Persamaan Keadaan (Equation of State)

Oleh:Ā Muflih Arisa Adnan

Mari kita bayangkan kita sedang berada di rumah dan di depan kita terdapat sebuah gelas berisi air putih. Karena gelas tersebut terbuat dari kaca bening maka kita dapat melihat langsung air yang berada di dalam gelas tersebut. Setelah minum air putih kita berangkat menuju sebuah pabrik penyulingan minyak bumi. Sesampainya di refinery di hadapan kita terdapat sebuah tangki besar terbuat dari besi. Kita tahu di dalam tangki besi tersebut berisi air tapi suhu dan tekanannya sangat tinggi. Kita tahu suhu dan tekanannya tinggi karena tangki besi tersebut dilengkapi dengan indikator tekanan dan suhu. Kita pingin mengetahui air di dalam tangki tadi berwujud gas atau cairan, tapi kita tidak bisa melihat airnya secara langsung karena tangkinya terbuat dari besi dan tidak dilengkapi dengan kaca pengintip. Lalu, apa yang harus kita lakukan? šŸ˜®

Wes saiki tenangno pikirmu, ayemno awakmu lan leremno atimu amargi persamaan keadaan menawarkan solusi atas pertanyaan di atas wkwk

Perlu kita ketahui bahwa persamaan keadaan adalah persamaan yang sangat sakti. Persamaan keadaan bisa membantu kita meramalkan keadaan suatu zat meski kita tidak melihatnya secara langsung hohoā€¦. Beda-beda tipis sama dukun laah haha.

Sekarang mari kita kupas sedikit demi sedikit tentang persamaan sakti ini. Sejauh ini terdapat beberapa macam persaman keadaan yaitu:

  1. Persamaan gas ideal
  2. Persamaan keadaan virial (virial equation of state)
  3. Persamaan keadaan pangkat tiga (cubic equation of state)
  4. Persamaan keadaan empirik non-pangkat tiga (non-cubic empirical equation of state)
  5. Persamaan keadaan berbasis teori

Biar lebih enak, selanjutnya kita sebut persamaan keadaan sebagai EOS saja. Kemudian sebelum kita melangkah lebih jauh mari kita berkenalan dengan nomenklatur sebagai berikut:

P = tekanan (bar)

V = volume molar (cm3/mol)

R = konstanta gas ideal

T = suhu (K)

Z = faktor kompresibilitas

Mari kita bahas satu per satu tentang EOS ini.

  1. Persamaan gas Ideal

Persamaan ini merupakan persamaan paling sederhana, bentuk persamaannya adalah:

PV = RT

Atau dalam bentuk eksplisit V,

02 V per RT

Persamaan di atas hanya berlaku bagi gas ideal saja. Suatu gas bisa dikatakan sebagai gas ideal jika setiap partikel di dalamnya untuk tidak berinteraksi satu sama lain (tarik-tarikan atau tolak-tolakan). Biasanya, kondisi seperti ini tercapai pada tekanan yang relatif rendah (mendekati atmosferik atau 1 – 2 bara) dan temperatur yang relatif tinggi (di atas ambient).

  1. Persamaan keadaan virial (virial equation of state)

Persamaan ini diusulkan oleh Kamerlingh Onnes pada 1901. Pada saat itu Indonesia belum merdeka, masih berada di bawah penjajahan Belanda. Sedih rasanya ketika negara lain sudah maju, bangsa kita masih berpakaian goni dibawah penjajahan londo. Maka dari itu kita sebagai penerus perjuangan bangsa harus memanfaatkan kemerdekaan dengan semaksimalnya. Oh ya, persamaan virial itu bentuknya seperti ini

03 Virial EOS

Persamaan ini lebih akurat dibanding persamaan gas ideal. Semakin banyak konstanta yang diketahui maka semakin akurat persamaan ini. Bila kita tau konstanta B maka persamaan ini akurat hingga tekanan 10 bar. Bila kita tau konstanta B dan C, maka keakuratanya meningkat hingga 20 bar. Begitu seterusnya, naik 10 bar setiap kita mengetahui satu konstanta berikutnya.

  1. Persamaan keadaan pangkat tiga (cubic EOS)

Persamaan ini adalah persamaan yang banyak digunakan karena keampuhannya. Tidak seperti dua persamaan keadaan sebelumnya yang mana persamaan tersebut dikembangkan hanya dengan pengamatan kasar, persamaan cubic EOS ini dikembangkan dengan mempertimbangkan kejadian-kejadian dalam tingkatan ghaib (baca: molekuler) dimana kita tidak bisa melihatnya dengan mata tanpa ilmu haha. Ada banyak sekali persamaan cubic EOS. Tapi, meski cubic EOS ada banyak, mbahnya tetap satu yaitu persamaan van der Waals. Persamaan van der Waals bentuknya seperti ini

05 van Der Waals Equation

Mari kita lihat lebih seksama persamaan van der Waals ini. Di sini kita menemukan dua konstanta baru yaitu a dan b. Coba kita iseng sedikit, kita anggap a dan b nilainya nol, kita akan mendapati persamaan van der Waals sama persis plek ser dengan persamaan ideal gas. Yups, ndak usah gumun karena memang mbah van der Waals ini mengembangkan cubic EOS dari persamaan gas ideal.

Dalam persamaan gas ideal kita menganggap bahwa molekul zat tidak memiliki massa dan di sana juga tidak teradapat gaya tarik menarik antar molekul. Nah mbah van der Waals mengamati kejadian gaib (baca: molekuler) ini. Beliau menganggap bahwa molekul memiliki massa dan ukuran (diinterpertasikan sebagai konstanta b) dan terjadi gaya tarik menarik antar molekul (diinterpertasikan sebagai konstanta a).

Selepas penemuan mbah van der Waals banyak orang mengembangkan persamaan van der Waals. Sehingga muncullah cubic EOS lain seperti Peng-Robinson, Redlich-Kwong, Soave-Redlich-Kwong, dll. Persamaan ini disebut cubic EOS karena bisa diubah dalam bentuk persamaan pangkat tiga. Ini contoh bentuk persaman pangkat tiga dari van der Waals.

06 Cubic arrangeent

Satu hal penting mengenai cubic EOS. Persamaan ini hanya bisa digunakan untuk meramalkan fase gas dan fase cair saja. Persamaan ini tidak bisa digunakan untuk meramalkan keberadaan fase padat.

  1. Persamaan keadaan empirik non-pangkat tiga

Persamaan ini juga berpondasikan pada cubic EOS. Salah satu contoh non-cubic EOS adalah persamaan yang diusulkan oleh Yokozeki.

07 Non-cubic EOS

Mbah Yokozeki mengusulkan dua konstanta baru yaitu c dan d dalam persamaannya. Non-cubic EOS ini dapat digunakan untuk memprediksi penampakan fase padat.

Penutup

Ada banyak lagi pendekatan2 (atau persamaan2 empiris) yang dikembangkanĀ para peneliti dalam bidang termodinamika ini, termasuk yang paling baru adalah memberikan prediksiĀ dari kontribusi gugus fungsinya (group contribution).

Pada dasarnya, semua teori dan persamaan empiris di termodinamika adalah usaha manusia untuk memahami dan memprediksi perilaku zat-zat di berbagai fasa (padat, cair, gas). Persamaan2 empiris yang diturunkan dari persamaan keadaan gas ideal, dengan menambahkan berbagai macam konstanta, adalah usaha para ahli termodinamika untuk mencocokkan persamaan yang mereka kembangkan dengan data yang ada. Ā Secara praktis, ilmu termodinamika ini membantu kita untuk memprediksiĀ berapa sih massa jenis senyawa A atau campuran A dan B (sehingga kita bisa memprediksi energi potensialnya, misalnya), atau bagaimana viskositasnya (agar kita tau seberapa besar pompa yang kita perlukan), atau dalam kondisi apakah zat tersebut kemungkinan berada dalam fasa cair atau gas (sehingga kita bisa memisahkannya dari yang lain), dsb.

Di atas kasur

Student Housing 808-201

KFUPM

Dhahran ā€“ Eastern Province, KSA

26 Desember 2015

10.57 pm

One thought on “Persamaan Keadaan (Equation of State)

Leave a Comment