cara menambahkan faktor koreksi
pada volume dan tekanan.
-Volume
Partikel-partikel gas nyata mempunyai volume yang tidak dapat diabaikan, sehuingga
Van der Waals mengurangi volume gas terukur dengan volume efektif total molekulmolekul gas sebesar nb dengan tujuan untuk memperhitungkan ukuran partikel-partikel
gas.
15
Videal = Veks – nb
Videal = volume gas`ideal
Veks =volume yang terukur pada waktu percobaan
n= jumlah mol gas
b= konstanta Van der Waals
- Tekanan
perbedaan sifat antara sebuah molekul gas yang terdapat di dalam gas (A) dengan sebuah
molekul yang hampir bertumbukan dengan dinding wadah. Gaya tarik menarik molekul A
sama untuk ke segala arah sehingga akan saling menghilangkan. Sedangkan molekul B
hampir bertumbukan dengan dinding sehingga gaya tarik menarik antar molekul gas tersebut
dengan molekul lain cenderung dapat menurunkan momentum molekul gas tersebut dan
akibatnya akan mengurangi tekanan gas tersebut. Oleh karena itu, tekanan gas tersebut akan
lebih kecil daripada tekanan gas ideal karena pada gas ideal dianggap tidak terjadi gaya tarik
menarik antar molekul.
Makin besar jumlah molekul persatuan volume, makin besar jumlah tumbukan yang
dialami oleh dinding wadah serta makin besar pula gaya tarik menarik yang dialami oleh
molekul-molekul gas yang hampir menumbuk dinding wadah. Karena itu, faktor koreksi
untuk tekanan adalah a(n2/V2) dimana a=konstanta dan n=jumlah mol gas.
Dengan memasukkan kedua faktor koreksi tersebut ke dalam persamaan gas ideal, maka
n2 a
diperoleh persamaan Van der Waals : { P + (
) } (V-nb) = nRT
v2
Keterangan :
P = Tekanan absolute gas (atm)
V = Volume spesifik gas (liter)
T = Suhu absolute gas (K)
n = Jumlah mol gas
R = Konstanta gas (0,082 L atm/mol atau 8,314 J/K mol)
16
a,b = Konstanta van der Waals
c. Konstanta Van der Waals dari molekul-molekul penyusun udara :
PVm = A + BP + CP2 + DP3 + …
T, oC
B x 102
-50
0
100
200
18321
22414
30619
38824
-50
0
10
200
18321
22414
30619
38824
-50
0
200
18312
22414
63447
M 1=
70,01=
C x 102
Nitrogen
-28790
34980
-10512
8626
06662
4411
14763
2775
Carbon Monoxide
-36874
17900
-14825
9823
04036
4874
13116
3052
Hydrogen
12027
1164
13638
07851
12974
01003
A
D x 104
E x 1012
-14470
-6910
-3534
-2379
4657
1704
09687
07600
-17911
-7721
-3618
-2449
6225
1947
09235
07266
-1741
-1206
-01619
1022
07354
01050
pRT
pRT
M 2=
P1
P2
p 0,08206 T
p 0,08206 T
70,01=
0,556
0,562
p1=
38,925
0,08205T
p2=
p1 = 474,413 T
39,35
0,08205T
p2 = 479,878 T
Maka didapat :
P (torr)
203,997
P (g/L)
0,43
M
69,96
M1 CHF3 = M1X
182,354
0,38
70,94
p 1 RT p 1 RT 474,413 p 1 X
=
=
P1
P1
P1
0,43
p1 X = 203,997
p 2 RT p 2 RT 479,878 p 2 X
=
=
P2
P2
P2
0,38
p2 X = 182,354
Gas
a (atm lt2 mol-2)
b (lt mol-1)
R (lt atm mol-1 deg-1)
17
H2
H2
CH4
NH3
H2O
CO
N2
O2
CH4OH
Ar
CO2
NC3H12
C6H6
0,162
0,072
1,33
1,75
1,32
0,85
0,81
0,82
0,86
0,86
2,01
9,52
9,44
0,0217
0,0192
0,0329
0,0241
0,0150
0,0300
0,0300
0,0248
0,0397
0,0257
0,0319
0,1034
0,0855
0,067
0,065
0,063
0,053
0,040
0,063
0,064
0,064
0,048
0,065
0,061
0,058
0,058
3. Cara menentukan massa molar dari suatu senyawa fluorokarbon.
Diketahui : Percobaan 1
PFluorokarbon = 327,10 torr; P’CHF₃= 423,22 torr
Percobaan 2
PFluorocarbon = 293,22 torr; P’CHF₃ = 427,22 torr
MrCHF₃
=
70 g /mol
Ditanya : MrFluorocarbon
Jawaban :
Oleh karena persamaan
BM =
ρRT
P
pada volume dan suhu yang sama, serta
gas dianggap sebagai sebuah gas ideal, massa jenis gas dianggap sama.
Sehingga muncul persamaan : B M ' P' =BMP
B M '=
P
× BM
P'
Pada eksperimen 1
B M '=
423,22
× 70 g /mol=90,57 g /mol
327.10
Pada eksperimen 2
B M '=
427,22
× 70 g /mol=102 g/mol
293,22
18
Pada percobaan tersebut, tekanan fluorocarbon pada percobaan 2 lebih kecil daripada
percobaan 1. Tekanan yang mendekati 0 menandakan hasil percobaan
4. Diketahui :
h = 106 m (621,4 mil)
n = 5,44 x 1011 m3
PUdar a= 7,514 x 10-9 Pa
T = 1000 °K
d = 5 x 10-10
a. Kecepatan molekul N2
Jawab:
v =
√
√
√
3 RT
M
dimana M dari N2 = 28,013
g/mol
3 ×8,314 ×1000
28,013
=
24942
28,013
=
√ 861,792 = 29,356 m/s
=
b. Frekuensi tumbukan molekul N2
v´ =
√
√
√
8 RT
8× 8,314 ×1000
66512
=
=
=√ 756,16=27,49 m/ s
πM
3,14 ×28,013
87,96
5 ×10
¿
2
¿−10 ¿ ×27,49 ×7,514 × 10−9
¿
√2 ×3,14 × ¿
2 πd 2 ´v P
√
Z=
=¿
kB T
−10
¿
22,93 ×10
1,38
=16,615 ×10−10
c. Jalan bebas rata-rata N2
λ=
k BT
√2 πd 2 P
−23
¿
1,38 ×10 ×1000
√2 ×7,85 ×10−19 × 7,514 ×10−9
19
6
¿
138 ×10
=1654477,88m
83,41
d. Viskositas gas N2
η=
k B Pd 1,38× 10−23 × 7,514 ×10−9 ×5,44 × 1011
=
v
29,356
−20
¿
5.
5,6409 ×10
29,356
=1,92154 × 10−21
Banyaknya tumbukan antar molekul sejenis adalah
Za−a=√ 2σvN
⇔ v=
√
√
√
3 RT
3 ×8,314 ×1000
66,512× 1000
=
=
=√ 1513=38,18 m/ s
1 /2 πM
1 /2 ×3,14 × 28
43,96
Za−a=1,414 × ( 78,5 ×10−20 ) ×38,8 × ( 5,44 ×1011 )=23428,78 ×10−9 s−1
Banyaknya tumbukan = Z x t
n = ( 23428,78× 10−9 s−1 ¿ ×60 = 14,06 x 10-4
Energi Kinetik satu kali tumbukan :
3/ 2 kT =3/2 ( 1,381× 10−23 ) 1000=2,07 ×10−20 J
Energi kinetik transfer = Ek x n
= (14,06 x 10-4 ).( 2,07 ×10−20 ¿
= 29,10 x 10-24 J
6. Optimalisasi dan pemilihan proses teknologi pencairan gas alam yang efisien harus
mengetahui proses pencairan gas alam yang ada pada saat ini.
a. Keunggulan LNG dibandingkan bahan bakar lain yaitu, hasil pembakarannya memiliki
tingkat polusi yang rendah, efisiensi pembakarannya cukup tinggi sehingga mudah
dikontrol.
b. Metode proses pencairan gas alam yang ada pada saat ini :
Plant 1 - Gas Purification
Proses di Plant 1 adalah pemurnian gas dengan pemisahan kandungan CO2 (Karbon
Dioksida) dari gas alam. Kandungan CO2 tersebut harus dipisahkan agar tidak mengganggu
proses selanjutnya. Pemisahan CO2 dilakukan dengan proses absorbsi larutan Mono Ethanol
Amine (MEA), yang sekarang diganti dengan Methyl De Ethanol Amine (MDEA) produksi
Ucarsol. Proses ini dapat mengurangi CO2 sampai di bawah 50 ppm dari aliran gas alam.
Batas maksimum kandungan CO2 pada proses selanjutnya adalah 50 ppm.
Plant 2 - Gas Dehydration And Mercury Removal
20
Selain CO2, gas alam juga mengandung uap air (H2O) dan Mercury (Hg) yang akan
menghambat proses pencairan pada suhu rendah. Pada Plant 2, kandungan H 2O dan Hg
dipisahkan dari gas alam. Kandungan H2O pada gas alam tersebut akan menjadi padat dan
akan menghambat pada proses pendinginan gas alam selanjutnya karena dapat menyumbat
pipa dan alat lainnya saat mengalami pembekuan, serta untuk mengurangi masalah karat dan
mencegah terbentuknya hidrat. Hidrat adalah senyawa padat berwarna putih yang terbentuk
dari reaksi kimia-fisik antara hidrokarbon dan air pada tekanan tinggi dan temperatur rendah
yang digunakan untuk mengangkut gas alam melalui jalur pipa. Hidrat mengurangi efisiensi
jalur pipa. Untuk mencegah pembentukan hidrat, gas alam bisa diolah dengan glikol, yang
melarutkan air secara efisien. Etilena glikol (EG), dietilena glikol (DEG), dan trietilena glikol
(TEG) merupakan contoh pelarut untuk pengambilan air. Trietilena glikol (TEG) lebih baik
jika dipakai pada proses fasa-uap karena tekanan uapnya yang rendah, yang mengakibatkan
sedikit saja kehilangan glikol. Absorber TEG normalnya berisi 6 hingga 12 nampan (tray)
bubble-cap untuk melakukan proses absorpsi air.
Cara lain untuk menghilangkan hidrat gas alam adalah dengan menyuntikkan metanol
ke dalam jalur gas untuk menurunkan temperatur pembentukan hidrat hingga di bawah
temperatur atmosfer. Air juga bisa dikurangi atau diambil dari gas alam dengan memakai
adsorben padat seperti saringan molekular atau gel silika.
Pemisahan kandungan H2O (Gas Dehydration) dilakukan dengan cara absorbsi
menggunakan molecullar sieve hingga kandungan H2O maksimum 0,5 ppm. Kandungan
mercury (Hg) pada gas alam tersebut jika terkena peralatan yang terbuat dari aluminium akan
terbentuk amalgam. Sedangkan tube pada Main Heat Exchanger 5E-1 yang merupakan alat
pendingin dan pencairan utama untuk memproduksi LNG adalah terbuat dari aluminium.
Pemisahan kandungan Hg (Mercury Removal) dilakukan dengan cara absorbsi menggunakan
adsorben. Bed Mercury Removal yang berisi Sulfur Impregnated Activated Charcoal dimana
merkuri akan bereaksi membentuk senyawa HgS, hingga kandungan Hg maksimum 0,1 ppm.
Plant 3 - Fractination
Sebelum gas alam didinginkan dan dicairkan pada Main Heat Exchanger 5E-1 pada
suhu yang sangat rendah hingga menjadi LNG, proses pemisahan (fractination) gas alam dari
fraksi-fraksi berat (C2, C3, ..., dst) perlu dilakukan. Proses fraksinasi tersebut dilakukan di
Plant 3. Pemisahan gas alam dari fraksi beratnya dilakukan pada Scrub Column 3C-1. Setelah
dipisahkan dari fraksi beratnya, gas alam didinginkan terlebih dahulu hingga temperatur
sekitar -50°C dan selanjutnya diproses di Plant 5 untuk didinginkan lebih lanjut dan
dicairkan. Sedangkan fraksi beratnya dipisahkan lagi sesuai dengan titik didihnya dengan
21
beberapa alat (Deethanizer, Deprophanizer dan Debuthanizer) untuk mendapatkan prophane,
buthane dan condensate.
Plant 4 - Refrigeration
Selain penurunan tekanan, proses pencairan gas alam dilakukan dengan menggunakan
sistem pendingin bertingkat. Bahan pendingin yang digunakan: Propane dan Multi
Component Refrigerant (MCR). MCR adalah campuran Nitrogen, Methane, Ethane,
Prophane dan Buthane yang digunakan untuk pendinginan akhir dalam proses pembuatan
LNG. Plant 4 menyediakan pendingin Prophane dan MCR. Baik prophane maupun MCR
sebagai pendingin diperoleh dari hasil sampingan pengolahan LNG.
Siklus Pendingin Prophane
Cairan prophane akan berubah fase menjadi gas prophane setelah temperaturnya naik
karena dipakai mendinginkan gas alam maupun MCR. Sesuai dengan kebutuhan pendinginan
bertingkat pada proses pengolahan LNG, kondisi cairan prophane yang dipakai pendinginan
ada 3 tingkat untuk MCR dan 3 tingkat untuk gas alam. Gas prophane setelah dipakai untuk
pendinginan dikompresikan oleh Prophane Recycle Compresor 4K-1 untuk menaikkan
tekanannya, kemudian didinginkan oleh air laut, dan selanjutnya dicairkan dengan cara
penurunan tekanan. Demikian siklus pendingin propane diperoleh.
Siklus Pendingin MCR
Cairan MCR berubah fase menjadi gas MCR dengan kenaikan temperatur karena dipakai
pendinginan gas alam pada Main Heat Exchanger 5E-1. Gas MCR tersebut dikompresikan
secara seri oleh MCR First Stage Compresor 4K-2 dan MCR Second Stage Compressor 4K-3
untuk menaikkan tekanannya. Pendinginan dengan air laut dilakukan pada interstage 4K-2
dan 4K-3 serta pada discharge 4K-3.
Plant 5 - Liquefaction
Pada Plant 5 dilakukan pendinginan dan pencairan gas alam setelah gas alam mengalami
pemurnian dari CO2, pengeringan dari kandungan H2O, pemisahan Hg serta pemisahan dari
fraksi beratnya dan pendinginan bertahap oleh prophane. Gas alam menjadi cair setelah
keluar dari Main Heat Exchanger 5E-1 dan peralatan lainnya selanjutnya ditransfer ke storage
tank.
c. Sifat-sifat fisik LNG, salah satunya adalah viskositas.
Viskositas merupakan pengukuran dari ketahanan fluida yang diubah baik dengan
tekanan maupun tegangan. Pada masalah sehari-hari (dan hanya untuk fluida), viskositas
22
adalah “ketebalan” atau “pergesekan internal”. Oleh karena itu, air yang “tipis”, memiliki
viskositas lebih rendah, sedangkan madu yang “tebal”, memiliki viskositas yang lebih
tinggi. Sederhananya, semakin rendah viskositas suatu fluida, semakin besar juga
pergerakan dari fluida tersebut.
Viskositas menjelaskan ketahanan internal fluida untuk mengalir dan mungkin dapat
dipikirkan sebagai pengukuran dari pergeseran fluida. Sebagai contoh, viskositas yang
tinggi dari magma akan menciptakan statovolcano yang tinggi dan curam karena tidak
dapat mengalir terlalu jauh sebelum mendingin, sedangkan viskositas yang lebih rendah
dari lava akan menciptakan volcano yang rendah dan lebar. Seluruh fluida (kecuali
superfluida) memiliki ketahanan dari tekanan dan oleh karena itu disebut pekat, tetapi
fluida yang tidak memiliki ketahanan tekanan dan dan tegangan disebut fluida idea studi
dari bahan yang mengalir disebut Rheologi, yang termasuk viskositas dan konsep yang
berlebihan.
d. Metode yang dapat digunakan dalam menentukan viskositas dari LNG yaitu,
- Capillory vicometrs
Metode dengan menggunakan alur laju cairan dengan jumlah volume tertentu,
- Rotary vicometrs
Menggunakan teknik tenaga putaran kecepatan shulf yang konstan atau kecepatan putaran
dari puran,
- Miscellane ous instrumentasi
Dengan menggunakan pergerakan gerak bola besi yang dipengaruhi gaya gravitasi,
tekanan yang dihasilkan pada probe dari pergerakan cairan serta metode yang lainnya
digunakan sebagai instrumen alat ukur.
23
KESIMPULAN
Gas ideal adalah salah satu dimana semua tumbukan antara atom atau molekul
bersifat elastis sempurna dan di mana tidak ada kekuatan menarik antarmolekul. Sedangkan
gas nyata tidak demikian. Terdapat hukum-hukum yang mengatur gas ideal maupun gas
nyata.
Pemanfaatan dari teori gas dan larutan dalam kehidupan sehari-hari adalah bahan bakar.
Bahan bakar dapat berupa bahan bakar minyak maupun bahan bakar alternatif. Dari ketiga
plihan antara Biosolar, gas Hydrocarbon, dan Dimetil Eter, DME lah yang paling memenuhi
persyaratan sebagai bahan bakar alternatif.
Jumlah tumbukan yang terjadi dipengaruhi oleh kecepatan dari tiap molekul. Hal itu juga
mempengaruhi panjang jalan bebas rata-rata yang terjadi. Semakin besar kecepatan akan
semakin banyak pula tumbukannya sehingga jalan bebas rerata akan semakin kecil.
Disamping itu, viskositas juga mempengaruhi keadaan tersebut karena berhubungan langsung
dengan kecepatan molekul suatu zat apabila dipicu dengan kenaikan suhu.
Gas alam cair Liquefied Natural Gas (LNG) merupakan gas alam yang telah diproses untuk
menghilangkan impuritas atau zat pengotor dan hidrokarbon fraksi berat yang kemudian
dikondensasikan menjadi cairan pada tekan atmosfer dengan didinginkan sekitar -160oC.
Proses pendinginan (refrigeration process) digunakan untuk mengkondensasi gas alam.
Proses pendinginan ini biasanya disertai dengan proses menghilangkan air, karbondioksida,
hidrogen sulfida dan bahan/unsur pengotor lainnya.
24
DAFTAR PUSTAKA
P.W. Atkins and J. De Paula, Physical Chemistry 9th edition. Oxford (2010)
N. L. Isa, Physical Chemistry 6th edition. McGRAW-Hill (2009)
Suyono. Tanpa Tahun. TEORI KINETIKA GAS
P.W. Atkins, Physical Chemistry 8th edition. Oxford University. New York.
Maron, Samuel. 2002. Fundamentals of Physical Chemistry. New York : Machmillan
Publishing Co. Inc.
Atkins, P.W. 1993. Kimia Fisika. Edisi ke 4. Diterjemahkan oleh : Kartohadiprojo, Irma. Jakarta :
Erlangga.
Raharjo, Purwadi. Tanpa Tahun. Kecepatan atom gas dengan distribusi Maxwell-Bolztman
(1).
www.oberonfuels.com
25
KELOMPOK 4 :
1. RIDLO WILDANI A
(5213416013)
2. MOH. ARIK ARDIANTA
(5213416021)
3. DEVINDA RAHMADHANI
(5213416023)
4. AYU NUR PERMADHINI
(5213416036)
JURUSAN TEKNIK KIMIA
UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG
TAHUN AJARAN 2016/2017
KATA PENGANTAR
Dengan menyebut nama Allah SWT yang Maha Pengasih lagi Maha Panyayang,
Kami panjatkan puja dan puji syukur atas kehadirat-Nya, yang telah melimpahkan rahmat,
hidayah, dan inayah-Nya kepada kami, sehingga kami dapat menyelesaikan makalah ilmiah
tentang limbah dan manfaatnya untuk masyarakat.
Makalah ini telah kami susun dengan maksimal dan mendapatkan bantuan dari
berbagai pihak sehingga dapat memperlancar pembuatan makalah ini. Untuk itu kami
menyampaikan banyak terima kasih kepada semua pihak yang telah berkontribusi dalam
pembuatan makalah ini.
Terlepas dari semua itu, Kami menyadari sepenuhnya bahwa masih ada kekurangan
baik dari segi susunan kalimat maupun tata bahasanya. Oleh karena itu dengan tangan
terbuka kami menerima segala saran dan kritik dari pembaca agar kami dapat memperbaiki
makalah ilmiah ini.
Akhir kata kami berharap semoga makalah tentang ini dapat memberikan manfaat
terhadap pembaca.
Semarang, Maret 2017
Penyusun
2
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR................................................................................... 2
DAFTAR ISI .............................................................................................. 3
LANDASAN TEORI .................................................................................. 4
2.1
KONSEP KIMIA FISIKA ………………………………………..
4
2.2
GAS
………………………………………………………………
4
2.2.1 Jenis Gas ……………………………………………………..
4
2.2.2 Perbedaan gas ideal dan nyata …………………………….
5
2.2.3 Persamaan gas ideal dan nyata ……………………………
5
2.3 TEORI KINETIK GAS ……………………………………………
6
2.3.1 Kecepatan molekul ………………………………………….
6
2.3.2 Frekuensi Tabrakan …………………………………………
7
2.3.3 Viskositas Gas ……………………………………………….
8
2.3 TEORI TUMBUKAN ……………………………………………………...
8
2.4.1 Pengertian Teori Tumbukan ………………………………..
8
2.4.2 Penjelasan teori tumbukan …………………………………
8
2.4.3
9
Jenis-Jenis Tumbukan ……………………………………..
2.5 GAS ALAM CAIR ………………………………………………………… 12
2.5.1
Pengertian Liquified Natural Gas ……………………………. 12
2.5.2 Manfaat Liquified Natural Gas ……………………………... 13
JAWABAN PERTANYAAN PEMICU ………………………………………….. 15
KESIMPULAN …………………………………………………………………… 24
DAFTAR PUSTAKA …………………………………………………………….. 25
3
LANDASAN TEORI
2.1
KONSEP KIMIA FISIKA
Kimia fisika adalah cabang ilmu kimia yang mempelajari aspek fisika dari materi dan
energi serta mekanisme perubahannya. Pada umumnya dalam perguruan tinggi membagi
kimia fisika menjadi beberapa bidang, yaitu termodinamika, kinetika, dan kuantum.
Termodinamika kimia mempelajari tentang hukum-hukum dasar termodinamika. Sementara
kinetika merupakan bidang yang mempelajari tentang aspek proses perubahan suatu materi
dalam sebuah reaksi atau interaksi lain. Selain itu dalam kinetika juga dipelajari tentang
teknik penentuan mekanisme dalam reaksi. Selain itu termodinamika membahas tentang arah
spontanitas suatu reaksi kimia dan aspek energi yang berpengaruh di dalamnya.
2.6
GAS
Gas yang memiliki molekul yang dipantulkan satu sama lain (dalam wadahnya) dan
dimana gaya antarmolekul yang bekerja antara molekul tidak bersentuhan satu sama lain
diabaikan.
2.2.1 Jenis Gas
a. Gas Ideal
Gas ideal didefinisikan sebagai salah satu di mana semua tumbukan antara atom atau
molekul bersifat elastis sempurna dan di mana tidak ada kekuatan menarik antarmolekul.
Sesuatu dapat memvisualisasikannya sebagai kumpulan bola sempurna keras yang
bertabrakan tetapi dinyatakan tidak berinteraksi satu sama lain. Dalam gas seperti itu, semua
energi internal dalam bentuk energi kinetik dan perubahan energi internal disertai dengan
perubahan suhu.
Gas ideal merupakan gas yang memenuhi asumsi-asumsi berikut.
1.
Suatu gas terdiri atas molekul-molekul yang disebut molekul. Setiap molekul identik
(sama) sehingga tidak dapat dibedakan dengan molekul lainnya.
2. Molekul-molekul gas ideal bergerak secara acak ke segala arah.
3. Molekul-molekul gas ideal tersebar merata di seluruh bagian.
4. Jarak antara molekul gas jauh lebih besar daripada ukuran molekulnya.
4
5. Tidak ada gaya interaksi antarmolekul; kecuali jika antarmolekul saling bertumbukan atau
terjadi tumbukan antara molekul dengan dinding.
6. Semua tumbukan yang terjadi baik antarmolekul maupun antara molekul dengan dinding
merupakan tumbukan lenting sempurna dan terjadi pada waktu yang sangat singkat
(molekul dapat dipandang seperti bola keras yang licin).
persamaan keadaan untuk gas sempurna, yang mencakup hukum Boyle, Charles, dan prinsip
Avogadro:
b.
pV = nRT
Gas Nyata
Gas nyata tidak memenuhi hukum gas sempurna kecuali jika p→0. Penyimpangan dari
hukum tersebut terutama pada tekanan tinggi dan suhu rendah, khususnya jika gas berada
dalam keadaan tepat akan berkondensasi menjadi cairan. Penyimpangan ini disebabkan oleh
adanya interaksi antar molekul yang berupa gaya tolak antar molekul yang membantu
ekspansi dan gaya tarik yang membantu kompresi.
2.2.2 Perbedaan gas ideal dan nyata
1.
Gas ideal tidak memiliki gaya antarmolekul dan molekul gas dianggap sebagai partikel
titik. Sebaliknya molekul gas nyata memiliki ukuran dan volume. Selanjutnya mereka
memiliki gaya antarmolekul.
2.
Gas ideal tidak dapat ditemukan dalam kenyataan. Tapi gas berperilaku dengan cara ini
pada suhu dan tekanan tertentu.
3.
Gas cenderung berperilaku sebagai gas nyata dalam tekanan tinggi dan suhu rendah. Gas
nyata berperilaku gas sebagai ideal pada tekanan rendah dan suhu tinggi.
4.
Gas ideal dapat berhubungan dengan persamaan PV = nRT = NKT, sedangkan gas nyata
tidak bisa. Untuk menentukan gas nyata, ada persamaan jauh lebih rumit.
2.2.3 Persamaan gas ideal dan nyata
Terdapat beberapa persamaan keadaan yang dapat menjelaskan perilaku dari gas nyata, salah
satunya adalah persamaan Van der Waals gaya tarik antar molekul diperhitungkan dengan
memandang bahwa gaya tarik ini menyebabkan molekul berperilaku sebagai bola kecil tetapi
dapat saling terjadi penetrasi. Volume molekul yang tidak nol menunjukkan secara tidak
langsung bahwa molekul tidak bergerak dalam volume V tetapi terbatas pada volume yang
lebih kecil V – nb, dimana nb kira-kira adalah volume total yang ditempati oleh molekul
sendiri :
5
2.3 TEORI KINETIK GAS
Menurut teori kinetika gas, suhu, tekanan, lintasan bebas rata-rata dan viskositas gas
merupakan perwujudan dari gerak molekul gas. Suhu adalah ukuran energi kinetika molekul,
tekanan berasal dari gaya molekul yang menabrak dinding bejana, viskositas mewakili
perpindahan momentum oleh gerak molekul, dan difusi adalah perpindahan massa molekul.
Teori kinetika gas didasarkan pada tiga asumsi dasar :
Gas mengandung sejumlah besar molekul yang massanya m dan diameternya d yang
bergerak acak tanpa henti.
Ukuran molekul sangat kecil dibandingkan dengan jarak antar molekul
Molekul merupakan bola pejal yang bergerak dalam garis lurus, tidak berinteraksi satu
sama lain, kecuali bahwa molekul bertabrakan secara elastis ketika jarak antar pusanya
sama dengan d.
2.3.1 Kecepatan molekul
Dikenal sebagai distribusi Maxwell-Boltzmann dari kecepatan molekul yang dapat
diturunkan tanpa menganggap arah geraknya. Probabilitas bahwa molekul memiliki
komponen kecepatan dalam rentang vx sampai vx + dvx, vy sampai vy +dvy dan vz sampai vz +
dvz adalah
Kerapatan yang diarsir mewakili probabilitas memiliki setiap
kecepatan. Untuk distribusi kecepatan molekul, probabilitas total
memiliki nilai dalam kulit yang tebalnya dv dan jejari v dihitung.
f(vx,vy,vz)dvxdvydvz = f(vx)f(vy)f(vz) dvxdvydvz
=
(
m
2 πk B T
3
2
) (
exp
−mv2
dv x dv y dv z
2 kB T
)
Probabilitas f(v)dv dimana molekul memiliki kecepatan dalam rentang v + dv adalah jumlah
probabilitas dimana molekul terletak dalam sembarang elemen volume dvxdvydvz dalam kulit
bola berjari-jari v.
Yang merupakan distribusi kecepatan Maxwell :
f ( v )=4 π
(
m
2 πk B T
)
3
2
v 2 exp
(
−mv 2
2 k BT
)
6
2.3.2
Frekuensi tabrakan
Frekuensi tabrakan Z adalah jumlah tabrakan rata-rata per satuan waktu yang dilakukan
oleh satu molekul. Untuk tabrakan antara tipe molekul yang berbeda, kecepetan relatif ratarata adalah:
v´ =
√
μ=
mA mB
m A +mB
8kBT
πμ
Dimana µ adalah massa tereduksi. Massa tereduksi terjadi ketika gerak relatif molekul
diperhitungkan. Untuk molekul yang identik, µ = ½ m, sehingga
v´ =v´ √ 2
Dengan demikian, frekuensi tabrakan adalah
√
2 πd2 v´ P
´
z=√ 2 πd v N =
kBT
2
Frekuensi tabrakan z memberikan jumlah tabrakan yang dialami oleh satu molekul
tunggal. Frekuensi tabrakan total, laju tabrakan antara semua molekul dalam gas, dapat
diperoleh dengan mengalikan z dengan ½N (faktor ½ menjamin tabrakan A . . A’ dan A’ . . A
dihitung sebagai satu). Dengan demikian, densitas tabrakan Z, jumlah total tabrakan per
satuan waktu per satuan volume, adalah
2
2
1
πd v´ N
Z AA = zN=
Tabel 2.2 Penampang tabrakan
2
√2
Molekul
d (nm)
C6H6
0,53
CO2
0,41
He
0,26
N2
0,37
Kecepatan rata-rata diberikan oleh persamaan 2,31 dan konsentrasi A dihubungkan
dengan densitas jumlahnya dengan tetapan avogadro:
CANA = N
2.3.3
Viskositas gas
Viskositas gas biasa didefinisikan sebagai ukuran kemudahan fluida untuk mengalir dan
dapat diperkirakan dengn menggunakan teori kinetika gas.
7
Pada persamaan perpindahan momentum :
τ yx=
−η d ( ρv x )
ρ
dy
Difusivitas momentum dinyatakan viskositas η dibagi dengan densitas ρ. Besaran ini
dalam mekanika fluida sering disebut sebagai viskositas kinematika, yang dilambangkan
dengan ν. Maka persamaan viskositas kinematika :
η=-τ xy
1
(Pa) [( m / s ¿ (m -1 )¿=Pa.s
dv x
dy
( )
2.4 TEORI TUMBUKAN
2.4.1 Pengertian Teori Tumbukan
Teori tumbukan adalah penjelasan kualitatif tentang bagaimana reaksi kimia
berlangsung dan mengapa laju reaksi dapat berbeda untuk reaksi yang berbeda. Teori
tumbukan diusulkan oleh Max Trautz pada tahun 1916. Teori ini menyatakan bahwa ketika
partikel reaktan bertumbukan satu sama lain, hanya beberapa persen tumbukan saja yang
menyebabkan perubahan kimia yang dikenal sebagai tumbukan yang berhasil.
2.6.1 Penjelasan teori tumbukan
Tumbukan yang berhasil mempunyai cukup energi yang dikenal sebagai energi
aktivasi, pada saat itu berlangsung pemutusan ikatan sekaligus pembentukan ikatan baru.
Proses tersebut menghasilkan produk reaksi. Meningkatkan konsentrasi reaktan atau
menaikan suhu berakibat meningkatnya tumbukan, sehingga berakibat juga pada naiknya
jumlah tumbukan yang berhasil yang akhirnya meningkatkan laju reaksi. Ketika katalis
dilibatkan pada tumbukan antar molekul reaktan, maka energi yang dibutuhkan untuk
melangsungkan reaksi kimia semakin kecil. Oleh karena itu, banyaknya tumbukan yang
mempunyai energi yang cukup untuk melangsungkan reaksi, dan akhirnya laju reaksi
meningkat.
Pada laju reaksi, energi aktivasi, kecepatan, contoh grafik kimia, reaksi kimia terjadi
sebagai akibat tumbukan antara molekul-molekul. Jumlah tumbukan antara molekul-molekul
per satuan waktu disebut frekuensi tumbukan. Besar frekuensi tumbukan ini dipengaruhi oleh
berbagai faktor antara lain:
1.
Konsentrasi
2.
Suhu
3.
Luas permukaan bidang sentuh
8
Semakin besar konsentrasi suatu larutan, semakin banyak pula molekul yang
terkandung di dalamnya. Dengan demikian, semakin sering terjadi tumbukan di antara
molekul-molekul tersebut. Hal itu berarti hanya sebagian dari tumbukan molekul yang
menghasilkan reaksi. Keadaan itu didasarkan pada 2 faktor, yaitu:
1. Hanya molekul-molekul yang lebih energik yang akan menghasilkan reaksi sebagai hasil
tumbukan.
2. Kemungkinan suatu tumbukan tertentu untuk menghasilkan reaksi kimia tergantung dari
orientasi molekul yang bertumbukan.
Energi
minimum yang harus dimiliki molekul untuk dapat bereaksi disebut energi pengaktifan (Ea).
Berdasarkan teori kinetik gas, molekul-molekul gas dalam satu wadah tidak mempunyai
energi kinetik yang sama, tetapi bervariasi seperti ditampilkan pada gambar di bawah ini.
Pada suhu yang lebih tinggi (T2), fraksi molekul yang mencapai energi pengaktifan
sebesar x2, distribusi energi melebar. Energi kinetik molekul rata-rata meningkat dengan
kenaikkan suhu sehingga lebih banyak molekul yang memiliki energi lebih besar dari energi
pengaktifan. Akibatnya, reaksi makin sering terjadi dan laju reaksi juga semakin meningkat.
Laju reaksi kimia tergantung pada hasil kali frekuensi tumbukan dengan fraksi molekul
yang memiliki energi sama atau melebihi energi pengaktifan. Karena fraksi molekul yang
teraktifkan biasanya sangat kecil, maka laju reaksi jauh lebih kecil daripada frekuensi
tumbukannya sendiri. Semakin tinggi nilai energi pengaktifan, semakin kecil fraksi molekul
yang teraktifkan dan semakin lambat reaksi berlangsung. Perhatikan contoh reaksi berikut.
A2(g) + B2(g) → 2AB(g)
9
Menurut pengertian teori tumbukan, selama tumbukan antara molekul A2 dan B2 (dianggap)
ikatan A–A dan B–B putus dan terbentuk ikatan A–B. Pada gambar 2. ditunjukkan bahwa
anggapan itu tidak selamanya berlaku untuk setiap tumbukan.
2.4.3
Jenis-Jenis Tumbukan
a. Tumbukan Lenting Sempurna (Perfectly Elastic Collision)
Tumbukan lenting sempurna terjadi antara dua benda jika gaya yang bekerja pada kedua
benda merupakan gaya konservatif sehingga energi kinetik sebelum dan sesudah tumbukan
adalah sama.
b.
Tumbukan Lenting Sebagian
Kebanyakan benda-benda yang ada di alam mengalami tumbukan lenting sebagian, di
mana energi kinetik berkurang selama tumbukan. Oleh karena itu, hukum kekekalan energi
mekanik tidak berlaku. Besarnya kecepatan relatif juga berkurang dengan suatu faktor
tertentu yang disebut koefisien restitusi. Bila koefisien restitusi dinyatakan dengan huruf e,
maka derajat berkurangnya kecepatan relatif benda setelah tumbukan dirumuskan sebagai
berikut :
Nilai restitusi berkisar antara 0 dan 1 (0 ≤ e ≤ 1 ). Untuk tumbukan lenting sempurna,
nilai e=1. Untuk tumbukan tidak lenting nilai e=0. Sedangkan untuk tumbukan lenting
sebagian mempunyai nilai e antara 0 dan 1 (0 < e < 1). Misalnya, sebuah bola tenis dilepas
dari ketinggian h1 di atas lantai. Setelah menumbuk lantai bola akan terpental setinggi h2,
nilai h2 selalu lebih kecil dari h1.
10
Skema tumbukan lenting sebagian
Coba kita perhatikan gamabr diatas. Kecepatan bola sesaat sebelum tumbukan adalah v1
dan sesaat setelah tumbukan v1. Berdasarkan persamaan gerak jatuh bebas, besar kecepatan
bola memenuhi persamaan :
Untuk kecepatan lantai sebelum dan sesudah tumbukan sama dengan nol (v2 = v’2 = 0).
Jika arah ke benda diberi harga negatif, maka akan diperoleh persamaan sebagai berikut:
c.
Tumbukan Tidak Lenting Sama Sekali
Pada tumbukan jenis ini, kecepatan benda-benda sesudah tumbukan sama besar (benda
yang bertumbukan saling melekat). Misalnya, tumbukan antara peluru dengan sebuah target
di mana setelah tumbukan peluru mengeram dalam target. Secara matematis dapat ditulis
sebagai berikut:
m1v1 + m2v2 = m1v’1 + m2v’2
v’1 = v’2 = v’ maka m1v1 + m2v2 = (m1 + m2) v’
d.
Tumbukan tidak lenting sama sekali yang terjadi antara dua benda
Contoh tumbukan tidak lenting sama sekali adalah ayunan balistik. Ayunan balistik
merupakan seperangkat alat yang digunakan untuk mengukur benda yang bergerak dengan
11
keceptan cukup besar, misalnya kecepatan peluru. Prinsip kerja ayunan balistik berdasarkan
hal-hal berikut:
→Penerapan sifat tumbukan tidak lenting.
m1v1 + m2v2 = (m1 + m2) v’
m1v1 + 0 = (m1 + m2) v’
→Hukum kekekalan energi mekanik
½ (m1 + m2) (v’)2 = (m1 + m2) gh
Jika persamaan pertama disubtitusikan ke dalam persamaan kedua, maka diketahui
kecepatan peluru sebelum bersarang dalam balok.
Skema ayunan balistik
2.5 GAS ALAM CAIR
2.5.1 Pengertian Liquified Natural Gas
Gas alam cair Liquefied Natural Gas
(LNG)
merupakan
gas
alam yang telah diproses untuk menghilangkan impuritas atau zat pengotor dan hidrokarbon
fraksi berat yang kemudian dikondensasikan menjadi cairan pada tekan atmosfer dengan
didinginkan sekitar -160oC. Proses pendinginan (refrigeration process) digunakan untuk
mengkondensasi gas alam. Proses pendinginan ini biasanya disertai dengan proses
menghilangkan air, karbondioksida, hidrogen sulfida dan bahan/unsur pengotor lainnya.
Proses pengubahan gas alam menjadi gas alam cair (LNG) dilakukan untuk menghemat
ruang, karena 610 kaki kubik gas alam dapat diubah menjadi 1 kaki kubik LNG.
Mengkonversi gas alam menjadi LNG membuat kita lebih mudah untuk menyimpan dan
lebih mudah untuk mengangkut disaat jaringan pipa tidak tersedia.
1. Sifat-Sifat Tentang Liquified Natural Gas
Berikut ini adalah beberapa sifat-sifat dari Liquified Natural Gas:
12
a. LNG adalah bahan bakar cair yang bening yang akan mendidih pada suhu -160oC,
oleh karena itu penyimpanannya harus lebih rendah dari pada suhu didihnya tersebut.
b. LNG lebih ringan daripada air, jika LNG bercampur dengan air maka LNG dengan
cepat mengapung dan berada diatas permukaan air.
c. Uap dari LNG lebih berat dari udara, ketika LNG mendidih dan menguap maka
uapnya tidak akan terbang keatas melainkan melayang diatas permukaan tanah.
d. Uap dari LNG berwarna putih dan bisa terlihat, berbeda dengan bentuk cairnya yang
bening.
e. ketika LNG dicampur dengan air akan terjadi ledakan – ledakan kecil yang tidak
menimbulkan api
f. LNG tidak dapat terbakar, hanya dalam bentuk uap LNG dapat terbakar.
g. Ketika material biasa terkena LNG maka material tersebut menjadi rapuh dan pecah.
Maka dari itu untuk penyimpanannya membutuhkan material khusus yang tahan
dengan suhu ekstrim dingin dari LNG.
h. Uap LNG yang berada di udara hanya bisa terbakar jika konsentrasi uap LNG di
udara sebanyak 5% sampai 15%. Jadi jika uap LNG di udara terlalu sedikit atau
terlalu banyak maka tidak akan terbakar.
2.5.2 Manfaat Liquified Natural Gas
Sebagai energi gas alam cair komoditas ekspor salah satu manfaat LNG (Liquified
Natural Gas). Gas alam cair Liquefied Natural Gas (LNG) adalah gas alam yang telah
diproses untuk menghilangkan ketidakmurnian dan hidrokarbon berat dan kemudian
dikondensasi menjadi cairan pada tekan atmosfer dengan mendinginkannya sekitar -160°
Celcius. LNG ditransportasi menggunakan kendaraan yang dirancang khusus dan ditaruh
dalam tangki yang juga dirancang khusus. LNG memiliki isi sekitar 1/640 dari gas alam pada
Suhu dan Tekanan Standar, membuatnya lebih hemat untuk ditransportasi jarak jauh di mana
jalur pipa tidak ada. Ketika memindahkan gas alam dengan jalur pipa tidak memungkinkan
atau tidak ekonomis, dia dapat ditransportasi oleh kendaraan LNG. Dibandingkan dengan
minyak mentah, pasar gas alam cair relative lebih kecil. Saat ini teknologi manusia juga telah
mampu menggnakan gas alam untuk air conditioner (AC), seperti yang digunakan di bandara
Bangkok, Thailand dan beberapa bangunan gedung perguruan tinggi di Australia.
Manfaat Liquified Natural Gas yang lainnya adalah:
13
1. Bidang industri digunakan sebagai sumber panas untuk menghasilkan barang-barang.
Selain itu sebagai bahan membuat pupuk, tinta, plastik, cat, detergen, pencegah
serangga dan lain-lain.
2. Kegunaan domestik digunakan sebagai bahan bakar untuk memasak dan pemanas. Di
beberapa negara gas alam disediakan untuk rumah-rumah disalurkan menggunakan
pipa yang digunakan untuk pengering pakaian, pemanas/pendingin ruangan, pemanas
air, bahan bakar kompor, AC.
3. Listrik Gas alam juga dapat digunakan untuk meciptakan listrik melalui penggunaan
turbin gas dan turbin uap. Pembakaran gas alam lebih bersih daripada minyak dan
batubara sehingga dapat menghasilkan listrik dengan lebih efisien dan emisi yang lebih
rendah.
4. Transportasi Gas alam digunakan sebagai bahan bakar transportasi, mempunyai oktan
yang lebih tinggi, lebih bersih daripada bensin dan diesel. Pada tahun 2008 ada 9.6 juta
kendaraan gas alam diseluruh dunia
14
JAWABAN PERTANYAAN PEMICU
1.
2.
Udara merupakan gas nyata. Gas nyata tidak mematuhi hukum gas ideal pada semua keadaan
suhu dan tekanan.
a. sifat yang membedakan antara gas nyata dan gas ideal, yaitu:
-Interaksi antarmolekul. Gas nyata melakukan gaya tarik dan gaya tolak antarmolekul,
sedangkan gas sempurna tidak.
-Volume molekul. Gas sempurna memiliki volume yang dapat diabaikan, sedangkan
volume gas nyata memiliki volume yang harus diperhitungkan.
b. Persamaan Van der Waals yang didapatkan dari penurunan persamaan gas ideal
dengan memodifikasi persamaan gas ideal dengan cara menambahkan faktor koreksi
pada volume dan tekanan.
-Volume
Partikel-partikel gas nyata mempunyai volume yang tidak dapat diabaikan, sehuingga
Van der Waals mengurangi volume gas terukur dengan volume efektif total molekulmolekul gas sebesar nb dengan tujuan untuk memperhitungkan ukuran partikel-partikel
gas.
15
Videal = Veks – nb
Videal = volume gas`ideal
Veks =volume yang terukur pada waktu percobaan
n= jumlah mol gas
b= konstanta Van der Waals
- Tekanan
perbedaan sifat antara sebuah molekul gas yang terdapat di dalam gas (A) dengan sebuah
molekul yang hampir bertumbukan dengan dinding wadah. Gaya tarik menarik molekul A
sama untuk ke segala arah sehingga akan saling menghilangkan. Sedangkan molekul B
hampir bertumbukan dengan dinding sehingga gaya tarik menarik antar molekul gas tersebut
dengan molekul lain cenderung dapat menurunkan momentum molekul gas tersebut dan
akibatnya akan mengurangi tekanan gas tersebut. Oleh karena itu, tekanan gas tersebut akan
lebih kecil daripada tekanan gas ideal karena pada gas ideal dianggap tidak terjadi gaya tarik
menarik antar molekul.
Makin besar jumlah molekul persatuan volume, makin besar jumlah tumbukan yang
dialami oleh dinding wadah serta makin besar pula gaya tarik menarik yang dialami oleh
molekul-molekul gas yang hampir menumbuk dinding wadah. Karena itu, faktor koreksi
untuk tekanan adalah a(n2/V2) dimana a=konstanta dan n=jumlah mol gas.
Dengan memasukkan kedua faktor koreksi tersebut ke dalam persamaan gas ideal, maka
n2 a
diperoleh persamaan Van der Waals : { P + (
) } (V-nb) = nRT
v2
Keterangan :
P = Tekanan absolute gas (atm)
V = Volume spesifik gas (liter)
T = Suhu absolute gas (K)
n = Jumlah mol gas
R = Konstanta gas (0,082 L atm/mol atau 8,314 J/K mol)
16
a,b = Konstanta van der Waals
c. Konstanta Van der Waals dari molekul-molekul penyusun udara :
PVm = A + BP + CP2 + DP3 + …
T, oC
B x 102
-50
0
100
200
18321
22414
30619
38824
-50
0
10
200
18321
22414
30619
38824
-50
0
200
18312
22414
63447
M 1=
70,01=
C x 102
Nitrogen
-28790
34980
-10512
8626
06662
4411
14763
2775
Carbon Monoxide
-36874
17900
-14825
9823
04036
4874
13116
3052
Hydrogen
12027
1164
13638
07851
12974
01003
A
D x 104
E x 1012
-14470
-6910
-3534
-2379
4657
1704
09687
07600
-17911
-7721
-3618
-2449
6225
1947
09235
07266
-1741
-1206
-01619
1022
07354
01050
pRT
pRT
M 2=
P1
P2
p 0,08206 T
p 0,08206 T
70,01=
0,556
0,562
p1=
38,925
0,08205T
p2=
p1 = 474,413 T
39,35
0,08205T
p2 = 479,878 T
Maka didapat :
P (torr)
203,997
P (g/L)
0,43
M
69,96
M1 CHF3 = M1X
182,354
0,38
70,94
p 1 RT p 1 RT 474,413 p 1 X
=
=
P1
P1
P1
0,43
p1 X = 203,997
p 2 RT p 2 RT 479,878 p 2 X
=
=
P2
P2
P2
0,38
p2 X = 182,354
Gas
a (atm lt2 mol-2)
b (lt mol-1)
R (lt atm mol-1 deg-1)
17
H2
H2
CH4
NH3
H2O
CO
N2
O2
CH4OH
Ar
CO2
NC3H12
C6H6
0,162
0,072
1,33
1,75
1,32
0,85
0,81
0,82
0,86
0,86
2,01
9,52
9,44
0,0217
0,0192
0,0329
0,0241
0,0150
0,0300
0,0300
0,0248
0,0397
0,0257
0,0319
0,1034
0,0855
0,067
0,065
0,063
0,053
0,040
0,063
0,064
0,064
0,048
0,065
0,061
0,058
0,058
3. Cara menentukan massa molar dari suatu senyawa fluorokarbon.
Diketahui : Percobaan 1
PFluorokarbon = 327,10 torr; P’CHF₃= 423,22 torr
Percobaan 2
PFluorocarbon = 293,22 torr; P’CHF₃ = 427,22 torr
MrCHF₃
=
70 g /mol
Ditanya : MrFluorocarbon
Jawaban :
Oleh karena persamaan
BM =
ρRT
P
pada volume dan suhu yang sama, serta
gas dianggap sebagai sebuah gas ideal, massa jenis gas dianggap sama.
Sehingga muncul persamaan : B M ' P' =BMP
B M '=
P
× BM
P'
Pada eksperimen 1
B M '=
423,22
× 70 g /mol=90,57 g /mol
327.10
Pada eksperimen 2
B M '=
427,22
× 70 g /mol=102 g/mol
293,22
18
Pada percobaan tersebut, tekanan fluorocarbon pada percobaan 2 lebih kecil daripada
percobaan 1. Tekanan yang mendekati 0 menandakan hasil percobaan
4. Diketahui :
h = 106 m (621,4 mil)
n = 5,44 x 1011 m3
PUdar a= 7,514 x 10-9 Pa
T = 1000 °K
d = 5 x 10-10
a. Kecepatan molekul N2
Jawab:
v =
√
√
√
3 RT
M
dimana M dari N2 = 28,013
g/mol
3 ×8,314 ×1000
28,013
=
24942
28,013
=
√ 861,792 = 29,356 m/s
=
b. Frekuensi tumbukan molekul N2
v´ =
√
√
√
8 RT
8× 8,314 ×1000
66512
=
=
=√ 756,16=27,49 m/ s
πM
3,14 ×28,013
87,96
5 ×10
¿
2
¿−10 ¿ ×27,49 ×7,514 × 10−9
¿
√2 ×3,14 × ¿
2 πd 2 ´v P
√
Z=
=¿
kB T
−10
¿
22,93 ×10
1,38
=16,615 ×10−10
c. Jalan bebas rata-rata N2
λ=
k BT
√2 πd 2 P
−23
¿
1,38 ×10 ×1000
√2 ×7,85 ×10−19 × 7,514 ×10−9
19
6
¿
138 ×10
=1654477,88m
83,41
d. Viskositas gas N2
η=
k B Pd 1,38× 10−23 × 7,514 ×10−9 ×5,44 × 1011
=
v
29,356
−20
¿
5.
5,6409 ×10
29,356
=1,92154 × 10−21
Banyaknya tumbukan antar molekul sejenis adalah
Za−a=√ 2σvN
⇔ v=
√
√
√
3 RT
3 ×8,314 ×1000
66,512× 1000
=
=
=√ 1513=38,18 m/ s
1 /2 πM
1 /2 ×3,14 × 28
43,96
Za−a=1,414 × ( 78,5 ×10−20 ) ×38,8 × ( 5,44 ×1011 )=23428,78 ×10−9 s−1
Banyaknya tumbukan = Z x t
n = ( 23428,78× 10−9 s−1 ¿ ×60 = 14,06 x 10-4
Energi Kinetik satu kali tumbukan :
3/ 2 kT =3/2 ( 1,381× 10−23 ) 1000=2,07 ×10−20 J
Energi kinetik transfer = Ek x n
= (14,06 x 10-4 ).( 2,07 ×10−20 ¿
= 29,10 x 10-24 J
6. Optimalisasi dan pemilihan proses teknologi pencairan gas alam yang efisien harus
mengetahui proses pencairan gas alam yang ada pada saat ini.
a. Keunggulan LNG dibandingkan bahan bakar lain yaitu, hasil pembakarannya memiliki
tingkat polusi yang rendah, efisiensi pembakarannya cukup tinggi sehingga mudah
dikontrol.
b. Metode proses pencairan gas alam yang ada pada saat ini :
Plant 1 - Gas Purification
Proses di Plant 1 adalah pemurnian gas dengan pemisahan kandungan CO2 (Karbon
Dioksida) dari gas alam. Kandungan CO2 tersebut harus dipisahkan agar tidak mengganggu
proses selanjutnya. Pemisahan CO2 dilakukan dengan proses absorbsi larutan Mono Ethanol
Amine (MEA), yang sekarang diganti dengan Methyl De Ethanol Amine (MDEA) produksi
Ucarsol. Proses ini dapat mengurangi CO2 sampai di bawah 50 ppm dari aliran gas alam.
Batas maksimum kandungan CO2 pada proses selanjutnya adalah 50 ppm.
Plant 2 - Gas Dehydration And Mercury Removal
20
Selain CO2, gas alam juga mengandung uap air (H2O) dan Mercury (Hg) yang akan
menghambat proses pencairan pada suhu rendah. Pada Plant 2, kandungan H 2O dan Hg
dipisahkan dari gas alam. Kandungan H2O pada gas alam tersebut akan menjadi padat dan
akan menghambat pada proses pendinginan gas alam selanjutnya karena dapat menyumbat
pipa dan alat lainnya saat mengalami pembekuan, serta untuk mengurangi masalah karat dan
mencegah terbentuknya hidrat. Hidrat adalah senyawa padat berwarna putih yang terbentuk
dari reaksi kimia-fisik antara hidrokarbon dan air pada tekanan tinggi dan temperatur rendah
yang digunakan untuk mengangkut gas alam melalui jalur pipa. Hidrat mengurangi efisiensi
jalur pipa. Untuk mencegah pembentukan hidrat, gas alam bisa diolah dengan glikol, yang
melarutkan air secara efisien. Etilena glikol (EG), dietilena glikol (DEG), dan trietilena glikol
(TEG) merupakan contoh pelarut untuk pengambilan air. Trietilena glikol (TEG) lebih baik
jika dipakai pada proses fasa-uap karena tekanan uapnya yang rendah, yang mengakibatkan
sedikit saja kehilangan glikol. Absorber TEG normalnya berisi 6 hingga 12 nampan (tray)
bubble-cap untuk melakukan proses absorpsi air.
Cara lain untuk menghilangkan hidrat gas alam adalah dengan menyuntikkan metanol
ke dalam jalur gas untuk menurunkan temperatur pembentukan hidrat hingga di bawah
temperatur atmosfer. Air juga bisa dikurangi atau diambil dari gas alam dengan memakai
adsorben padat seperti saringan molekular atau gel silika.
Pemisahan kandungan H2O (Gas Dehydration) dilakukan dengan cara absorbsi
menggunakan molecullar sieve hingga kandungan H2O maksimum 0,5 ppm. Kandungan
mercury (Hg) pada gas alam tersebut jika terkena peralatan yang terbuat dari aluminium akan
terbentuk amalgam. Sedangkan tube pada Main Heat Exchanger 5E-1 yang merupakan alat
pendingin dan pencairan utama untuk memproduksi LNG adalah terbuat dari aluminium.
Pemisahan kandungan Hg (Mercury Removal) dilakukan dengan cara absorbsi menggunakan
adsorben. Bed Mercury Removal yang berisi Sulfur Impregnated Activated Charcoal dimana
merkuri akan bereaksi membentuk senyawa HgS, hingga kandungan Hg maksimum 0,1 ppm.
Plant 3 - Fractination
Sebelum gas alam didinginkan dan dicairkan pada Main Heat Exchanger 5E-1 pada
suhu yang sangat rendah hingga menjadi LNG, proses pemisahan (fractination) gas alam dari
fraksi-fraksi berat (C2, C3, ..., dst) perlu dilakukan. Proses fraksinasi tersebut dilakukan di
Plant 3. Pemisahan gas alam dari fraksi beratnya dilakukan pada Scrub Column 3C-1. Setelah
dipisahkan dari fraksi beratnya, gas alam didinginkan terlebih dahulu hingga temperatur
sekitar -50°C dan selanjutnya diproses di Plant 5 untuk didinginkan lebih lanjut dan
dicairkan. Sedangkan fraksi beratnya dipisahkan lagi sesuai dengan titik didihnya dengan
21
beberapa alat (Deethanizer, Deprophanizer dan Debuthanizer) untuk mendapatkan prophane,
buthane dan condensate.
Plant 4 - Refrigeration
Selain penurunan tekanan, proses pencairan gas alam dilakukan dengan menggunakan
sistem pendingin bertingkat. Bahan pendingin yang digunakan: Propane dan Multi
Component Refrigerant (MCR). MCR adalah campuran Nitrogen, Methane, Ethane,
Prophane dan Buthane yang digunakan untuk pendinginan akhir dalam proses pembuatan
LNG. Plant 4 menyediakan pendingin Prophane dan MCR. Baik prophane maupun MCR
sebagai pendingin diperoleh dari hasil sampingan pengolahan LNG.
Siklus Pendingin Prophane
Cairan prophane akan berubah fase menjadi gas prophane setelah temperaturnya naik
karena dipakai mendinginkan gas alam maupun MCR. Sesuai dengan kebutuhan pendinginan
bertingkat pada proses pengolahan LNG, kondisi cairan prophane yang dipakai pendinginan
ada 3 tingkat untuk MCR dan 3 tingkat untuk gas alam. Gas prophane setelah dipakai untuk
pendinginan dikompresikan oleh Prophane Recycle Compresor 4K-1 untuk menaikkan
tekanannya, kemudian didinginkan oleh air laut, dan selanjutnya dicairkan dengan cara
penurunan tekanan. Demikian siklus pendingin propane diperoleh.
Siklus Pendingin MCR
Cairan MCR berubah fase menjadi gas MCR dengan kenaikan temperatur karena dipakai
pendinginan gas alam pada Main Heat Exchanger 5E-1. Gas MCR tersebut dikompresikan
secara seri oleh MCR First Stage Compresor 4K-2 dan MCR Second Stage Compressor 4K-3
untuk menaikkan tekanannya. Pendinginan dengan air laut dilakukan pada interstage 4K-2
dan 4K-3 serta pada discharge 4K-3.
Plant 5 - Liquefaction
Pada Plant 5 dilakukan pendinginan dan pencairan gas alam setelah gas alam mengalami
pemurnian dari CO2, pengeringan dari kandungan H2O, pemisahan Hg serta pemisahan dari
fraksi beratnya dan pendinginan bertahap oleh prophane. Gas alam menjadi cair setelah
keluar dari Main Heat Exchanger 5E-1 dan peralatan lainnya selanjutnya ditransfer ke storage
tank.
c. Sifat-sifat fisik LNG, salah satunya adalah viskositas.
Viskositas merupakan pengukuran dari ketahanan fluida yang diubah baik dengan
tekanan maupun tegangan. Pada masalah sehari-hari (dan hanya untuk fluida), viskositas
22
adalah “ketebalan” atau “pergesekan internal”. Oleh karena itu, air yang “tipis”, memiliki
viskositas lebih rendah, sedangkan madu yang “tebal”, memiliki viskositas yang lebih
tinggi. Sederhananya, semakin rendah viskositas suatu fluida, semakin besar juga
pergerakan dari fluida tersebut.
Viskositas menjelaskan ketahanan internal fluida untuk mengalir dan mungkin dapat
dipikirkan sebagai pengukuran dari pergeseran fluida. Sebagai contoh, viskositas yang
tinggi dari magma akan menciptakan statovolcano yang tinggi dan curam karena tidak
dapat mengalir terlalu jauh sebelum mendingin, sedangkan viskositas yang lebih rendah
dari lava akan menciptakan volcano yang rendah dan lebar. Seluruh fluida (kecuali
superfluida) memiliki ketahanan dari tekanan dan oleh karena itu disebut pekat, tetapi
fluida yang tidak memiliki ketahanan tekanan dan dan tegangan disebut fluida idea studi
dari bahan yang mengalir disebut Rheologi, yang termasuk viskositas dan konsep yang
berlebihan.
d. Metode yang dapat digunakan dalam menentukan viskositas dari LNG yaitu,
- Capillory vicometrs
Metode dengan menggunakan alur laju cairan dengan jumlah volume tertentu,
- Rotary vicometrs
Menggunakan teknik tenaga putaran kecepatan shulf yang konstan atau kecepatan putaran
dari puran,
- Miscellane ous instrumentasi
Dengan menggunakan pergerakan gerak bola besi yang dipengaruhi gaya gravitasi,
tekanan yang dihasilkan pada probe dari pergerakan cairan serta metode yang lainnya
digunakan sebagai instrumen alat ukur.
23
KESIMPULAN
Gas ideal adalah salah satu dimana semua tumbukan antara atom atau molekul
bersifat elastis sempurna dan di mana tidak ada kekuatan menarik antarmolekul. Sedangkan
gas nyata tidak demikian. Terdapat hukum-hukum yang mengatur gas ideal maupun gas
nyata.
Pemanfaatan dari teori gas dan larutan dalam kehidupan sehari-hari adalah bahan bakar.
Bahan bakar dapat berupa bahan bakar minyak maupun bahan bakar alternatif. Dari ketiga
plihan antara Biosolar, gas Hydrocarbon, dan Dimetil Eter, DME lah yang paling memenuhi
persyaratan sebagai bahan bakar alternatif.
Jumlah tumbukan yang terjadi dipengaruhi oleh kecepatan dari tiap molekul. Hal itu juga
mempengaruhi panjang jalan bebas rata-rata yang terjadi. Semakin besar kecepatan akan
semakin banyak pula tumbukannya sehingga jalan bebas rerata akan semakin kecil.
Disamping itu, viskositas juga mempengaruhi keadaan tersebut karena berhubungan langsung
dengan kecepatan molekul suatu zat apabila dipicu dengan kenaikan suhu.
Gas alam cair Liquefied Natural Gas (LNG) merupakan gas alam yang telah diproses untuk
menghilangkan impuritas atau zat pengotor dan hidrokarbon fraksi berat yang kemudian
dikondensasikan menjadi cairan pada tekan atmosfer dengan didinginkan sekitar -160oC.
Proses pendinginan (refrigeration process) digunakan untuk mengkondensasi gas alam.
Proses pendinginan ini biasanya disertai dengan proses menghilangkan air, karbondioksida,
hidrogen sulfida dan bahan/unsur pengotor lainnya.
24
DAFTAR PUSTAKA
P.W. Atkins and J. De Paula, Physical Chemistry 9th edition. Oxford (2010)
N. L. Isa, Physical Chemistry 6th edition. McGRAW-Hill (2009)
Suyono. Tanpa Tahun. TEORI KINETIKA GAS
P.W. Atkins, Physical Chemistry 8th edition. Oxford University. New York.
Maron, Samuel. 2002. Fundamentals of Physical Chemistry. New York : Machmillan
Publishing Co. Inc.
Atkins, P.W. 1993. Kimia Fisika. Edisi ke 4. Diterjemahkan oleh : Kartohadiprojo, Irma. Jakarta :
Erlangga.
Raharjo, Purwadi. Tanpa Tahun. Kecepatan atom gas dengan distribusi Maxwell-Bolztman
(1).
www.oberonfuels.com
25