Sifat Residual (Residual Properties)

Oleh: Muflih Arisa Adnan

Sebelumnya kita telah membahas tentang persamaan keadaan (klik di sini) dan kalkulus termodinamika (klik di sini). Pada kali ini kita akan berdiskusi tentang residual properties. Pembahasan tentang residual properties cukup sederhana. Residual properties dapat kita maknai secara fisis berupa selisih antara sifat dalam kenyataan (actual properties) dengan sifat ideal (ideal properties) sebagaimana tertulis pada persamaan (1).

01 Persamaan-01

Actual properties adalah sifat termodinamika (P, V, T, H, dll) yang diperoleh dari salah satu dari dua cara: pertama melalui pengukuran langsung, atau kedua menggunakan model non ideal (contoh model non ideal adalah persamaan keadaan seperti van der Waals, Peng Robinson, dll).

Sifat ideal adalah sifat yang dihitung berdasarkan persamaan gas ideal:

PV = RT                           (2)

Sudah umum diketahui bahwa pengukuran secara langsung terkadang sulit dilakukan atau tidak menarik secara ekonomi. Oleh karena itu, dalam hal ini kita akan memanfaatkan model termodinamika untuk mengetahui nilai residual properties. Pada diskusi kita kali ini, untuk sementara waktu kita terima dulu residual properties apa adanya. Nanti insya Alloh bila ada kesempatan kita akan berdiskusi tentang manfaat dan kegunaan residual properties.

Agar bayangan tentang residual properties ini menjadi lebih mantab, mari kita bawa residual properties ini ke dalam suatu contoh kasus.

Contoh kasus:

Dengan menggunakan hukum gas ideal, tentukan volume molar 1 mol gas metana (CH4) pada P = 19.13 atm dan T = 160 K. (Molar volume hasil pengukuran, V = 516 cm3/mol)

Dengan menggunakan persamaan gas ideal, kita dapat menghitung volume gas ideal sebagaimana berikut:

02 Persamaan gas ideal

Dari hasil perhitungan di atas, kita dapat menghitung residual molar volume gas metana pada kondisi tersebut.

03 Perhitungan residual properties

Seperti yang telah kita bicarakan sebelumnya, dalam praktek di Industri terkadang pengukuran langsung tidak mudah dilakukan, oleh karena itu seringkali residual properties ini dinyatakan dalam bentuk persamaan yang melibatkan model termodinamika non-ideal. Contohnya, residual molar volume dinyatakan seperti berikut:

04 Persamaan Residual properties EOS

Residual properties berlaku untuk seluruh sifat termodinamika yang ekstensif. Sifat ekstensif adalah sifat yang tidak dipengaruhi oleh jumlah mol seperti volume molar (V), suhu (T), tekanan (P), entalpi (H), entropi (S), energi bebas gibbs (G), dll.

05 Residual properties untuk beberapa propertie

Dari persamaan (3) di atas kita telah menurunkan persamaan residual properties untuk molar volume (V). Nah sekarang bagaimana cara menurunkan persamaan residual properties untuk sifat-sifat lain? Tenang saja, caranya mirip dengan cara menurunkan residual properties untuk V. Sebagai contoh, mari kita turunkan residual properties untuk energi bebas Gibbs (G).

  1. Residual properties untuk G dapat kita definisikan sebagai berikut

  06 Persamaan-04

                Kalau kita jabarkan persamaan (4) di atas, kita akan mendapatkan persamaan berikut

         07 Persamaan - 05

Bentuk persamaan (5) sama seperti persamaan residual properties. Oleh karena itu, kita bisa menggunakan persamaan (4) untuk menurunkan persamaan residual properties untuk energi bebas Gibbs (G) karena pada dasarnya persamaan (4) dan persamaan (5) itu sama.

  1. Dengan menggunakan konsep dalam kalkulus termodinamika kita menurunkan ∆G

a. Kita anggap energi bebas Gibbs sebagai fungsi tekanan dan suhu, G = f (P,T), lalu kita ambil turunannya.

08 Persamaan - 06

b. Definisi energi bebas Gibbs dari persamaan fundamental:

09 - Persamaan - 07

c. Substitusi persamaan (7) ke dalam persamaan (6)

10 Persamaan - 08d. Substitusi persamaan (8) ke dalam persamaan (4)

Kita tulis kembali persamaan (4)

11 Persamaan - 09

Oh ya, hampir lupa. Pada kali ini residual properties yang ingin kita turunkan adalah pada kondisi suhu tetap, dan yang biasa digunakan adalah kondisi suhu tetap. Oleh karena itu suku dT bernilai nol, seperti pada penurunan persamaan di atas.

e. Kita tulis kembali definisi persamaan gas ideal dan gas nyata,

12 Persamaan 10 dan 11f. Kita subsitusikan persamaan (10) dan (11) ke dalam persamaan (9)

13 Persamaan 12

Seperti yang telah kita bahas tadi bahwa sifat residual ini berlaku untuk berbagai macam sifat-sifat termodinamika. Berikut adalah ringkasan beberapa persamaan residual untuk beberapa sifat termodinamika pada kondisi suhu tetap.

14 Persamaan residual ringkasan

Sifat residual di atas diturunkan dengan cara yang sama seperti ketika kita menurunkan residual Gibbs free energy. Persaman residual Gibbs free energy ke depannya dapat digunakan untuk menghitung fugasitas dan menentukan stabilitas sistem. Apa itu fugasitas dan stabilitas sistem? Bila ada kesempatan insya Alloh nanti kita akan diskusikan topik tersebut.

Muflih Arisa Adnan

Meja kerja

Student Housing 808-201

KFUPM

Dhahran – Eastern Province, KSA

26 Februari 2016

06.54 pm

 

Leave a Comment