Presentasi sedang didownload. Silahkan tunggu

Presentasi sedang didownload. Silahkan tunggu

Proses Industri Kimia - Kuliah 101 KESETIMBANGAN PADAT-CAIR ( yang menyangkut ion)

Presentasi serupa


Presentasi berjudul: "Proses Industri Kimia - Kuliah 101 KESETIMBANGAN PADAT-CAIR ( yang menyangkut ion)"— Transcript presentasi:

1 Proses Industri Kimia - Kuliah 101 KESETIMBANGAN PADAT-CAIR ( yang menyangkut ion)

2 Proses Industri Kimia - Kuliah 102 Pengendapan garam yang lebih sukar larut dari campuran ionnya dalam larutan akuatik terjadi pada beberapa proses pemisahan hasil reaksi garam-garam anorganik. Sebagai contoh, pada proses Solvay, Natrium bikarbonat (NaHCO 3 ) dipisajikan dari larutannya dengan cara pengendapan.

3 Proses Industri Kimia - Kuliah Sistem dua jenis garam dengan ion serupa, seperti anion Cl - pada campuran KCl dan NaCl atau kation K + pada campuran KCl dan KNO 3 Beberapa proses pengendapan yang melibatkan dua garam anorganik, dibagi menjadi dua sistem : 2. Sistem dua jenis garam dengan ion tak serupa, seperti campuran NaCl dan KNO 3. Campuran seperti ini disebut pasangan yang berlawanan

4 Proses Industri Kimia - Kuliah 104 R2R2 R1R1 M W1W1 W2W2 AMAN H2OH2O Dua garam dengan ion sejenis Garam R 1 dengan berat W 1 dan garam R 2 seberat W 2 dicampur, menghasilkan campuran M. Titik M terletak pada garis R 1 dan R 2 dengan : Inverse Lever Rule Gambar 1. diagram kompoosisi segi tiga

5 5 NaNO 3 Sistem garam dengan ion sejenis NaNO 3 – KNO 3 – H 2 O Pada suhu 25 o C, sistem campuran dua garam nitrat (natrium dan Kalium) di dalam air membentuk kesetimbangan seperti pada Gambar 2. B H2OH2O A KNO 3 C p n m

6 Proses Industri Kimia - Kuliah 106 B H2OH2O A KNO 3 C p n m titik n : larutan jenuh yang hanya mengandung KNO 3 titik m : larutan jenuh yang hanya mengandung NaNO 3 titik p adalah larutan yang jenuh dengan garam KNO 3 dan NaNO 3.

7 7 B H2OH2O A KNO 3 C p n m Garis pm menggambarkan komposisi larutan yang jenuh dengan NaNO 3 tapi tanpa KNO 3, sedangkan garis pn menunjukkan komposisi larutan jenuh dengan KNO 3.

8 Proses Industri Kimia - Kuliah 108 Area Bnmp adalah daerah satu fasa larutan tak jenuh (homogen), sedangkan area mpC adalah daerah dua fasa, yang terdiri dari padatan NaNO 3 dan larutan yang jenuh dengan garam ini. B H2OH2O A KNO 3 C p n m

9 Proses Industri Kimia - Kuliah 109 Masing-masing sistem larutan garam memiliki paling sedikitnya satu titik pengeringan (drying up point), yaitu titik yang menunjukkan campuran dengan kandungan air sebagai tetes terakhir (padatan basah yang mulai mengering) Pada gambar 2, terlihat bahwa larutan jenuh garam NaNO 3 akan mulai mengering di titik m, sedangkan larutan jenuh garam KNO 3 mulai mengering di titik n.

10 Proses Industri Kimia - Kuliah 1010 Diketahui 100 kg larutan akuatik terdiri dari 10 % NaNO 3, 20 % KNO 3 ( sisanya air). Larutan yang berkedudukan di titik 1 tersebut diuapkan pada suhu tetap. air yang menguap larutan awal kg Hitung jumlah air yang menguap pada saat larutan jenuh. Dari Gambar 3., larutan di atas akan jenuh pada garis np, sehingga menurut aturan tangan timbangan (inverse lever rule), jumlah air yang menguap adalah : Atau dihitung dengan neraca massa : 70 = W + Perpanjangan garis pengeringan tersebut akan memotong garis pn di titik 2, pada kedudukan tersebut campuran merupakam larutan jenuh KNO 3, dengan kandungan 24 % KNO 3 dan 64 % H 2 O. Proses pengeringan diamati dengan cara menarik garis dari titik 1 ke titik H 2 O. air di campuran awal air yang menguap air sisa di pdtan basah

11 11 B H2OH2O A KNO 3 C NaNO 3 p n m Gambar 3. Sistem larutan dua garam senama dalam air

12 Proses Industri Kimia - Kuliah = W +, W = 16,67 kg. Jika larutan jenuh tersebut diuapkan hingga melewati keadaan jenuh KNO 3, maka kedudukan larutan akan mencapai titik 3. Larutan di titik 3 adalah larutan yang lewat jenuh dan akan terpisah menjadi endapan KNO 3 dan larutan jenuh p larutan 3 larutan awal kg Berat kristal KNO 3 yang mengendap adalah : kristal KNO 3 larutan 3 kg Berat larutan 3 tersebut adalah :

13 Proses Industri Kimia - Kuliah 1013 Analisa aturan fasa Gambar 3. memaparkan kesetimbangan KNO 3 – NaNO 3 – H 2 O pada tekanan 1 atm, tanpa kehadiran fasa gas. Diagram ini menggambarkan kondisi larutan dua garam dalam air di wadah yang terbuka. Jumlah komponen dalam sistem ini dapat dihitung dengan berbagai cara, tergantung pada kondisi awal yang dipilih. Pada setiap keadaan, jumlah komponen di dalam sistem adalah 3, yang ditunjukkan oleh : 1.Setiap titik yang berada di dalam segitiga mempresentasikan sistem yang dibuat dari campuran 3 komponen H 2 O, KNO 3, dan NaNO Jika terjadi ionisasi sempurna, maka di dalam sistem terdapat H 2 O, K +, Na +, dan NO 3 -, sehingga N = 4. Karena tidak ada reaksi, maka R= 0 dan karena muatan larutan netral, maka muatan positif = muatan negatif, sehingga S = 1. Dengan demikian maka jumlah komponen di dalam sistem, C = 3. C = N – R - S

14 Proses Industri Kimia - Kuliah 1014 Jika suhu dan tekanan total sistem tetap, maka jumlah varian : V = C - P 3. Jika ionisasi tidak sempurna, maka di dalam larutan terdapat H 2 O, ion K +, Na +, NO 3 - dan sisa KNO 3, NaNO 3 yang tidak terionisasi, sehingga N = 6. Terdapat dua reaksi kesetimbangan : NaNO 3  Na + + NO 3 -, danKNO 3  K + + NO 3 -, jadi R = 2 S = 1, karena ion negatif dan positif terdapat dalam jumlah yang sama. Dengan demikian maka C = 3. Di setiap titik dalam area Bmpn adalah larutan yang tak jenuh, sehingga merupakan fasa yang homogen. Dengan demikian maka di area tersebut, V = 3 – 1 = 2. Varian ( variabel yang diperlukan)

15 Proses Industri Kimia - Kuliah 1015 Na 2 SO 4.10 H 2 O Na 2 SO 4 NaNO 3 NaNO 3.Na 2 SO 4.H 2 O Darapskite a d c e b Gambar 4. Sistem NaNO 3 – Na 2 SO 4 – H 2 O pada 25 o C ( dlm persen berat) Kesetimbangan yang kompleks :

16 Proses Industri Kimia - Kuliah 1016 Kesetimbangan 2 garam dengan ion-ion tak senama KCl + NaNO 3  NaCl + KNO 3 Semua larutan yang berada pada daerah afjke berada pada kesetimbangan dengan garam/padatan NaCl, demikian pula larutan yang berada pada area lain, adalah larutan yang setimbang dengan garam yang berada pada sudut area tersebut. Contoh : dua garam KCl dan NaNO 3 terdekomposisi melalui reaksi Pada dekomposisi ini, terbentuk pasangan garam NaCl dan KNO 3. Ke empat garam tersebut berada pada kesetimbangan yang digambarkan pada diagram segi 4 Janecke pada Gambar 5. Ordinat diagram ini menunjukkan fraksi anion NO 3 - terhadap total mol, sedangkan ordinat menunjukkan fraksi kation K +. Diagram tersebut terbagi menjadi 4 area oleh garis-garis : f – j, j − g, j – k, k – h,dan k – e.

17 17 KNO 3 KCl NaCl NaNO 3 00,20,40,60,81,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1, k i M ab d c e f g h Gambar 5. Kesetimbangan dua garam dengan ion yang berbeda.

18 Proses Industri Kimia - Kuliah 1018 Berapa komposisi larutan jenuh yang berada pada kedudukan titik M ? Y = 0,35 dan X = 0,82, dengan jumlah air 7 mol per mol garam terlarut. Dengan demikian maka terdapat 0,35 mol NO 3 -, 0,65 mol Cl -, 0,82 mol K +, 0,18 mol Na + dan 7 mol air untuk setiap mol garam yang terlarut. Berapa komposisi larutan jenuh yang berada pada kedudukan titik j ? Jika ditambahkan air pada larutan jenuh M hingga jumlah air total menjadi 20, apa yang terjadi dan dimana kedudukan larutan ini ?

19 Proses Industri Kimia - Kuliah 1019 Larutan jenuh yang mengandung 1 mol NaCl dalam air ditambahi dengan larutan jenuh yang mengandung 1 mol KNO 3 dalam air pada suhu 25 o C. Dari diagram pada Gambar 5., larutan yang terdiri dari 1 mol NaCl jenuh berada pada titik a, jadi air pada larutan tersebut ada 9 mol. Jadi larutan yang dibuat dari kedua larutan jenuh tersebut mengandung 2 mol garam dalam ( ,5 ) mol air. Larutan ini mengandung ion K +, Na +, Cl -, dan NO 3 - masing-masing 1 mol dalam ( 23,5/2 = 11,75 ) mol air. Campuran tersebut terletak pada titik P ( X dan Ynya masing-masing = 0,5), pada larutan jenuh pada kandungan air sekitar 5,7 mol/mol garam. Jadi, larutan yang dibuat dari dua larutan jenuh tersebut adalah larutan yang tidak jenuh.

20 Proses Industri Kimia - Kuliah 1020 KNO 3 KClNaCl NaNO 3 00,20,40,60,81,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1, k i M ab d c e f g h P

21 Proses Industri Kimia - Kuliah 1021 Jika ke dalam larutan jenuh yang mengandung 1 mol NaCl ditambahkan n mol KNO 3 per mol NaCl, maka mol KNO 3 yang ditambahkan NaCl mula-mula w adalah jumlah mol air total pada larutan jenuhnya Untuk penambahan KNO 3 sampai 0,8 mol diperoleh kurva w berupa garis putus-putus seperti terlihat pada Gambar 7. Jika J menyatakan jumlah air pada saat larutan jenuh, maka s yang dihitung menggunakan data kesetimbangan (Gambar 5.), menghasilkan kurva S terhadap n berupa garis penuh. Garis ini menyatakan keadaan larutan jenuh. Kedua kurva berpotongan di titik J, yaitu pada n = 0,72. Pada saat tersebut S =

22 Proses Industri Kimia - Kuliah 1022 n 09 0,19/(1,1) = 8,18 0,29/(1,2) = 7,5 0,39/(1,3) = 6,92 0,49/(1,4) = 6,43 0,59/(1,5) = 6 0,69/(1,6) = 5,63 0,79/(1,7) = 5,3 0,89/(1,8) = 5 plot n vs w, diperoleh kurva plot terhadap n diperoleh kurva w dari kurva keset. n ,1 8 0,111 0,2 6,8 0,25 0,3 5,7 0,43 0,4 5,25 0,67 0,5 5,6 1,0

23 23 kurva n vs w. w dihitung dari data kesetimbangan (kondisi jenuh) mol air mol garam total = w n, jumlah KNO 3 yang ditambahkan (mol) kurva n vs w. w dihitung dari n = 0,72 dasar perhitungan : 1 mol NaCl ( kondisi awal )

24 Proses Industri Kimia - Kuliah 1024 Diagram Janecke AM + BM  AN + BM

25 Proses Industri Kimia - Kuliah 1025 Titik pengeringan (drying-up point) (a)(b) (c) Pada setiap titik di area AM −AN − BN ( di atas diagonal) ad,

26 Proses Industri Kimia - Kuliah 1026 Contoh Titik m pada Gambar 10. menggambarkan larutan jenuh pada suhu 50 o C, dengan X = 0,6 dan Y = 0,8. Larutan ini diuapkan secara isotermal hingga mulai mengering. Hitung jumlah air yang diuapkan dan jumlah setiap fasa padat jika : a.Padatan NaCl yang mula-mula terbentuk. b.Padatan NaNO 3 yang mula-mula terbentuk/mengendap.

27 Proses Industri Kimia - Kuliah 1027 KNO 3 KCl NaNO 3 NaCl 0,00,20,40,60,8 1,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1, h g f e k i m n p m : X = 0,6 Y = 0,8 w = 4,2

28 28 NH 4 Cl 1,0 0,95 0,90 0,85 0,80 0,75 00,2 0,40,60,8 1,0 NaCl NaHCO 3 NH 4 HCO Diagram Janecke untuk pasangan garam NaCl – NH 4 HCO 3 pada kondisi tekanan CO 2 1 atm dan suhu 15 o C. gram air (H 2 O) grek ion Cl - di larutan contour adalah 300 gram H 2 O / mol NaCl P1P1

29 Proses Industri Kimia - Kuliah 1029

30 Proses Industri Kimia - Kuliah ketinggian menara, m suhu, o C Pengendapan NH 4 HCO 3 + NaCl  NH 4 Cl + NaHCO 3 air pendingin CO 2 suspensi Na 2 HCO 3 ke penyaring larutan karbonasi air garam jenuh NH 3 dan sedikit CO 2 CO 2 + (NH 4 ) 2 CO 3 air hangat Profil suhu di menara Solvay

31 Proses Industri Kimia - Kuliah 1031 KNO 3 KCl NaNO 3 NaCl 0,00,20,40,60,8 1,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1, h g f e k i

32 Proses Industri Kimia - Kuliah 1032

33 33 KNO 3 KClNaCl NaNO 3 00,20,40,60,81,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1, k i M ab d c e f g h


Download ppt "Proses Industri Kimia - Kuliah 101 KESETIMBANGAN PADAT-CAIR ( yang menyangkut ion)"

Presentasi serupa


Iklan oleh Google