KELOMPOK 4 : RIDLO WILDANI A. (5213416013)M. ARIK ARDIANTA (5213416021)DEVINDA RAHMADHANI (5213416023)AYU NUR PERMADHINI (5213416036)

Kimia fisika

Keadaan gas dan cairGas Cair

Jenis Gas Kinetika Gas

Sifat dan Pembeda

Nyata Ideal

Hukum Van Der Waals

persamaanKonstanta Van Der Waals

Kecepatan molekul

Frekuensi tumbukan

Jalan bebas

rata-rata

Visikositas Gas

Teori Tumbukan

Persamaan Energi Kinetik

Tumbukan

Hukum Kekekalan

Energi Mekanik

Gas Alam

LNG dan Keunggulannya

Pencairan Gas

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.

Apa Sih Kimia Fisika

itu ?

Gas adalah suatu yang memiliki molekul yang dipantulkan satu sama lain (dalam wadahnya) dan dimana gaya antarmolekul yang bekerja antara molekul tidak bersentuhan satu sama lain diabaikan.

Gas

Gas Nyata

Jenis Gas

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.

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. Gas ideal merupakan gas yang memenuhi asumsi-asumsi berikut1. Suatu gas terdiri atas molekul-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.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:

pV = nRT

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.

Perbedaan sifat gas ideal dan gas nyata

S MSULduossalah 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 :

persamaan antara gas ideal dan gas nyata

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 :1. Gas mengandung sejumlah besar molekul yang massanya m dan

diameternya d yang bergerak acak tanpa henti.2. Ukuran molekul sangat kecil dibandingkan dengan jarak antar

molekul3. 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.

Teori Kinetik Gas

Viskositas gas biasa didefinisikan sebagai ukuran kemudahan fluida untuk mengalir dan dapat diperkirakan dengan menggunakan teori kinetika gas.Pada persamaan perpindahan momentum :

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 :

𝜏 𝑦𝑥=−𝜂𝜌𝑑 (𝜌𝑣𝑥)𝑑𝑦

η=−τxy ( 1𝑑𝑣𝑥

𝑑𝑦 )(Pa )[( m /s¿ (m−1)¿=Pa . s

Visikositas Gas

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

Yang merupakan distribusi kecepatan Maxwell : 𝑓 (𝑣 )=4𝜋 ( 𝑚

2𝜋𝑘𝐵𝑇 )32 𝑣2 exp(− 𝑚𝑣 2

2𝑘𝐵𝑇 )

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.

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 rata-

rata adalah:

Dimana µ adalah massa tereduksi. Massa tereduksi terjadi ketika gerak relatif molekul diperhitungkan. Untuk molekul yang identik, µ = ½ m, sehingga Dengan dmikian, frekuensi tabrakan adalah

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

Molekul d (nm)

C6H6 0,53

CO2 0,41

He 0,26

N2 0,37Tabel 2.2 Penampang tabrakan

Frekuensi tabrakan

𝜇=𝑚𝐴𝑚𝐵

𝑚𝐴+𝑚𝐵

𝑣=𝑣 √2𝑧=√2𝜋 𝑑2𝑣 𝑁=√2𝜋 𝑑2𝑣 𝑃

𝑘𝐵𝑇

𝑍 𝐴𝐴=12𝑧𝑁=

𝜋 𝑑2𝑣𝑁 2

√2

Teori TumbukanPengertian

Teori Tumbukan

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. 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. Besar frekuensi tumbukan dipengaruhi oleh berbagai faktor antara lain:1. Konsentrasi2. Suhu3. Luas permukaan bidang sentuh

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.

Penjelasan Teori Tumbukan

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.

Energi Pengaktifan

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.

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.

A2(g) + B2(g) → 2AB(g)

Jenis-jenis tumbukan

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.

Tumbukan Lenting Sempurna

Tumbukan Lenting Sebagaian

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.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:

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’ Sebelum tumbukan tumbukan sesudah tumbukan

V1 V2 V1

m1 m2 m1 m2

m1 m2

Tumbukan Tidak Lenting Sama Sekali

m1v1 + m2v2 = (m1 + m2) v’m1v1 + 0 = (m1 + m2) v’

Penerapan sifat tumbukan tidak lenting

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

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.

Keunggulan LNG dibandingkan bahan bakar lain yaitu, hasil pembakarannya memiliki tingkat polusi yang rendah, efisiensi pembakarannya cukup tinggi sehingga mudah dikontrol.

GAS ALAM CAIR

1. Pengertian LNG dan Keunggulannya

Berikut ini adalah beberapa sifat-sifat dari Liquified Natural Gas:1. 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.

2. LNG lebih ringan daripada air, jika LNG bercampur dengan air maka LNG dengan cepat mengapung dan berada diatas permukaan air.

3. Uap dari LNG lebih berat dari udara, ketika LNG mendidih dan menguap maka uapnya tidak akan terbang keatas melainkan melayang diatas permukaan tanah.

4. Uap dari LNG berwarna putih dan bisa terlihat, berbeda dengan bentuk cairnya yang bening.

5. ketika LNG dicampur dengan air akan terjadi ledakan – ledakan kecil yang tidak menimbulkan api

6. LNG tidak dapat terbakar, hanya dalam bentuk uap LNG dapat terbakar.7. 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.

8. 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.

Sifat-Sifat Tentang Liquified Natural Gas

Manfaat Liquified

Natural Gas 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.

5. 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.

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 agar tidak mengganggu proses selanjutnya.Plant 2 - Gas Dehydration And Mercury Removal Pemisahan kandungan H2O (Gas Dehydration) dilakukan dengan cara absorbsi menggunakan molecullar sieve hingga kandungan H2O maksimum 0,5 ppm.Pemisahan kandungan Hg (Mercury Removal) dilakukan dengan cara absorbsi menggunakan adsorben 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.Plant 4 - Refrigeration Selain penurunan tekanan, proses pencairan gas alam dilakukan dengan menggunakan sistem pendingin bertingkat yaitu dengan menggunakan: Propane dan Multi Component Refrigerant (MCR). 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.