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 (K_p),

     b.    Rumus konstanta kesetimbangan fugasitas (K_f), dan

     c.    Rumus konstanta kesetimbangan tekanan Ideal (K_Pid)

     Jawab:
     a.  Perhitungan dengan rumus konstanta kesetimbangan partial (K_p)

     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 (K_f)

       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 (Kp_id)

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 (K_p), 

konstanta kesetimbangan fugasitas (K_f) dan konstanta kesetimbangan Tekanan Ideal (K_Pid)

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 (K_Pid) paling konstan pada berbagai tekanan total. Dengan demikian konstanta tekanan ideal (K_Pid) mengungguli nilai konstanta kesetimbangan partial (K_p) dan fugasitas (K_f)