Perbandingan Tekanan
partial, Fugasitas, dan Tekanan Ideal dalam menghitung konstanta kesetimbangan
Kimia
Oleh Crys Fajar Partana, Djoko Sasmita, dan Dika Sistrandari
Soal (diambil dari: Farington R A, Daniels A.,1983, Kimia
Fisika’, Erlangga, Jakarta)
Pada reaksi pembentukan gas amoniak (NH3) pada suhu 673.15 K. Diketahui pada
tekanan total 1 atm, 10 atm dan 100 atm, terdapat
kesetimbangan berikut:
Kadar gas NH3 pada keadaan setimbang disajikan dalam Tabel 1.
Tabel 1. Kadar gas NH3 pada
keadaan setimbang
dalam berbagai tekanan
Tekanan
total (atm)
|
1
|
10
|
100
|
Kadar
NH3 (%)
|
0.44
|
3.85
|
25.12
|
Carilah nilai konstanta kesetimbangan reaksi
tersebut dengan 3 cara:
a. Rumus konstanta
kesetimbangan partial (Kp),
b. Rumus konstanta
kesetimbangan fugasitas (Kf), dan
c. Rumus konstanta
kesetimbangan tekanan Ideal (KPid)
Jawab:
a. Perhitungan dengan rumus konstanta
kesetimbangan partial (Kp)
Berdasarkan data pada Tabel 1. tekanan parsial masing-masing zat yang
terlibat reaksi kesetimbangan pembentukan gas
amoniak dapat dihitung sebagaimana disajikan pada
Tabel 2.
Tabel 2. Tekanan Partial
masing-masing zat
pada berbagai tekanan total
Tekanan
total (atm)
|
1
|
10
|
100
|
Kadar
NH3 (%)
|
0.44
|
3.85
|
25.12
|
pNH3
|
0.0044
|
0.385
|
25.12
|
pN2
|
0.2489
|
2.40375
|
18.72
|
pH2
|
0.7467
|
7.21125
|
56.16
|
Nilai
konstanta kesetimbangan partial (Kp)
|
0.000186
|
0.000164
|
0.000190
|
b. Perhitungan
dengan rumus konstanta kesetimbangan fugasitas (Kf)
Nilai γ (koefisisen
fugasitas) diperoleh dari data hasil eksperimen (sumber :
Holley,C.E.,
Worlton,W.,J., and Zeigier,R.,K.,1959, Compreessibility Factors and Fugacity
Coeficients Calculated from the Beattie-Bridgeman Equation
pf State for Hydrogen,
Nitrogen, Oxygen, Carbon Dioxide, Ammonia, Methane, and Helium, Los
Alamos Scientific
Laboratory of The University of California Los Alamos New Mexico)
Tabel 3. Tekanan Partial
dan koefisien fugasitas masing-masing zat
pada berbagai tekanan total
Tekanan Total (atm)
|
1
|
10
|
100
|
Kadar NH3 (%)
|
0.44
|
3.85
|
25.12
|
pNH3
|
0.0044
|
0.385
|
25.12
|
pN2
|
0.2489
|
2.40375
|
18.72
|
pH2
|
0.7467
|
7.21125
|
56.16
|
γNH3
|
0.9999
|
0.9998
|
0.9956
|
γN2
|
1.0001
|
1.0011
|
1.0089
|
γH2
|
1.0002
|
1.0023
|
1.0181
|
Nilai Konstanta Kesetimbangan
fugasitas (Kf)
|
0.000186
|
0.000163
|
0.000177
|
c. Perhitungan dengan rumus
konstanta kesetimbangan Tekanan Ideal (Kpid)
atau
Nilai α dan β gas
NH3, gas N2 dan H2 diperoleh dari
data eksperimen (sumber: data gas hidrogen dari "Hilsenrath
J, Beckett CW, Benedict W . S, Lilla Fano, Hoge H.J., Masi J.F.,
Nuttall R.L., Touloukian Y.S, Woolley H.W. Table of Thermal Properties of
Gases, National pf Standards Circular 564, November 1. 1955,
Washington 25, D,C., data gas ammonia dari: Lester
Haar and John S. Gallagher, “Thermodynamic Properties of Ammonia”,
National Measurement Laboratory, National Bureau of
Standards, Washinton, D.C.20234. data gas Nitrogen dari: Richars
T Jacobsen and Richard B. Stewart,”Thermodynamic
Properties of Nitrogen Including liquid and Vapor Phases from 63K to 2000K with
Pressures to 10,000 bar, Department of Mechanical
Engineering, University of Idaho, Moscow, Idaho 83843 )
Tabel 4. Nilai alfa (α) dan
beta (β) masing-masing zat
pada berbagai tekanan total
Tekanan Total (atm)
|
1
|
10
|
100
|
Kadar NH3 (%)
|
0,44
|
3,85
|
25,12
|
NH3
|
α
|
0.0015539
|
0.0015483
|
0.0016151
|
β
|
237.39853
|
2.599113
|
0.040405
|
N2
|
α
|
0.001544
|
0.001544
|
0.001541
|
β
|
4.012102
|
0.415698
|
0.053002
|
H2
|
α
|
0.001699
|
0.001739
|
0.001881
|
β
|
1.284517
|
0.136852
|
0.017692
|
Nilai
konstanta kesetimbangan tekanan ideal (KPid)
|
0.000106
|
0.000103
|
0.000101
|
Tabel 5. Perbandingan Nilai
Konstanta Kesetimbangan Partial (Kp),
konstanta kesetimbangan
fugasitas (Kf) dan konstanta kesetimbangan Tekanan Ideal (KPid)
Tekanan Total
|
Kadar NH3 (%)
|
Kp
|
Kf
|
KPid
|
1
|
0,44
|
0.000186
|
0.000186
|
0.000106
|
10
|
3,85
|
0.000164
|
0.000163
|
0.000103
|
100
|
25,12
|
0.000190
|
0.000177
|
0.000101
|
Dengan menggunakan XY
tes buatan Ifa dari Isiteks diketahui bahwa nilai
konstanta kesetimbangan tekanan ideal (KPid) paling konstan pada berbagai tekanan total. Dengan demikian konstanta tekanan ideal (KPid) mengungguli nilai
konstanta kesetimbangan partial (Kp) dan fugasitas (Kf)
