Elemen Berwujud Gas pada 25

G A S

_KIMIA INDUSTRI_

Karakteristik Fisika dari Gas

Gas diasumsikan mempunyai volume dan bentuk

sesuai tempatnya.

Gas adalah wujud materi yang (paling) dapat

terkompresi (mendapat variasi tekanan) untuk

mampat (atau memuai).

Gas akan bercampur jika tergabung dalam satu

tempat.

Gas mempunyai kerapatan dan berat jenis lebih

ringan dibandingkan wujud cair atau padat.

Satuan Tekanan 1 pascal (Pa) = 1 N/m2

1 atm = 760 mmHg = 760 torr 1 atm = 101.325 Pa

Tekanan =

Gaya

6

Sea level 1 atm 4 miles 0.5 atm 10 miles 0.2 atm

Hukum

Boyle (Boyle’s Law)

Dikemukakan pada 1660 oleh Robert Boyle

Jika temperatur tetap konstan, volume suatu gas

dengan massa tertentu, berbanding terbalik dengan

tekanan

V



1

/

_P

P.V = konstan

V1

/

Hukum

Boyle (Boyle’s Law)

P



1/

V

P

x

V

= constant

P

₁

x

V

₁

=

P

₂

x

V

₂

Constant temperature

Constant amount of gas

Hukum

Boyle (Boyle’s Law)

Pressure x Volume = Constant (

T

= constant)

P

₁

V

₁

=

P

₂

V

₂

(

T

= constant)

V



1/

P

(

T

= constant)

A sample of chlorine gas occupies a volume of 946 mL at a pressure of 726 mmHg. What is the pressure of the gas (in

mmHg) if the volume is reduced at constant temperature to 154 mL?

P

₁

x

V

₁

=

P

₂

x

V

₂

P

₁

=

726

mmHg

V

₁

=

946

mL

P

₂

= ?

V

₂

=

154

mL

P

₂

=

P

1

x

V

1

V

₂

726

mmHg

x

946

mL

154

mL

=

=

4460

mmHg

Hukum

Charles (Charles’s Law)

Dikemukakan pada 1787 oleh Jacques Charles dan

dirumuskan pada 1802 oleh Joseph L. Gay Lussac

Jika tekanan tak berubah, volume gas dengan massa

tertentu, berbanding lurus dengan temperatur

As T increases V increases

The volume of a gas is directly

proportional to temperature, and

extrapolates to zero at zero Kelvin.

V = bT

(P = constant)

V

T

V

T

P

1

1

2

2



(



constant)

A sample of carbon monoxide gas occupies 3.20 L at 125 0C. At what temperature will the gas occupy a volume of 1.54 L if the pressure remains constant?

V

₁

=

3.20

L

T

₁

=

398.15

K

V

₂

=

1.54

L

T

₂

=

?

T

₂

=

V

2

x

T

1

V

₁

1.54

L

x

398.15

K

3.20

L

=

=

192

K

V

₁

/

T

₁

=

V

₂

/

T

₂

Dikemukakan pada 1703 oleh Joseph L. Gay Lussac

dan Guillaume Amontons

Tekanan suatu gas dengan massa tertentu

berbanding lurus dengan temperatur



P

 

T

Hukum Avogadro

Dikemukakan pada 1811 oleh Amadeo Avogadro

Molekul yang sama banyak terdapat dalam gas-gas

berlainan yang volumenya sama, jika tekanan dan

temperaturnya sama

V



number of moles (

n

)

V

= constant x

n

V

₁

/

n

₁

=

V

₂

/

n

₂

Constant temperature Constant pressure

Persamaan Gas Ideal

Charles’

law :

V



T

(at constant

n

and

P

)

Avogadro’s

law : V



n

(at constant

P

and

T

)

Boyle’s

law : V



1

(at constant

n

and

T

)

P

V



nT

P

V

= constant x =

R

nT

P

nT

P

R

is the

gas constant

PV

=

nRT

P

V

=

n

RT

P

= pressure in atm

V

= volume in liters

n

= moles

R

= proportionality constant

= 0.08206 L atm K

-1

mol

-1

T

= temperature in Kelvins

Holds closely at P < 1 atm

Gas Rumus Volume Tetapan R Ideal 22,414 0,082057 Hydrogen H₂ 22,428 0,082109 Helium He 22,426 0,082101 Neon Ne 22,425 0,082098 Nitrogen N₂ 22,404 0,082021 Carbon

Monoxide CO 22,403 0,082017 Oxygen O₂ 22,394 0,081984 Argon Ar 22,393 0,081981

Gas Rumus Volume Tetapan R

Nitrogen

Oxyde NO 22,389 0,081966

Methane CH₄ 22,360 0,081860

Carbon

Dioxide CO2 22,256 0,081845

Hydrogen

Chloride HCl 22,249 0,081453

Ethilene C₂H₄ 22,241 0,081424 Asetilene C₂H₂ 22,190 0,081240 Ammonia NH₃ 22,094 0,080870 Chloride Cl₂ 22,063 0,080760

The conditions 0 0_{C and 1 atm are called standard}

temperature and pressure (STP).

PV

=

nRT

R

=

PV

nT

=

(

1

atm)(

22.42

L)

(

1

mol)(

273.15

K)

R

=

0.082067

L • atm / (mol • K)

Experiments show that at STP, 1 mole of an ideal gas occupies 22.42 L.

What is the volume (in liters) occupied by 49.8 g of HCl at STP?

PV

=

nRT

V

=

nRT

P

T = 0 0_{C = 273.15 K}

P = 1 atm

n = 49.8 g x 1 mol HCl

36.45 g HCl = 1.37 mol

V

=

1

atm

1.37

mol

x

0.0821

L•atm

x

273.15

K

mol•K

V

=

30.6

L

Argon is an inert gas used in lightbulbs to retard the vaporization of the filament. A certain lightbulb containing argon at 1.20 atm and 18 0C is heated to 85 0C at constant volume. What is the final pressure of argon in the lightbulb (in atm)?

PV

=

nRT

n, V

and

R

are constant

nR

V

=

P

T

=

constant

P

₁

T

₁

P

₂

T

₂

=

P₁ = 1.20 atm

T₁ = 291 K

P₂ = ?

T₂ = 358 K

P

₂

=

P

₁

x

T

2

T

₁

=

1.20

atm

x

358

K

291

K

=

1.48

atm

G A S

_KIMIA INDUSTRI_

Perhitungan kerapatan, Density (

d

)

d =

m

V

=

PMr

RT

m

is the mass of the gas in g

Mr

is the molar mass of the gas

Perhitungan Molar Mass (

Mr

)

dRT

P

Mr

=

d

is the density of the gas in g/L

35

Stoikiometri Gas

What is the volume of CO₂ produced at 370 _{C and 1.00}

atm when 5.60 g of glucose are used up in the reaction:

C₆H₁₂O₆ (s) + 6O₂ (g) 6CO₂ (g) + 6H₂O (l)

g C₆H₁₂O₆ mol C₆H₁₂O₆ mol CO₂ V CO₂

5.60 g C₆H₁₂O₆ 1 mol C6H12O6

180 g C₆H₁₂O₆

x 6 mol CO2

1 mol C₆H₁₂O₆

x = 0.187 mol CO₂

V = nRT P

0.187 mol x 0.0821 L•atm x 310 K mol•K

1.00 atm

SOAL

Seorang kimiawan melakukan sintetis senyawa gas berwarna kuning kehijauan yang terdiri dari klorin dan

oksigen dan ditemukan bahwa kerapatannya adalah 7,71 g/L pada suhu 36o_{C dan tekanan 2,88 atm. Hitunglah Mr serta}

Hukum Dalton tentang

tekanan parsial



Dikemukakan pada 1803 oleh Dalton



Tekanan parsial merupakan tekanan

masing-masing komponen gas didalam campuran.



Tekanan total dalam suatu campuran gas

adalah jumlah tekanan parsial anggota-anggota

campurannya

Hukum Dalton pada Tekanan Parsial

P

₁

P

₂

P

total

= P

1

+

P

2

V

and

T

are

Ketika 2 gas A dan B berada dalam wadah dengan volume V.

P

_A

=

n

A

RT

V

P

_B

=

n

B

RT

V

n_A Jumlah mol gas A

n_B jumlah mol gas B

P

_T

=

P

_A

+

P

_B

X

_A

=

n

A

n

_A

+

n

_B

X

B

=

n

_B

n

_A

+

n

_B

P

_A

=

X

_A

P

_T

P

_B

=

X

_B

P

_T

P

_i

=

X

_i

P

_T

• Fraksi mol merupakan ukuran

jumlah yang tidak memiliki dimensi dan menyatakan rasio jumlah mol komponen terhadap jumlah mol semua komponen yang ada.

A sample of natural gas contains 8.24 moles of CH₄, 0.421 moles of C₂H₆, and 0.116 moles of C₃H₈. If the total pressure of the gases is 1.37 atm, what is the partial pressure of propane (C₃H₈)?

P

_i

=

X

_i

P

_T

X

_propane

=

0.116

8.24 + 0.421 + 0.116

P

_T

= 1.37 atm

= 0.0132

2KClO₃ (s) 2KCl (s) + 3O₂ (g)

Bottle full of oxygen gas and water vapor

PT = PO ₂+ PH O₂

dipanaskan

Peralatan untuk mengumpulkan gas diatas permukaan air.

• Oksigen yang dihasilkan dari pemanasan kalium perklorat (KClO₃) dengan kehadiran sejumlah kecil mangan

Teori Kinetik Molekul Gas

1. Gas mengandung molekul-molekul yang terpisah satu sama lain dengan jarak jauh lebih besar daripada ukuran molekulnya. Molekul dapat dianggap “titik-titik” yang

mempunyai massa tetapi volumenya dapat diabaikan (V  zero).

2. Molekul gas bergerak dengan kecepatan konstan dan

arah acak. Tumbukan antar molekul elastis sempurna  energi dapat dipindahkan dari satu molekul ke molekul lain, namun energi total dalam sistem tetap sama.

3. Molekul gas tidak mengalami baik gaya tarik-menarik maupun tolak-menolak satu sama lain.

4. Energi kinetik rata-rata molekul sebanding dengan

temperatur gas (O_{K). Dua gas dalam temperatur yang}

Secara kualitatif dimungkinkan untuk menjelaskan sifat-sifat umum zat yang berwujud gas

• Mudah tidaknya gas dimampatkan  karena molekul fasa gas diasumsikan dipisahkan oleh jarak yang cukup lebar.

• Hukum Boyle

P a laju tumbukan (jumlah tumbukan molekul tiap detik) Laju tumbukan a besarnya kerapatan gas (jumlah

molekul per satuan volume) Besarnya kerapatan gas a 1/V

P a 1/V

•

Hukum Charles

•Karena energi kinetik rata-rata molekul gas sebanding dengan suhu dari sampel (teori poin

4),kenaikan suhu meningkatkan energi kinetik rata-rata.

• T a Energi kinetik rata-rata

• P a laju tumbukan

• Laju tumbukan a energi kinetik rata-rata

• V a T

•

Hukum Avogadro

• Tekanan berbanding lurus dengan kerapatan dan suhu gas

• P a laju tumbukan Laju tumbukan a kerapatan

Pada poin 3 : jika molekul tidak saling tarik menarik atau tolak menolak  tekanan yang ditimbulkan satu jenis molekul tidak dipengaruhi kehadiran gas lain  tekanan totalnya merupakan tekanan parsial masing-masing gas.

P_total = SP_i

Rute

(

path

)

pergerakan

partikel dalam gas. Partikel

bergerak lurus dengan arah

terus

berubah

karena

benturan dengan partikel lain

atau dengan dinding tempat

gas,

namun

mengikuti

Distribusi kecepatan molekul gas nitrogen pada tiga temperatur

49

Energi Kinetik Rata-rata



Hasil teori kinetik gas bahwa energi kinetik total

gas apapun = 3/2 RT

(KE)

3

2

avg



RT

u

_rms

=

3

RT

Mr



Hitunglah kecepatan akar rata-rata kuadrat untuk

atom helium dan molekul nitrogen dalam m/s pada

suhu 25

o

C (R yang digunakan 8,314 J/K.mol)

Campuran antara molekul satu gas dengan molekul

gas lainnya yang terjadi secara sedikit demi sedikit

berdasarkan sifat kinetiknya. Berlangsung dari daerah

dengan konsentrasi lebih tinggi ke lebih rendah

• Gambaran difusi gas NH₃(dari botol yang berisi larutan amonia) yang bergabung dengan gas HCl (berasal dari botol yang berisi asam klorida), menghasilkan padatan NH₄Cl.

Hukum Graham

(Graham’s Law)



Dikemukakan pada 1830 oleh Thomas Graham



Laju Difusi dua gas berbanding terbalik dengan

akar kuadrat densitas mereka

r

1

r

2

2

1



ρ

PENYIMPANGAN GAS

IDEAL

Suatu gas dikatakan memperlihatkan perilaku ideal

apabila :



Molekul-molekul dalam keadaan gas tidak

memiliki gaya apapun baik gaya tarik menarik

maupun gaya tolak menolak antara satu dengan

lainnya.



Volume molekul diabaikan karena begitu

kecilnya dibandingkan dengan wadahnya.

Anggapan bahwa gas nyata berperilaku mirip

Plot antara PV/nRT terhadap P beberapa gas nyata dan 1

(a)Gas at low

concentration

—

relatively few

interactions between

particles.

(b)Gas at high

concentration

—

many more

Gas Nyata

[

P

obs



a

( / )

n V

2

]





V



nb

 

nRT





corrected pressure

corrected volume

P

_ideal

V

_ideal

• Persamaan van der waals  merupakan modifikasi dari persamaan gas ideal yang menjelaskan perilaku non ideal gas nyata,mengoreksi 2 fakta molekul-molekul gas nyata melakukan gaya antara satu dengan yang lainnya dan memiliki volume

Diketahui 3,5 mol NH₃ menempati 5,2 L pada suhu 47o_C.

Hitung tekanan gas (atm) dengan menggunakan a). Persamaan gas ideal

Oksigen yang dihasilkan dari penguraian kalium perklorat, dikumpulkan, dimana volume oksigen yang terkumpul pada suhu 24o_{C dan tekanan atmosfer 762 mmHg adalah 128 mL.}

Hitunglah massa (gr) gas oksigen yang diperoleh. Tekanan uap air pada suhu 24o_{C adalah 22,4mmHg}