3 termodinamika gas ideal dan gas nyata - copy

TERMODINAMIKA GAS IDEAL DAN GAS NYATA

Termodinamika Gas Ideal

Kerja yang dilakukan oleh suatu sistem dapat dinyatakan dengan W = P v.

Keadaan sistem termodinamika dapat dinyatakan dengan variabel - variabel keadaan yaitu temperatur (T), tekanan (p) dan volume (V).

Dengan demikian dapat dinyatakan kerja yang dilakukan sistem (gas) adalah untuk berubah dari suatu keadaan ke keadaan yang lain adalah :


a) Proses isotermal

P V = RT = konstan

Dalam hal ini berlaku “hukum boyle”

P1 V1 = P2 V2

b) Proses isokhorik

P = (nR/v) . T = konstan x T

Dalam hal ini berlaku “hukum Gay – lussac”

P1 / T1 = P2 / T2

c) Proses isobarik

V = (nR/p) . T = konstan x T

Dalam hal ini berlaku “hukum Charles”

V1 / T1 = V2 / T2

d) Proses adiabatik

Tidak terjadi transfer panas yang masuk dan keluar sistem.

Dengan kata lain, Q = 0

Aplikasi proses termodinamika gas ideal

Variabel tetap

Nama proses Akibat proses Persamaan energi

T Isotermal Perubahan p hanya tergantungpada perubahan V dan sebaliknya

W= nRT ln(V2/V1)

p Isobar Perubahan V hanya tergantungpada perubahan T dan sebaliknya

W= p (V2-V1)

V Isokhorik Perubahan P hanya tergantungpada perubahan T dan sebaliknya

W = 0

- Adiabatik Perubahan salah satu variabelmerubah dua variabel lainnya

W = -U


Pengukuran Tekanan Gas

Barometric pressure

Explain Torricelli’s work(1608 - 1647)

P = g h d

1 atm = 101317 N m–2

(Pascal)

= 101.32 k Pa

Pengukuran Tekanan Gas

Gas nyata

Model dalam gas ideal diasumsikan bahwa individual molekul gas tidak mempunyai volume, hal ini dikarenakan volume molekul gas ideal sangat kecil sehingga bisa diabaikan.

Gas nyata partikel-partikelnya saling berinteraksi satu sama lain, tidak seperti gas ideal. Akibatnya jarak antar molekul pada gas nyata berdekatan, sehingga peluang untuk terjadi interaksi intermolekular semakin besar.

Prilaku menyimpang gas nyata dari gas ideal terlihat ketika pada tekanan dan massa jenis yang tinggi serta temperatur yang rendah.

Pada gas nyata dikenal persamaan keadaan van der waals dengan menambahkan faktor koreksi a dan b agar sesuai dengan sifat – sifat pada gas ideal.

Gas nyata

Tekanan tinggi Massa jenis tinggi Temperatur rendah

Tekanan rendah Massa jenis rendah Temperatur tinggi

Real gas Ideal gas

Gas nyataTemperatur rendah

Gas nyataTekanan tinggi

Persamaan keadaan Van Der Waals

Fisikawan Belanda Johannes Diderik van der Waals (1837-1923) mengusulkan persamaan keadaan gas nyata, yang dinyatakan sebagai persamaan keadaan van der Waals.

Persamaan ini adalah modifikasi persamaan gas ideal dengan cara menambahkan koreksi pada P untuk mengkompensasi interaksi antarmolekul; mengurangi dari suku V yang menjelaskan volume real molekul gas. Menurut persamaan :

[P + (n2a/V2)] (V - nb) = nRT

Keterangan :a dan b adalah nilai yang ditentukan secara eksperimen untuk setiap gas dan disebut dengan tetapan van der Waals. Semakin kecil nilai a dan b menunjukkan bahwa perilaku gas semakin mendekati perilaku gas ideal.

Gas nyata dan gas ideal

Sifat Gas ideal Gas nyata

Volume Vol molekul gas diabaikan

Vol molekul gas sejati ada

Interaksi Tidak terdapat interaksi antar molekul gas

Terdapat interaksi antar molekul gas

Fase Selalu dalam fase gas Dapat menjadi cair dan padat (titik kritis)

Persamaan

Persamaan gas ideal Persamaan keadaan Van der waals

Deviasi Tidak terjadi penyimpangan karena P T (sebanding)

Penyimpangan terjadi pada P tinggi dan T rendah

Nilai tetapan gas yang umum dijumpai

Contoh soal

1) Diketahui 60 gr gas NH3 bertekanan 16,2 atm pada suhu 47oC, hitunglah volume gas dengan menggunakan persamaan gas ideal dan persamaan gas nyata van der Waals. Diketahui nilai a = 4,17 dan b = 0,0371?

2) Sebuah tangki berisi 4 liter gas oksigen (O2). Suhu gas oksigen tersebut = 20 oC dan tekanan ketika diukur pada manometer menunjukan 20 x 105 N/m2. Tentukan massa gas oksigen tersebut (massa molekul oksigen = 32 kg/kmol)

3) Hitunglah berapa joule usaha yang diperlukan 22 gram gas CO2 dari gambar grafik dibawah ini :P (atm)

V (m3)

3

7

2,5 x 10-3 5,75 x 10-3

327oC

Faktor Compresibilitas


Perbedaan antara gas ideal dan gas nyata

Preal gas < Pideal gas

Videal gas= Vreal gas – Vmolecule

Perlu faktor koreksi untuk membandingkanGas nyata dan gas ideal

Compressilbility factor (Z)

ideal

real

V

VZ

PRT

V ideal

ZRTPV

Definisi compressibility factor

Volume gas ideal

Persamaan keadaan gas nyata

Jadi sifat ideal makin didekati oleh gas nyata :a) Pada tekanan rendahb) Pada temperatur tinggi (jauh daripada temperatur kritis)

Bila faktor compressibility (Z) suatu gas diketahui pada suatu keadaan, maka dapat diadakan perhitungan untuk gas tersebut bagi besaran – besaran dalam rumus :


P . v = Z n R T

Isotermal van der waals

Titik a disebut dengan nama “titik kritis”. Dimana fasa gas dan cair berada bersama - sama

Persamaan pada titik kritis

Contoh soal

1. Z gas metana = 0.783 pada tekanan 100 atm dan temperatur 0oC. Berapa volume 160 gr gas ini ?

2. Diketahui untuk gas CO2 variabel-variabel pada kondisi kritis yaitu tekanan kritis Pc = 72,8 atm dan temperatur kritis Tc = 304,2 K. Hitunglah temperatur untuk 90 gram gas CO2 yang menempati volume 150 mL pada tekanan 12 atm?. DiketahuiAr. C = 12, O = 16