Makalah Kimia Fisika
(Gas)
Disusun Oleh : Aat Mujizat
(13040001)
Adriany Serly Listyorini
(13040002)
Anisah Nurjanah
(13040003)
Dosen : Okpri Meila M.Farm Apt
SEKOLAH TINGGI FARMASI MUHAMMADIYAH TANGERANG
KATA PENGANTAR
Bismillahirrahmanirrahim
Assalamu’alaikum Wr. Wb.
Puji dan syukur kami ucapkan kehadirat Allah SWT yang Maha Pengasih dan Maha Penyayang. Karena, atas rahmat dan karunia-Nya, kami dapat menyelesaikan tugas makalah “GAS” mata kuliah Kimia Fisika, yang diberikan oleh dosen untuk dapat diselesaikan dengan sebaik mungkin. Shalawat serta salam semoga selalu tercurahkan pada Rasulullah Muhammad Shalaulahu’alaihi wasalam, keluarganya yang mulia, para sahabatnya yang agung sampai akhir zaman nanti.
Kami mengucapkan terimakasih kepada teman-teman serta dosen pembimbing yang dengan setia mendampingi, memberi semangat dan arahan kepada kami untuk menyusun makalah ini.
Dalam penyusunan makalah ini, penyusun menyadari masih banyak kekurangan. Oleh karena itu, kritik dan saran yang bersifat membangun dari para pembaca sangat diharapkan untuk penyusunan makalah selanjutnya agar lebih baik lagi.
Semoga makalah ini dapat bermanfaat bagi para pembaca. Terima kasih.
Wassalamu’alaikum Wr. Wb
Tangerang, Oktober 2014
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ... i
DAFTAR ISI ... ii
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 1
1.3 Tujuan Makalah ... 1
BAB II PEMBAHASAN 2.1 Sifat-Sifat Gas ... 2
2.2 Tekanan ... 3
2.2.1 Tekanan Udara ... 3
2.2.2 Tekanan Gas ... 4
2.2.3 Tekanan Zat Cair ... 6
2.3 Keadaan Standar (STP) ... 9
2.4 Hukum-Hukum Gas ... 9
2.4.1 Hukum Boyle ... 9
2.4.2 Hukum Charles-Gay lussac ... 11
2.4.3 Hukum Advogand ... 13
2.4.4 Hukum Gas Ideal ... 14
2.4.5 Hukum Dalton ... 19
2.4.6 Hukum Efusi Graham ... 24
2.5 Teori Kinetik Gas ... 26
2.6 Penyimpangan dari Hukum Gas Ideal ... 27
2.7 Persamaan Gas Nyata ... 29
BAB III PENUTUP 3.1 Simpulan ... 32
3.2 Saran ... 32
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANG
Gas adalah salah satu dari tiga keadaan materi. Gas mempunyai sifat khusus yang tidak dimilikioleh zat cai maupun zat padat. Salah satu yang menarik dari gas adalah sifat-sifatnya yang tidak tergantung dari kompisisi kimianya. Semua gas memperlihatkan sifat-sifat yang hampir sama, bila variabel seperti tekanan dan suhunya diubah.
Sifat-sifat fisik gas secara umum dapat dinyatakan dalam hukum-hukum gas. Hukum-hukum-hukum ini berlaku untuk gas ideal, sedangkan untuk gas nyata (non-ideal) seperti yang banyak kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari, rumusannya agak menyimpang. Meski demikian, sifat-sifat ideal suatu gas bisa didekati oleh gas nyata pada kondisi tertentu.
Pada bab ini kita akan membahas sifat-sifat gas, pengukuran tekanan, dan hukum-hukum gas ideal. Selanjutnya, kita akan meninjau terjadinya penyimpangan dan persamaan yang sesuai untuk gas nyata.
1.2 RUMUSAN MASALAH
1. Apa yang dimaksud dengan gas? 2. Apa saja sifat-sifat gas?
3. Apa saja hukum-hukum gas menurut para ilmuwan? 4. Apa perbedaan gas ideal dan gas nyata?
1.3 TUJUAN MAKALAH
Tujuan dari penulisan makalah ini adalah untuk mempelajari sifat-sifat persamaan gas nyata. Adapun hal-hal yang akan dibahas adalah seputar tekanan, dan volume dalam gas ideal maupun gas nyata beserta hukum-hukum gas yang mendasarinya.
BAB II
PEMBAHASAN
kimianya. Semua gas memperlihatkan sifat-sifat yang hampir sama, bila variabel seperti tekanan dan suhunya diubah.
Sifat-sifat fisik gas secara umum dapat dinyatakan dalam hukum-hukum gas. Hukum-hukum-hukum ini berlaku untuk gas ideal, sedangkan untuk gas nyata (non-ideal) seperti yang banyak kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari, rumusannya agak menyimpang. Meski demikian, sifat-sifat ideal suatu gas bisa didekati oleh gas nyata pada kondisi tertentu.
Pada bab ini kita akan membahas sifat-sifat gas, pengukuran tekanan, dan hukum-hukum gas ideal. Selanjutnya, kita akan meninjau terjadinya penyimpangan dan persamaan yang sesuai untuk gas nyata.
2.1 SIFAT-SIFAT GAS
Gas terdiri dari molekul-molekul yang jaraknya saling berjauhan sehingga gaya tarik-menariknya sangat lemah. Gaya tarik yang lemah mengakibatkan molekul-molekul gas bebas bergerak ke segala arah. Molekul-molekul gas itu bergerak sangat cepat dan terus bertumbukan satu sama lain dan juga dengan dinding wadahnya. Adanya tumbukan ini menghasilkan tekanan.
Molekul-molekul gas cepat sekali berdifusi atau bercampur satu dengan yang lain. Jika beberapa macam gas yang tidak saling berinteraksi ditempatkan dalam wadah yang sama, maka gas-gas tersebut akan segera bercampur sehingga membentuk campuran yang homogen. Hal ini karena di antara molekul gas terdapat banyak ruang kosong sehingga molekul itu dapat bebas bergerak dan hanya sedikit mengalami rintangan.
Berbeda dengan cairan atau zat padat, gas tidak mempunyai bentuk dan volume tertentu. Ukuran molekul gas sangat kecil dan jaraknya sangat renggang sehingga gas sangat sensitif terhadap perubahan tekanan dan suhu. Gas mudah sekali dimanfaatkan (compressed) dan dikembangkan (expanded), serta dapat mengisi semua bagian ruangan yang ditempatinya. Dapat dikatakan bahwa volume gas adalah volume wadahnya.
2.2 TEKANAN
Tekanan didefinisikan sebagai gaya yang bekerja pada suatu bidang per satuan luas.
Tekanan = luas bidangtekanangaya yang menekan Atau dirumuskan :
P = FA
Satuan SI untuk gaya adalah Newton (N) dan luas bidang adalah m2. Oleh sebab itu satuan tekanan sesuai persamaan diatas adalah N/m2. Satuan tekanan dalam SI adalah Pascal (disingkat Pa). Sati pascal adalah gaya sebesar 1 newton yang bekerja pada bidang seluas 1 m2.
1 Pa = 1 N
m²
2.2.1 Tekanan Udara
Udara mempunyai berat sehingga menimbulkan tekanan. Untuk mengetahui adanya tekanan udara, digunakan suatu alat yang disebut barometer.
Barometer sederhana dibuat pertama kali oleh Evangista Torricelli (1643). Skema Barometer buatan Toricelli ditunjukkan pada gambar 1.1. alat ini dibuat dengan mengisi suatu tabung kaca yang panjangnya 1 m degan merkuri (air raksa) sampai penuh. Tabung dibalik hingga salah satu ujung yang terbuka terbenam dalam bejana yang berisi raksa. Terlihat raksa dalam tabung turun setinggi h, sehingga ruang bagian atas tabung menjadi vakum. Tertahannya raksa dalam tabung setinggi h disebabkan adanya tekanan udara yang bekerja pada permukaan raksa dalam bejana. Dapat dikatakan bahwa tinggi raksa yang ditunjukkan dalam tabung sama dengan besarnya tekanan udara.
Tekanan udara disuatu tempat berbeda dengan tempat lain. Perbedaan ini disebabkan oleh perubahan cuaca, ketinggian, dan gaya berat. Jika kita mengukur tekanan udara dipermukaan laut, maka kita akan memperoleh tekanan udara rata-rata 760 mmHg. Tekanan ini selanjutnya disebut sebagai tekanan satu atmosfir (1 atm) atau tekanan atmosfir standar. Konversi antara atm, mmHg, Torr dan Pa adalah sebagai berikut :
1 atm = 760 mmHg (76 cmHg) = 760 torr
= 1,01325 x 102 Pa
Satuan tekanan torr diambil dari torricelli, digunakan untuk menghindari satuan panjang mm.
2.2.2 Tekanan Gas
Di dalam laboratorium, tekanan gas dalam ruang tertutup biasanya diukur dengan manometer. Ada dua macam manometer, yaitu manometer terbuka dan manometer tertutup. Manometer terbuka digunakan untuk mengukur tekanan yang sedikit lebih kecil atau lebih besar dari tekanan udara (1 atm). Sedangkan manometer tertutup untuk tekanan yang lebih kecil.
Manometer terbuka terbuat dari pipa kaca berbentuk U yang diisi air raksa. Salah satu ujungnya terbuka dan yang lainnya dihubungkan sistem gas yang akan diukur (Gambar 1.5a). kalau tekanan dalam sistem (Pgas) sama dengan tekanan
udara (Patm), maka tinggi permukan raksa pada krdua ujungpipa sama (gambar 1.2). Jika Pgas lebih besar dari Patm tinggi raksa pada sebelah kiri akan ditekan ke bawah, sehingga raksa pada pipa terbuka naik setinggi PHg (Gambar 1.2b).
Besar tekanan das dirumuskan :
P
gas= P
atm+ P
HgSebaliknya bila Pgas lebih kecil dari Patm, raksa pada pipa terbuka akan turun dan yang di sebelahnya akan naik sebesar PHg (Gambar 1.2c).
Tekanan gas dihitung sebagian :
Gambar 1.2Manometer terbuka
Pada manometer tertutup,satu ujung pipa u dibuat tertutup dan ujung lain dihubungkan dengan sistem gas (Gambar 1.3). Bila dihubungkan dengan sistem gas sampai raksa mengisi penuh pipa tertutup, berarti tekanan gas sama dengan tekanan udara (Gambar 1.3a). Bila raksa pada pipa tertutup turun (Gambar 1.3b). hal itu menunjukkan tekanan gas lebih kecil dari tekanan udara luar. Tekanan gas dapat dihitung dari perbedaan tinggi raksa, karena tekanan pada ruang ujung tertutup adalah nol (vakum). Keunggulam dari penggunaan manometer ini adalah tidak perlu megukur tekanan udara luar.
P
gas= P
atm– P
HgGambar 1.3 Manometer tertutup
2.2.3 Tekanan Zat Cair
Tekanan yang ditunjukkan oleh suatu kolom berisi zat cair mengikuti persamaan :
P = dgh
P = tekanan zat cair (N m-2 atau Pa) d = rapatan zatcair (kg m-3)
g = percepatan gravitasi (N kg-1 atau m s-2) h = tinggi zat cair (m)
Jika pada kolom barometer dihunakan zat dari raksa (Hg), maka tekanan 1 atm dapat dinyatakan dalam satuan Pascal (Pa) sebagai berikut :
Rapatan raksa (dHg) = 13,5951 x 103 kg m-3
Percepatan gravitasi (g) = 9,80665 N kg-1 Tinggi raksa (hHg) = 760 mm = 0,76 m
P = (13,5951 x 10 3 kg/m3)(9,80665 N/kg) (0,76 m)
= 1,01325 x 103 Pa = 101, 325 kPa
1 atm = 1,01325 x 103 Pa = 101, 325 kPa
Kolom manometer ataupun barometer umumnya berisi air raksa. Zat ini dipilih karena mempunyai rapatan yang besar (13,6 g/cm3) sehingga dapat menunjukkan perbedaan tinggi yang relatif kecil. Bila cairan yang digunakan memiliki rapatan kecil, perbedaan tinggi yang kecil sulit terdeteksi. Jika digunakan zat cair selain raksa maka tinggi cairan yang ditunjukkan oleh kolom pada tekanan dan suhu yang sama akan mengikuti hubungan :
d
Ah
A= d
Bh
B Atauh
B= h
A(
ddᴀᴃ)
dA,hA = rapatan dan tinggi cairan A
dB,hB = rapatan dan tinggi cairan B
Contoh 1 :
Seorang ingin memberikan larutan infus garam ke tubuh seorang pasien melalui pembuluh darah dalam lengan. Jika rapatan larutan 1000 kg/m3, tekanan darah dalam pembuluh 2400 Pa, berapa tinggi minimum botol infus harus digantung di atas lengan pasien agar larutan garam dapat masuk ke dalam tubuh pasien ? (g = 9,8 N/kg)
Jawab :
Supaya cairan dapat masuk ke tubuh, maka botol infus harus di gantung sedemikian rupa sehingga tekanan larutan garam minimum sama dengan 2400 Pa.
h
=
dgP= 2400
(1000)(9,8) = 0,24 m = 24 cm
Jadi, sebaiknya botol digantung dengan tinggi lebih dari 24 cm dari lengan pasien.
Contoh 2 :
Tekanan udara di satu tempat diukur dengan barometer raksa adalah 0,98 atm. Jika raksa diganti cairan dengan rapatan 1,15 g/cm3, hitung tinggi cairan yang ditunjukkan oleh kolom pada barometer di tempat tersebut (dHg = 13,6 g/cm3)
Jawab :
h
Hg = 0,98 x 0,76 m = 7,448 mh
cairan= h
Hg(
dcairand gʜ)
= (7,4458) 13,6
1,15
= 8,8 m
Contoh 3 :
Suatu gas tetap diukur tekanannya menggunakan manometer terbuka yag berisi cairan Dibutilfalat (d = 1,047 g/cm3). Kolom yang dihubungkan dengan sistem gas ternyata lebih rendah dari kolom terbuka dengan perbedaan tinggi 13 mm. Jika tekanan atmosfir 760 mmHg, berapa tekanan gas tersebut ?
Jawab :
h
Hg= h
D d gdʜᴅ= (13) (1,047)
(13,6)
= 1 mmHg
P
gas= P
atm+ P
Hg= 760 mmHg + 1 mmHg = 761 mmHg
2.3. Keadaan Standar (STP)
Untuk membandingkan volume dari gas-gas yang diukur, maka tekanan dan suhu harus diambil pada keadaan yang sama. Biasanya yang digunakan adalah keadaan standar (STP = Standars Temperature and Pressure) yang dinyatakan sebagai keadaan pada suhu 0 C dan tekanan 1 atm (760 mmHg).
2.4. Hukum-Hukum Gas
Berdasarkan sifatnya, semua gas dibedakan menjadi dua, yaitu :
Gas Ideal, yaitu suatu gas hipotesis yang mengikuti semua hukum-hukum gas.
Gas nyata, yaitu gas yang ada dalam kehidupan sehari-hari, seperti gas N2, CO2, O2, dan yang lainnya yang mengikuti hukum gas pada tekanan rendah.
Gas ideal sebenarnya tidak ada, tetapi sifat-sifatnya bisa didekati oleh gas nyata monoatomik yang bersifat inert, seperti He, Ne, dan Ar, pada tekanan rendah dan suhu tinggi. Suatu gas dianggap ideal jika pada molekul-molekulnya tidak terjadi interaksi atau gaya tarik-menarik dan tidak memerlukan ruang.
Berdasarkan hasil percobaan, sifat-sifat umum dari gas telah dirumuskan dalam hukum-hukum gas. Hukum-hukum ini menyatakan hubungan, volume, tekanan, dan suhu dari gas. Percobaan umumnya dilakukan dengan mengambil suatu sampel gas pada tempat tertutup, lalu mengamati apa yang terjadi bila tekanan, volume, dan suhunya diubah-ubah. Karena menyangkut tiga variabel, maka salah satu variabel tersebut harus dibuat konstan dan hubungan kedua variabel lainnya juga harus ditentukan.
2.4.1 Hukum Boyle
Robert Boyle (1662), seorang ilmuwan dari Inggris, mula-mula mempelajari pengaruh perubahan volume terhadap tekanan suatu gas pada suhu tetap. Ia mengamati bahwa gas cenderung kembali ke volume asalnya setelah dimampatkan atau dimuaikan. Ia menemukan suatu hubungan yang disebut hukum Boyle yang berbunyi :
Secara matematis dinyatakan :
V ∝ 1
P (pada suhu tetap)
Atau
V ∝ k
P (k = konstan/tetapan)
Atau
PV = Konstan
Dengan cara lain dapat dinyatakan :
P1V1 = P2V2
Atau
V₁
V₂
=
P₁
P₂
P1 dan V1 menyatakan tekanan dan volume awal.
P2 dan V2 menyatakan tekanan dan volume akhir.
Contoh 1.4 :
Sejumlah tertentu gas diekspansikan dari tekanan 720 mmHg menjadi 618 mmHg pada suhu tetap. Jika volume mula-mula 3,73 L, hitung volume akhir gas.
Jawab :
P1V1 = P2V2
V₂ = PP₁V₂₁ = (720618)(3,73) = 4,3 L
Hukum kedua dari gas dinyatakan oleh Alexander Charles (1787), seorang ahli Kimia dari Prancis yang tertarik pada udara panas. Ia mempelajari pengaruh suhu yang diubah-ubah terhadap volume pada tekanan tetap. Dari data-data percobaan, ia mendapatkan hubungan yang dikenal dengan hukum Charles.
“Pada tekanan tetap, volume suatu gas berbanding lurus dengan suhu mutlaknya.”
Secara matematis :
V α T (pada tekanan tetap)
Atau
V
T = k (k konstan)
Hubungan skala celsius dengan skala Kelvin dinyatakan sebagai : K = oC = 273,15
K = suhu absolut/kelvin oC = suhu celsius
Untuk perhitungan biasanya hanya diperhatikan tiga angka, sehingga dapat digunakan hubungan K = ocelsius + 273.
Secara terpisah gay Lussac (1802), teman seangkatan Charles juga menemukan bahwa :
1
273 , 15 kali volumenya pada 0oC.
Ternyata persamaan yang diperoleh Gay Lussac sama dengan persamaan Charles sebelumnya.
Dengan mengambil pendekatan lain, Gay Lussav juga mempelajari pengaruh suhu terhadap tekanan pada volume tetap. Dari hasil percobaannya, ia mendapatkan hubungan tekanan dan suhu, yang disebut hukum Gay Lussac.
“Tekanan suatu gas dengan massa tertentu berbanding lurus dengan suhu Mutlaknya, bila volume tidak berubah.”
dinyatakan secara matematis:
Atau
P
T
= konstan
Dengan cara lain
P1
T1=
P2
T2 atau
P1
P2=
T1
T2
Contoh 1.5 :
Suatu gas neon dalam suatu wadah 200 0C pada 100 pada⁰C. Jika suhu diturunkan sampai 0 0C pada tekanan tetap, hitung volume akhir gas.
Jawab:
V
₂
=
V
₁
TT₂₁ = (200)
(100(0++273273))= 146,4 mL
Contoh 1.6 :
Sebuah tangki baja berisi gas CO2 pada 27 oC dan tekanan 12,0 atm. Hitunglah tekanan gas dalam tangki bila suhu dinaikkan menjadi 100o.
Jawab : P2 = P1 TT₂₁
= (12) (100+273)
27+273 = 14,9 atm
2.4.3 Hukum Avogadro
Setelah mempelajari gas, Amadeo Avogadro (1776-1856), dari Italia menemukan hubungan antara volume dan jumlah molekul gas, yang kemudian disebut sebagai Hukum Avogadro.
Pernyataan yang sama juga berarti :
“Semua gas yang jumlah molekulnya sama akan mempunyai volume yang sama, asalkan diukur pada suhu dan tekanan yang sama.”
Menurut Avogadro, volume gas tidak tergantung pada jenis gas, melainkan pada jumlah mol, suhu, dan tekanannya. Pada tekanan dan suhu konstan, hukum Avogadro secara matematis ditulis :
V ∝ n
Atau
V
n=¿ konstan (n = jumlah mol gas)
Sebelumnya telah diperoleh bahwa 1 mol setiap gas memiliki jumlah molekul yang sama, yaitu 6,02 × 1023 molekul. Bilangan ini disebut dengan bilangan Avogadro (N). Jika diukur pada keadaan STP, 1 mol tiap gas mempunyai volume yang sama, yaitu sebesar 22,414 liter. Volume ini disebut Volume Avogadro atau Volume Molar.
1 mol gas (STP) = 22,4 L
Jika Vm menyatakan volume molar gas, maka volume n mol gas pada P dan T yang sama adalah V = n x Vm.
Contoh 1.7 :
Pada suhu dan tekanan tertentu, 11 gas gram CO2 memiliki volume 2,5 L. Pada suhu dan tekanna yang sama, tentukan :
a. Volume 1 mol CO2 (C = 12; O = 16) b. Volume 1 mol N2
Jawab :
a. 11 gram CO2 = 114 =1
1
4 mol CO₂ = 2,5 L
1 mol CO₂ ∝2,5x4
Liter
∝ 10 Lb. Sesuai Hukum Avogadro, 1 mol setiap gas mempunyai volume yang sama pada P dan T yang sama.
1 mol CO2 ∝ 10 L Maka :
1 mol N₂ ∝ 10 L
2.4.4 Hukum Gas Ideal
Kombinasi dalam satu pernyataan hukum Boyle, Charles, Gay Lussac dan Avogadro diperoleh suatu persamaan baru, yaitu :
V α
nP/TAtau
PV
nT
= R
Secara umum ditulis sebagai :
PV
=
n R T
Persamaan ini disebut juga dengan Persamaan Gas Ideal.
Untuk satu jenis gas pada dua keadaan yang dibandingkan (P, V dan T), maka n adalah tetap. Persamaaanya menjadi :
PV
T = nR (suatu tetapan)
Atau
PV
Atau
P₁V₁
T₁
=
P₂V₂
T₂
(n = tetap)
T1 dan T2 adalah suhu, harus dalam Kelvin, sedangkan satuan tekanan yang sesuai dapat digunakan untuk P1 dan P2. Demikian pula untuk satuan volume V1 dan V2.
a. Mencari Tetapan Gas R
Berdasarkan persamaan gas ideal, R adalah suatu tetapan universal bagi semua jenis gas yang besarnya dapat ditentukan. Dengan mengambil hipotesis avogadro, bahwa volume tertentu suatu gas pada suhu dan tekanan yang sama akan mengandung jumlah molekul yang sama, berarti ungtuk V ,P, dan T yang tetap maka memiliki nilai n yang juga tetap. Untuk memudahkan perhitungan, nilai numerik R dihitung untuk 1 mol gas pada STP (0 C, 1 atm) yang volumenya mendekati 22,414 L, sehingga diperoleh :
RPV
nT
=
(1atm)(22,414L) (1mol)(273,15K)
= 0,08206 L atm mol-1 K-1
Harga R dapat dinyatakan dengan satuan lain seperti dicantumkan pada tabel 1.1.
Tabel 1.1 Harga R dalam satuan lain
Tipe Satuan Harga R Satuan
Mekanik 0,08206 L atm mol-1 K-1
SI 8,314 Joule mol-1 K-1
Cgs 8,314 x 107 Erg mol-1 K-1
Panas 1,987 Kal mol-1 K-1
Contoh 1.8 :
Gas SO2 dengan volume 5,0 L pada 18oC dan tekanan 1500 mmHg, hitunglah :
b. Jumlah mol gas SO2
b. Jumlah mol dapat dihitung menggunakan salah satu keadaan yaitu :
n
b. Berat Molekul Gas Ideal
Persamaan yang menghubungkan langsung dengan berat molekul dapat diturunkan dari persamaan gas ideal. Banyaknya gas juga dapat dihitung bila P, V, dan T diketahui. Untuk n mol gas, berlaku :
n
(
PVRT)
Jika massa m gas diketahui, maka n = m/M. Berat molekul (M) gas dihitung dengan persamaan :
Bila menggunakan persamaan hukum gas ideal maka harus diperiksa secara teliti satuan-satuan dari variable yang digunakan. Satuan tersebut harus sama dengan satuan tetapan gas R yang dipilih.
Contoh 1.9 :
Jawab : diketahui. Demikian pula dirapatkan pada STP atau keadaan lain dapat dihitung. Rapatan gas didefinisikan sebagai perbandingan masa gas terhadap volumenya pada suhu dan tekanan tertentu.
Secara matematis hubungan tersebut di tulis :
d= m
Rapatan gas juga dapat dihitung dari persamaan gas ideal
PV = nRT
Dari persamaan diatas dapat diketahui bahwa rapatan gas berbanding lurus dengan tekanannya dan berbanding terbalik dengan volume dan suhu mutlaknya. Semakin tinggi tekanan dari sejumlah tertentu gas pada suhu tetap akan menyebabkan volume menjadi semakin kecil dan akibatnya rapatan gas akan semakin besar.
d₂
d₁ = rapatan gas pada keadaan awal
d₂ = rapatan gas pada keadaan baru atau yang telah diubah
Contoh 1.10 :
Pada STP , rapatan oksigen adalah 1,43 g/L. Tentukan rapatan oksigen pada 17 ºC dan tentukan 700 mmHg.
Persamaan gas ideal tidak hanya berlaku pada yang terdiri dari satu jrnis gas saja, tetapi dapat juga digunakan untuk campuran gas. Bila beberapa macam gas yang tidak saling bereaksi dicampur dalam satu wadah, masing-masing gas akan melakukan sebagian tekanan. Tekanan yang diberikan setiap macam gas dalam campuran disebut Tekanan Persial . besarnua tekanan persial gas akan sama dengan tekanan gas itu bila berada dalam wadah.
Misalkan jika sejumlah tertentu gas H₂ berada sendirian dalam wadah mengerahkan tekanan 0,25 atm dan sejumlah tertentu gas N₂ mengerahkan 0,75 atm ketika berada sendirian dalam wadah yang sama pada suhu yang sama , maka tekanan total keduanya jika berada dalam wadah bersama adalah 0,25 + 0,75 = 1,0 atm.
“ Tekanan total suatu campuran gas adalah jumlah tekana semua komponennya.“
Secara matematis ditulis :
P₁ = Pᴀ + PB +PC + …….
Pt = tetakan gas total dalam campuran . PA, PB, PC, = tekanan persial masing-masing gas
Bila campuran mol tiap gas yang terdapat dalam campuran diketahui , maka tekanan total gas yang dihitung sesuai persamaan gas ideal :
Pt = nt RT
V
Dimana
n
t adalah jumlah mol total gas dalam campuran .Dimana persial masing-masing gas bila dihubungkan dengan tekanan total maka akan berlaku hubungan :
X
i = nt¿=
mol total g asdalam campuranjumlahmolekul gas ke−iJumlah fraksi mol total dalam campuran dirumuskan :
X
A+ X
B+ X
C+ ………… = 1
Tekanan persial gas dapat juga dihitung dari hubungan :
P
t=
¿VRTDimana
P
i dann
i adalah tekanan persial dan jumlah mil gas ke – iHokum Dalton berguna untuk menentukan tekanan yang dihasilkan dari campuran dua ataulebih gas yang pada mulanya berada pada tempat yang terpisah.
Contoh 1.11
Sebuah bejana berkapasitas 10,0 liter mangandung 7,0 g N₂ dan 16,0 g O₂ pada 27 ºC. hitunglah :
Xo₂ = 0,750,5 = 0,667 b. Pt = ntRTV
= (0,75)(0,0821)(300)
(10) =1,847 atm
c. Pn₂ = Xn₂ Pt
= (0,333)(1,8421 atm)= 0,615 atm Po2 = X o2 Pt
= (0,667)(1,847 atm) = 1,232 atm
a. Mengumpulkan Gas di Atas Air
Di dalam laboratorium gas diambil denagn mengumpulkannya dalam botol diatas air ( Gambar 1.10 ). Gas gas yang dikumpkan dengan cara ini kan tercampur dengan uap air yang ikut terbawa oleh gas. Dengan demikian tekanan botol didalam botol siatas air , selain ditimbulkan oleh gas juga berasal dari tekan uap air. Akibat permukaan ini permukaan air dalam botol menjadi turun. Pada saaat permukaan air didalam botol sama denaga permukaan diluar, tekanan total dala botol sama dengan tekanan udara luar.
Gambar 1.10 Mengumpulkan gas di atas air
Tekanan uap air hanya tergantung dari suhu dan dapat dicari dalam table. Jika tekanan udara diketahui, tekanan parsial gas dapat dihitung berdasarkan hokum Dalton.
P
total= P
gas+ P
H2OAtau
P
Gas= P
total- P
H2O100 ml gas O2 dikumpulkan dalam sebuah botol di atas air pada suhu 23C da tekanan 800mmHg. Tekanan uap air pada suhu 23C = 21, maka hitunglah :
a. Tekanan persial oksigen. b. Jumlah mol oksigen
c. Volume oksigen kering pada STP.
Jawab :
c.
oksigen kering pada STP :
V
₁
=
100 ml
T
₂
=
273 + 0 = 273
˚
K
750mmHg. Tekanan uap air pada 20 C = 17,5mmHg. Setelah dianalisis udara yang dikeluarkan mengandung 16,75% dan yang di hirup mengandung 20,32% volume oksigen kering .bila kelarutan oksigen dalam air diabaikan, hitunglah oksigen rata-rata yang dikonsumsi oleh pasien dalam cm3O2permenit pada STP? Jawab :Tekanan 750mmHg disebabkan oleh udara kering ( bebas uap air ) dan tekanan uap air .
Pudara kering = P1– PH₂O
V₂ = V₁
(
T₂T₁
)(
P₂ P₂)
= (100)
(
273296)(
779760)
= 47,1 L
Rata – rata O₂ yang dikonsumsi = volume O 2
kering yang dikonsumsi(S TP)
waktu volume O2dikonsumsi
=
(20,23−616,75menit)(47,1L) = 0,280 L/menit = 280 cm3/menit2.4.6 Hukum Efusi Graham
Bila dua macam gas yang tidak saling bereaksi ditempatkan didalam wadah, maka kedua gas akan segera bercampur sehingga membentuk campuran yang serba sama (homogen) proses pencampuran ini disebut Difusi.
Selain mudah berdifusi, molekul-molekul gas juga dapat mengalamiefusi.
Efusi adalah suatu proses dimana partikel-partikel gas bergerak melalui lubang sempit melalui lubang sempit dari tempat yang bertekenan tinggi ketempet yang bertekan rendah. Proses ini terjadi pada gas yang mengalir uang vakum lewat pori (Gambar 1.11). Peristiwa yang sama terjadi pada balon yang diisi gas helium. Bila balon tersebut dibarkan terlalu lama, gas helium akan keuar melalui melalui pori-pori balon sehingga balon menjadi kempes.
Gambar 1.11 Efusi gas di dalam ruangan
Pada tahun 1830, Thomas Graham mempelajari kecepatan efusi berbagai macam gas dan mendapatkan suatu hubungan yang kemudian disebut sebagai Hukum Graham .
“ Pada suhu dan tekanan yang sama, kecepatan efusi gas berbanding terbalik dengan akar rapatannya . “
Secara matematis di tulis r α
√
Id
Jika kecepatan efusi dari dua gas A dan B dibandingkan , maka :
Dalam praktiknya yang biasa diukur adalah ukur (detik) yang diperlukan oleh sejumlah tertentu gas untuk berefusi melalui lubang kecil. Mengingat kecepatan efusi berbanding terbalik dengan waktu efusi (r α 1
/t), maka rumus
diatas dapat pula ditulis :
tᴀ
tᴃ=
√
dᴀ
dᴃ
t
A dant
Badalah waktu efusi gas A dan B.Menurut persamaan rapatan gas ideal, rapatan gas berbanding lurus dengan bobot molekulnya. Karena itu persamaan selanjutnya menjadi :
rᴀ
Di mana Mᴀdan Mᴃadalah bobot molekul masing-masing gas.
Berdasarkan hukum efusi Graham dapat disimpulkan bahwa gas yang bobot molekulnya lebih kecil akan berefusi lebih cepat daripada yang bobot molekulnya lebih besar.
Contoh 1.14 :
Pada suhu tekanan yang sama, manakah diantara gas O₂ dan CO₂ yang berefusi lebih cepat ? hitung berapa kali lebih cepat ! ( O = 16 ; C= 12 )
Jawab :
Berat molekul O2 adalah 32 dan CO2 adalah 44. Menurut Hukum Graham, gas yang bobot molekulnya lebih rendah akan berefusi lebih cepat dari yang bobotnya lebih besar. Jadi O2 akan berefusi lebihcepat daripada
CO2-ro²
teori yang diturunkan dari sifat prilaku gas yang di peroleh dari percobaan sebelumnya, yaitu sebagai berikut :
1. Gas akan mengisi wadah tertutup dan akan keluar melalui lubang sempit jika wadah itu berpori
2. Suatu zat yang berwujud gas akan memiliki volume yang jauh lebih besar daripada bentuk cair.
3. Dalam ruang tertutup, suatu gas melakukan tekanan yang sama ke segala arah.
4. Gas akan memuai bila tekanan ditiadakan.
5. Volume gas dapat di perkecil dengan memampatkannya.
6. Dalam ruag tertutup gas melakukan tekanan tertentu. Selama volume tetap dan tidak ada kalor yang masuk atau keluar, maka tekanan akan tetap.
7. Tekanan gas pada volume tertentu akan akan bertambah bila suhu dinaikan dan berkurang bila suhu diturunkan.
8. Partikel- partikel gas yang bergerak mempunyai enrgi kinetik yang tergantung pada masa dan kecepatannya.
9. Eksperimen menunjukan bahwa gas yang lebih rapat berdifusi lebih lambat daripada gas yang kurang rapat pada suhu yang sama.
Dari perilaku gas diatas dapat dirumuskan suatu teori yang disebut Teori Kinetika Gas. Teori ini dapat diringkas dalam suatu model sebagai berikut : 1. Gas terdiri dari partikel-partikel sangat kecil yang disebut molekul yang
banyak jumlahnya.
2. Molekul-molekul selalu bergerak secara ack kesegala arah dengan kecapatan sangat tinggi dan lintasan lurus.
3. Molekul-molekul gas saling bertabrakan satu sama lain dengan dinding
5. Gaya tarik menarik atau tolak menolak antara molekul gas dapat di abaikan karena jarak rata-rata antara molekul sangat besar.
2.6PENYIMPANGAN DARI HUKUM GAS IDEAL
Hukum-hukum yang telah dibicarakan sebelumnya hanya tepat untuk gas ideal. Secara eksak bila diterapkan untuk gas nyata maka hasilnya agak menyimpang, karena sifat dari gas berbeda dengan gas ideal. Namun demekian pada tekanan rendah ( ≤ 1 atm ), hukum gas ideal sangat memuaskan untuk kebanyakan gas.
Pada molekul gas ideal diasumsikan tidak terjadi gaya tarik menarik dan tidak memerlukan ruang. Sedangkan gas nyata antara molekulnya terjadi tarik-menarik dan memerlukan ruang untuk ditempati.
Gas ideal yang didinginkan sampai suhu nol mutlak tanpa terkondensasi menjadi cairan. Molekul-molekul gas nyata umumnya bila di tekan dan didinginkan akan mencair. Akibatnya gas tarik-menarik antar molekul menjadi semakin besar. Hal ini menunjukan bahwa gas bersifat tidak ideal pada tekanan tinggi dan suhu rendah. Sifat-sifat ideal dapat didekati gas nyata pada tekanan rendah dan suhu tinggi jauh diatas suhu kritisnya, dimana gas itu dapat dicairkan betapapun besarnya tekanan yang diberikan.
Secara empris, untuk menyatakan suatu gas bersifat ideal atau tidak adalah bertitik tolak pada persamaan gas ideal PV = nRT . Persamaan ini diberi suatu faktor baru disebut Faktor Konpresibilitas (Z), sehingga menjadi :
PV = Z nRT
Atau
PV
nRT = Z
Jika gas ideal memiliki Z = 1, bila tidak ideal memiliki Z ≠ 1. Untuk Z < 1 menyatakan gas ini lebih dapat dimampatkan (kompresibel) dan Z > 1 kurang kompresibel dari gas ideal.
Gambar 1.12 Grafik Z terhadapn P gas nyata pada 0˚C
Besarnya simpangan dari sifat gas ideal tergantung dari jenis gas. Gas-gas seperti O2, N2, H2 , dan He mempunyai suhu kritis rendah dan antar molekulnya tidak terlalu tarik-menarik,sehingga pada tekanan dan suhu biasa bersifat ideal. Pada tekanan sampai 50 atm hanya akan menjadi penyimpangan sebesar 5%. Untuk gas CO2, Cl2 dan NH3, suhu kritisnya tinggi dan antara molekulnya terjadi cukup interaksi sehingga pada tekanan yang sama agak menyimpang dari sifat ideal. Pada tekanan 1 atm kira-kira menyimpang 2-3 %.
Contoh 1.15 :
Pada suhu 27oC , 16 g O2 terdapat dalam ruang bervolume 10 L dan tekanan 1,0 atm. Buktikan dengan perhitungan apakah gas O2 bersifat ideal atau tidak ? Jawab :
Mol O2 = 16
32
= 0,5 mol
z = nRTPV
= (1)(10)
(0,5)(0,0821)(300)
= 0,81
Karena harga Z < 1, maka gas O₂ bersifat tidak ideal (kompresible).
2.7 PERSAMAAN GAS NYATA
Sifat-sifat gas nyata menyimpang dari gas ideal terutama pada tekanan tinggi dan suhu rendah, sehingga rumus gas ideal tidak tepat digunakan pada gas nyata. Untuk mengatasi terjadinya penyimpangan itu dapat digunakan dua cara.
memasukan factor - faktor yang menyebabkan terjadinya perbedaan antara gas nyata dan gas ideal, sehingga diperoleh persamaan baru yang dapat di terapkan pada gas nyata.
Pada tahun 1873 Van Waals memberikan factor koreksi terhadap volume dan tekanan pada persamaan gas ideal ( PV = nRT ). Volume memerlukan koreksi karena molekul-molekul gas nyata mempunyai volume yang tidak dapat diabaikan. Pada gas ideal, molekul-molekulnya dianggap tidak mempunyai volume, sehingga tempat merupakan ruang kosong, kedalam molekul-molekul gas laindapat dimasukan bila gas dimampatkan. Dalam persamaan barunya Van Der Waals mengurangi volume gas terukur dengan volume gas efektif total molekul-molekul gas sebesar nb. Dengan kata lain, volume suatu molekul bukanlah V
melainkan (V – nb), dengan b adalah factor koreksi dari volume yang diabaikan per mol, dan n adalah mol gas.
Factor koreksi juga diperlukan pada tekanan karena adanya interaksi antara molekul pada gas nyata yang mengakibatkan gerakannya menjadi tidak lurus dan kecepatannya menjadi lebih kecil dibandingkan gas ideal. Keadaan ini mengakibatkan tumbukan molekul-molekul gas nyata pada dinding lebih jarang terjadi di banding gas ideal sehingga tekanannya lebih kecil dari tekanan gas ideal.
Van Der Waals memberikan koreksi sebesar n²a
V² yang ditambahkan pada tekanan terukur.
Dengan memasukan kedua factor koreksi kedalam persamaan gas idel, maka diperoleh persamaan :
Persamaan ini disebut persamaan Van Der Waals untuk gas nyata, dengan a
Contoh 1.16 :
Hitung tekanan yang dihasilkan oleh 1 mol CO2 pada 0oC dalam volume 1,0 , bila gas bersifat ideal. a = 3,59 L2 atm mol-2 dan b = 0,047 L mol-1. Bandingkan harganya bila gas iideal
Jawab :
P = nRT
V−nb−
n²a V² = (1) (0,0821)(273)
(1,0−0,0427) −
(1)2(3,59) (1,0)²
= 19,82 atm
Bila dihitung dengan persamaan gas ideal, maka diperoleh :
P
= nRTV= (1) (0.0821)(273)
(1,0) = 22,41 atm
Setelah dibandingkan, ternyata tekanan yang diperoleh dari tekanan gas ideal pada kondisi yang sama.
BAB III PENUTUP
3.1 SIMPULAN
molekul-molekul gas bebas bergerak ke segala arah. Molekul-molekul gas itu bergerak sangat cepat dan terus bertumbukan satu sama lain dan juga dengan dinding wadahnya. Adanya tumbukan ini menghasilkan tekanan. Tekanan didefinisikan sebagai gaya yang bekerja pada suatu bidang per satuan luas. Udara mempunyai berat sehingga menimbulkan tekanan. Untuk mengetahui adanya tekanan udara, digunakan suatu alat yang disebut barometer. Barometer sederhana dibuat pertama kali oleh Evangista Torricelli (1643).
Ada beberapa ilmuwan yang melakukan penelitian tentang gas. Penemuan mereka mengenai gas dikenal dengan hukum-hukum gas berdasarkan nama ilmuwan tersebut. Seperti hukum Boyle, hukum Charles-Gay Lussac, hukum Avogadro.
Kombinasi dalam satu pernyataan hukum Boyle, Charles, Gay Lussac dan Avogadro diperoleh suatu persamaan baru, yaitu hukum gas ideal.
Berdasarkan sifatnya, semua gas dibedakan menjadi dua, yaitu gas ideal dan gas nyata. Gas Ideal, yaitu suatu gas hipotesis yang mengikuti semua hukum-hukum gas sedangkan gas nyata, yaitu gas yang ada dalam kehidupan sehari-hari, seperti gas N2, CO2, O2, dan yang lainnya yang mengikuti hukum gas pada tekanan rendah.
3.2 SARAN
Dengan mempelajari teori mengenai gas, kita menjadi tahu bagaimana Tuhan menganugerahkan kemampuan yang luar biasa yang dimiliki manusia untuk meneliti ilmu pengetahuan sehingga apa yang diteliti dapat bermanfaat dalam kehidupan sehari-hari. Penyusun berharap dengan adanya makalah ini, pembaca terpacu untuk selalu memiliki rasa ingin tahu terhadap bidang keilmuwan dan melakukan penelitian di masa mendatang.
Daftar Pustaka
Yazid, Estien. 2005. Kimia Fisika untuk Paramedis. Andi : Yogyakarta
h ttp://kimiatip.blogspot.com/2013/04/materi-gas-dan-contoh-soalnya.html
http://sitirisnayah.blogspot.com/2013/06/tiga-wujud-materi-padat-cair-dan-gas.html
