FUGASITAS

Fugacities ditentukan secara eksperimental atau diperkirakan dari berbagai model

seperti gas Van der Waals yang lebih mendekati kenyataan daripada gas ideal. Tekanan

gas ideal dan Fugasitas terkait melalui berdimensi koefisien Fugasitas .

Untuk gas ideal, Fugasitas dan tekanan yang sama sehingga , adalah 1.

Kontribusi nonideality potensi kimia gas nyata adalah sama dengan RT ln \ . Sekali lagi

untuk nitrogen pada 100 atm, potensi kimia μ = μid + RT ln 0,9703, yang kurang dari

nilai μid ideal karena gaya tarik menarik antarmolekul.

Fugasitas ini berkaitan erat dengan aktivitas termodinamika . Untuk gas , aktivitas hanyalah Fugasitas dibagi dengan tekanan referensi untuk memberikan berdimensi kuantitas . Tekanan referensi ini disebut keadaan standar dan biasanya terpilih sebagai 1 suasana atau 1 bar , lagi menggunakan nitrogen pada 100 atm sebagai contoh , karena Fugasitas adalah 97,03 atm, kegiatan ini hanya 97,03 tanpa unit

Kondisi termodinamika untuk kesetimbangan kimia adalah bahwa total potensi

kimia reaktan sama dengan produk . Jika potensi kimia

masing-masing gas dinyatakan sebagai fungsi Fugasitas ,

kondisi ekuilibrium dapat berubah menjadi bentuk quotient reaksi familiar ( atau hukum

aksi massa ) kecuali bahwa tekanan diganti dengan fugacities .

Untuk fase terkondensasi ( cair atau padat ) dalam kesetimbangan dengan fasa uap

nya , potensi kimia sama dengan yang dari uap , dan oleh karena itu Fugasitas adalah

sama dengan Fugasitas uap . Fugasitas ini kurang lebih sama dengan tekanan uap ketika

tekanan uap tidak terlalu tinggi .

The Fugasitas gas nyata secara formal didefinisikan oleh persamaan analog dengan hubungan

antara potensial kimia dan tekanan gas ideal.

Secara umum, potensial kimia (μ) didefinisikan sebagai molar parsial energi bebas Gibbs.

Namun untuk setiap bahan murni, itu sama dengan molar energi bebas Gibbs, dan variasi

dengan suhu (T) dan tekanan (P) diberikan oleh Pada suhu

konstan, ungkapan ini dapat diintegrasikan sebagai fungsi dari P. Kita juga harus mengatur

keadaan referensi. Untuk gas ideal negara referensi hanya bergantung pada tekanan, dan kita

menetapkan P = 1 bar sehingga

Untuk gas ideal ;

Penataan kembali, kita mendapatkan ;

Hal ini memberikan potensi kimia untuk gas ideal dalam proses isotermal, dengan keadaan

referensi adalah P = 1 bar.

Untuk gas nyata, tidak dapat dihitung karena tidak

ada ekspresi sederhana untuk gas 'volume molar nyata. Bahkan jika menggunakan ekspresi

perkiraan seperti persamaan van der Waals, yang Redlich-Kwong atau persamaan lain

negara, itu akan tergantung pada substansi yang dipelajari dan karena itu akan menjadi alat

yang sangat terbatas.

Selain itu, potensi kimia tidak matematis berperilaku baik. Ini mendekati tak terhingga

negatif tekanan mendekati nol dan hal ini menciptakan masalah dalam melakukan

perhitungan nyata.

Sangat diharapkan bahwa ekspresi untuk potensial kimia gas nyata 'untuk

menjadi serupa dengan satu untuk gas ideal. Oleh karena itu kita dapat menentukan kuantitas,

yang disebut Fugasitas, sehingga potensial kimia untuk gas nyata menjadi,

dengan referensi yang diberikan negara yang akan dibicarakan nanti. Ini adalah bentuk yang

biasa dari definisi, tetapi dapat diselesaikan untuk f untuk mendapatkan bentuk eksplisit

setara

Kesetimbangan termodinamika merupakan terdistribusinya komponen-komponen dalam

semua fase pada suhu, tekanan dan fugasitas tertentu, sehingga akan ada kesamaan tekanan,

suhu dan fugasitas masing-masing komponen dalam semua fase yang berada dalam

keseimbangan. Jika fase uap dan cairan berada dalam keseimbangan maka:

Tv = Tl

Pv = Pl

fi v = fi l ................... (1)

Fugasitas komponen i dalam keadaan uap :

fi v = yi . Φi . P ................... (2)

Fugasitas komponen i dalam keadaan cair :

fi l = xi . γi . fL ................... (3)

Untuk gas ideal pada tekanan rendah, perbedaan P dan Psat adalah kecil sehingga harga

(P = Pisat) mendekati nol. Hal ini menyebabkan harga eksponensialnya mendekati 1. Juga

pada keadaan tersebut harga Φi = Φisat = 1, sehingga harga Φi mendekati 1. Kesetimbangan

sistem biner menggambarkan distribusi suatu komponen diantara fasa uap dan fasa cair

sehingga diperlukan persamaan yang menghubungkan fraksi mol fasa cair “x” dan fraksi mol

fasa uap “y”. Dari hal tersebut koefisien-koefisien aktifitas dapat ditulis: ɤt = ɤ t . P

ɤ t . Pisat ……

(4)

Ada sebuah hubungan thermodinamika yang biasa digunakan untuk memprediksi harga

koefisien aktifitas yaitu persamaan Gibbs-Duhem. Pada hakekatnya persamaan ini

menyatakan bahwa dalam suatu campuran, koefisien aktifitas tiap komponennya tidak bebas

satu terhadap yang lainnya melainnkan berkorelasi melalui sebuah persamaan differensial.

Untuk campuran biner pada

suhu dan tekanan konstan Gibbs-

Duhem menyatakan

persamaannya :

KOEFISIEN FUGASITAS SENYAWA MURNI DARI BEBERAPA PERSAMAAN

KEADAAN:

1. Van Der Walls

P= RTV−b

− a

V 2

2. Virial

3. Redlich-Kwong

4. Soave-Redlich-Kwong

5. Peng-Robinson

KESEIMBANGAN FASA UAP-CAIR UNTUK ZAT MURNI

Fugasitas dapt dibagi menjadi 2 yaitu :

1. Fugasitas untuk komponen tunggal.

2. Fugasitas untuk multi komponon : Fugasitas zat cair dan gas.

Fugasitas merupakan modifikasi terhadap tekanan uap untuk menggambarkan

kecenderungan lepasnya suatu molekul dari satu fasa menuju fasa lainnya.

Fugasitas pada gas nyata

ln φ=Z−1− aRTV

− ln [Z (1− bV )]

Z=1+ BV

+ C

V 2ln φ=B( PRT )+ (C−B2)

2 ( PRT )

2

+( D−3 BC+2B2)

3 ( PRT )

3

+. . .

ln φ=Z−1− ln [Z (1− bV )]− aα

bRTln (1+ b

V )

P= RTV−b

− aαV (V +b )

ln φ=Z−1− ln [Z (1− bV )]− aα

bRTln (1+ b

V )

P= RTV−b

− aαV (V +b )

P= RTV−b

− aα

V 2+2 bV−b2

ln φ=Z−1−ln [Z (1− bV )]− aα

2√2 bRTln( V+2 , 414b

V −0 , 414b )

Fugasitas digunakan untuk lebih mendekati potensial kimia gas nyata daripada estimasi yang

dibuat menggunakan hukum gas ideal . Namun Fugasitas memungkinkan penggunaan banyak

hubungan yang dikembangkan untuk sistem ideal .

Dalam dunia nyata , gas mendekati perilaku gas ideal pada tekanan rendah dan suhu tinggi ,

dalam kondisi seperti nilai Fugasitas mendekati nilai tekanan . Namun tidak ada substansi

yang benar-benar ideal. Pada tekanan moderat gas sebenarnya memiliki interaksi yang

menarik dan pada tekanan tinggi tolakan antarmolekul menjadi penting . Kedua interaksi

mengakibatkan penyimpangan dari " ideal" perilaku yang interaksi antara atom atau molekul

gas diabaikan .

Untuk mengingat suhu T , yang Fugasitas ƒ , memenuhi berikut diferensial hubungan :

    

,

di mana G , adalah energi bebas Gibbs , R adalah konstanta gas , adalah volume molar

cairan , dan , adalah Fugasitas referensi yang umumnya diambil sebagai 1 bar . Untuk gas

ideal , ketika ƒ= P , persamaan ini tereduksi menjadi hukum gas ideal .

Dengan demikian , untuk setiap dua keadaan fisik pada suhu yang sama , diwakili oleh

subskrip 1 dan 2 , rasio dari dua fugacities adalah sebagai berikut :

Untuk gas ideal, ini menjadi sederhana

or

Tetapi untuk , semua gas yang termasuk dalam gas ideal. Oleh karena itu, fugasitas harus menjadi persamaan limit

Kita tentukan dengan mendefinisikan fungsi

Kita bisa mendapatkan nilai untuk eksperimen dengan mudah dengan mengukur , dan

.

Dari ekspresi di atas kita memiliki

Kemudian dapat dituliskan

Dimana

Karena ekspresi untuk gas ideal dipilih untuk menjadi,

Maka,

Misalkan kita pilih . Since , mengandung

Koefisien Fugasitas didefinisikan sebagai = f / P (perhatikan bahwa untuk gas ideal, = 1.0),

dan kemudian akan memverifikasi

Fugasitas cairan murni i dihitung melalui 2 tahap:

1. Menghitung koefisien fugasitas uap jenuh dengan pers. (3.31) atau (3.34)

ln φisat=∫

0

P sat

(Zi−1 ) dPP

ln φisat=Z i

sat−1− ln Z isat− 1

RT∫V 0

V isat

(P− RTV i

) dV i

Selanjutnya fugasitas uap jenuh dihitung dengan menggunakan pers. (3.36)

f isat=φi

sat Pisat

Fugasitas ini juga merupakan fugasitas cair jenuh

2. Menghitung perubahan fugasitas akibat perubahan tekanan dari Pisat

sampai P, yang mengubah keadaan cairan jenuh menjadi cairan lewat jenuh.

Menurut persamaan (2.14) untuk T konstan:

dGi=V i dP

∫Gi

sat

G i

dGi=∫P

isat

P

V i dP

Gi−Gisat=∫

Pisat

P

V i dP

Vi adalah molar volume dari cairan.

Sedangkan menurut pers. (3.27):

Gi≡Γ i (T )+RT ln f i

Gisat≡Γ i (T )+RT ln f i

sat

Gi−Gisat=RT ln

f i

f isat

Maka

lnf i

f isat

= 1RT

∫Pi

sat

P

V i dP

Molar volume cairan (Vi) hanya sedikit dipengaruhi oleh P pada T << Tc, sehingga pada persamaan di atas Vi dapat dianggap konstan.

lnf i

f isat

=V i (P−Pi

sat )RT

f i

f isat

=PF=exp [ V i (P−Pisat )

RT ]Dengan mengingat bahwa:

f isat=φi

sat Pisat

Maka,

Untuk cairan murni dalam kesetimbangan uap-cair, Fugasitas fase uap sama dengan fase Fugasitas cair. Pada tekanan di atas tekanan saturasi, fase Fugasitas cair adalah:

f i=φisat Pi

sat exp [V i (P−Pisat )

RT ]The Fugasitas faktor koreksi untuk uap, harus dievaluasi pada tekanan saturasi dan

kesatuan ketika rendah. Istilah eksponensial merupakan faktor koreksi Poynting dan

biasanya dekat 1,0 kecuali tekanan yang sangat tinggi. Sering, Fugasitas dari cairan murni

digunakan sebagai lokasi acuan ketika mendefinisikan dan menggunakan koefisien aktivitas

campuran.

Dalam hal keseimbangan fasa-uap cair zat murni, variabel bebas yang dipilih adalah T atau P.

Jika yang ditentukan adalah T, maka serangkaian persamaan tersebut dapat digunakan untuk

menghitung tekanan jenuh atau tekanan uap jenuh.

Sistem persamaan tersebut pada dasarnya dapat direduksi menjadi satu persamaan:

Atau f ( P )=φV

φL−1=0φV=φL

Aktivitas

Aktivitas sering dilambangkan dengan ɑ. Kita dapat melihat bahwa energi bebas per mol dari beberapa kandungan pada Temperatur ( T ) yang ditulis sehingga dalam keadaan temperature yang standart dan jumlahnya dapat dituliskan RT In ɑ. Pada keadaan standart G = G˚, RT In ɑ = 0, dan hence ɑ = 1, dalam keadaan standart aktivitas harus menjadi tunggal. Pada keadaan lainnya nilai aktivitas akan bergantung pada perbedaan ( G = G˚ ) , atau dalam kata lain jarak tiap partikel d ukur daro keadaan standard.

CAMPURAN GAS IDEAL

Jika n mol gas ideal memenuhi ruangan dengan volume Vt pada temperatur T, maka tekanannya adalah:

P=nRT

V t

Jika ni mol spesies i dalam campuran ini memenuhi ruangan yang sama, maka tekanannya:

pi=n i RT

V t

Jika pers. (B) dibagi dengan pers. (A), maka

p i

P=

ni

n=x i

pi = yi P (i = 1, 2, . . . , N)

Partial molar volume untuk gas ideal:

V̄ iig=[∂ (nV ig )

∂ ni]T , P ,n j

=[ ∂ (n RT /P )∂ ni

]T , P ,nj

=RTP ( ∂n

∂ ni)n j

=RTP

Jadi untuk gas ideal:

V̄ iig=V i

ig

Gas ideal merupakan gas model yang terdiri dari molekul-molekul imajiner yang tidak memiliki volume dan tidak saling berinteraksi

Property setiap spesies tidak dipengaruhi oleh keberadaan spesies lainnya

Dasar dari Teori Gibbs

Partial molar property (selain volume) dari suatu spesies dalam campuran gas ideal sama dengan molar property tersebut untuk spesies dalam

keadaan murni pada temperatur campuran tapi tekanannya sama dengan tekanan partial spesies tersebut dalam campuran.

Pernyataan matematis untuk teori Gibbs:

M̄ iig (T ,P )=Mi

ig (T , pi ) untuk M̄ iig≠V̄ i

ig

Referensi

https://www.scribd.com/doc/243865203/makalah-fugasitas

http://akademik.che.itb.ac.id/labtek/wp-content/uploads/2009/02/modul-103-kesetimbangan-uap-cair.pdf

https://www.academia.edu/8748519/BAB-3-FUGASITAS-DAN-KOEFISIEN-FUGASITAS