Makalah Kimia Fisika

Perilaku Gas

Oleh

Kelompok 7

Naufal Giffari R 1306447833

Nurul Hidayah1306371060

Sabila Robbani 1306415320

Sella Lametta 1306415333

Unik Yuliantina R 1306370991

Teknologi Bioproses

Departemen Teknik Kimia

Universitas Indonesia

Depok

2014

Lembar Kontribusi Kelompok

KATA PENGANTAR

PujisyukurkehadiratTuhan Yang MahaEsaatassegalalimpahanrahmatdankarunia-Nya, sehingga kami dapatmenyelesaikantugas penyusunan makalah Kimia Fisika dengan topik Perilaku Gas.Penulisan makalah ini secara khuss dimaksudkan untuk menyelesaikan tugas akhir tengah semester dari salah satu mata kuliah wajib Teknologi Bioproses yaitu Kimia Fisika sekaligus diharapkan mampu menjadi media pembelajaran yang bermanfaat untuk masyarakat secara umum.Selesainya penyusunan makalah ini merupakan hasil dari kerja keras dan bantuan dari berbagai pihak dan sumber informasi terpercaya lainnya. Oleh karena itu, kami selaku penyusun, mengucapkan terima kasih yang tulus untuk semua pihak yang ikutserta membantu dan terlibat dalam penyusunan makalah ini.Semoga Allah SWT membalasnyadengan yang lebihbaik.

Akhir kata Tiadagading yang takretak, tiadamanusia yang sempurna begitupundengankaryatulisini.Kami menyadaribahwakaryatulisinimasihjauhdarisempurna, olehkarenaitu kami mengharapkan saran dankritik yang bersifatmembangununtuklebihmenyempurnakanmakalahini.Akhir kata kami ucapkansemogakaryatulisinidapatbermanfaat.DAFTAR ISI

Cover ...........................................................................................................1

Lembar Kontribusi Kelompok ..................................................................2Kata Pengantar.............................................................................................3Daftar Isi.......................................................................................................4ISI

Bab 1 : Dasar Teori

1.1 The States of Gases.....................................................................51.2 The Gas Law...............................................................................61.3 Molecular Interactions.................................................................121.4 The Van der Waals Equation.....................................................151.5 The Principle of Corresponding States .......................................17Bab 2 : Pembahasan Soal

Soal 1.16 ...........................................................................................20

Soal 1.7.............................................................................................21

Bab 3 : Kesimpulan ......................................................................................22Daftar Pustaka ..............................................................................................231.1 Keadaan GasKeadaan fisik dari suatu material didefinisikan dengan sifat-sifat fisiknya. Keadaan gas diekspresikan melalui Volume (V), jumlah mol (n), tekanan (p), dan temperatur (T).

Bentuk umum persamaan keadaan

p = f(T,V,n)

Persamaan ini menjelaskan apabila nilai dari T, V , dan n sudah diketahui maka tekanan atau pressure mempunyai nilai yang tetap.

1. Tekanan

Tekanan didefinisikan sebagai gaya dibagi luas dimana gaya tersebut bekerja.

Semakin besar gaya yang diberikan pada suatu luas area, semakin besar tekanannya.

P= F/A

Satuan SI untuk tekanan adalah Pascal (Pa), 1 Pa= 1 Newton/meter2.

1 Pa = I kg m-1 s-2.

Beberapa satuan lain yang umumnya digunakan untuk menyatakan tekanan atmosfer yaitu 1 atm = 1,01325X 105 Pa dan 1 bar = 105 Pa.

Tekanan diukur dengan menggunakan alat yang dinamakan barometer.

2. Temperatur

Temperatur, T adalah sifat yang menandakan arah aliran energi secara konduksi thermal . jika energi mengalir dari A ke B ketika mereka di dalam kontak, maka dapat dikatakan bahwa A mempunyai temperatur yang lebih tinggi dibandingkan B.

Ada dua jenis batasan yang memisahkan objek-objek yaitu diatermis dan adiabatik. Diatermis yaitu ketika perubahan keadaan diamati ketika dua objek pada temperatur yang berbeda dibawa ke dalam kontak. Sedangkan batasan adiabatik jika tidak terjadi perubahan walaupun dua objek mempunyai temperatur yang berbeda.

Keseimbangan thermal terjadi jika tidak ada perubahan keadaan ketika dua objek A dan B berada di dalam kontak pada batasan diatermis. Hal ini dinyatakan oleh Hukum 0 Termodinamika.

Jia A di dalam kesetimbangan thermal dengan B, dan B berada di dalam kesetimbangan thermal dengan C, maka C juga berada di dalam kesetimbangan thermal dengan A.

1.2 Hukum-Hukum Gas

1. Hukum Boyle

Dari beberapa hubungan diantara variabel-variabel gas, yang pertama ditemukan adalah hubungan antara tekanan dan volume. Hubungan ini dikemukakan pada tahun 1662 oleh Robert Boyle. Boyle mengemukakan bahwa:

Volume sejumlah gas pada suhu tetap berbanding terbalik terhadap tekanan gasnya.

Hubungan antara tekanan (p) dan volume (V) suatu gas yang berada di ruang tertutup ini diteliti oleh Robert Boyle. Saat melakukan percobaan tentang hubungan antara tekanan dan volume gas dalam suatu ruang tertutup, Robert Boyle menjaga agar tidak terjadi perubahan temperatur pada gas (isotermal). Dari data hasil pengamatannya, Boyle mendapatkan bahwa hasil kali antara tekanan (p) dan volume (V) gas pada suhu tetap adalah konstan.

Suatu gas yang berada di dalamtabungdengantutup yang dapatditurunkanataudinaikkan, sedangdiukurtekanannya. Dari gambartersebutdapatdilihatbahwasaattuastutuptabungditekan, volume gas akanmengecildanmengakibatkantekanan gas yang terukurolehalatpengukurmenjadimembesar.

Secaramatematis, hubunganantaratekanandan volume dinyatakandenganpersamaan:

P atau P = atau PV = (suatu konstanta)PV = konstanataup1V1 = p2V2Dalambentukgrafik, hubunganantaratekanan (p) dan volume (V) dapatdilihatpadaGambar1.

Gambar 1

Sumber : Atkins peter, 2006, Physical Chemistry 8th edition, New York, W.H Freeman Company2. Hukum Charles

Hubunganantara volume gas dansuhuditemukanolehfisikiawanPerancis Jacques Charles padatahun 1787 dansecaraterpisaholeh Joseph Louis GayLussac yang mempublikasikannyapadatahun 1802.

Secaragrafik, hukum Charles dapatdigambarkansepertipadagambar di bawah.Gambartersebutmelukiskansejumlah gas yang terdapatdalamsilinder.Tekanandipertahankantetapsedangkansuhubervariasi.Volume gas bertambahketikasuhudinaikkanatauberkurangketikasuhudirendahkan; hubungannya linear (garislurus).Tigakemungkinanditunjukkandalamgambar.

Gambaranumum yang diperolehdarigarispadagrafikadalahtitikperpotongannyadengansumbusuhu.Meskipunberbedapadasetiapsuhu, volume gas untukketigakasus yang ditunjukkansemuanyamencapainilainolpadasuhudibawah -270C (tepatnyapada -273,15C). Suhu 273,15C berhubungandengankeadaandimana volume hipotetis gas akannolpadasuhumutlak nol. Titikini yang nantinyadijadikansebagaiskala Kelvin. HubunganantaraCelciusdenganskala Kelvin adalah:

Gambar 2

Sumber : Atkins peter, 2006, Physical Chemistry 8th edition, New York, W.H Freeman CompanyJadi, hukum Charles dapat dinyatakan dengan, Volume dari sejumlah gas pada tekanan konstan adalah berbanding lurus dengan suhu Kelvin (mutlak).Secaramatematisdapatditulis:

Dengan:

V = volume gas (m3) ,T = temperature gas (K), k = konstanta

Hukum Charles dapatdisusunkembalimenjadipersamaan :

V1= volume awal, T1=suhuawal, V2= volume akhir, T2=suhuakhirDari persamaandiatasdapatdilihatbahwamelipatduakansuhu Kelvin (mutlak) dari gas menyebabkanvolumenyamenjadibertambahdua kali. (Peningkatansuhu gas dari 1C menjadi 2C ataudari 1F menjadi 2F, tentusajatidakakanmenyebabkanvolumenyabertambahmenjadidua kali).3. Hukum Gay-Lussac

Gay-Lussac, seorangilmuwanasalPrancis, menelitihubunganantaratekanan gas (P) dantemperatur (T) gas pada volume tetap.Apabilabotoldalamkeadaantertutupkitamasukkankeapi, makabotoltersebutakanmeledak. Hal initerjadikarenanaiknyatekanan gas di dalamnyaakibatkenaikansuhu.Dengandemikian, dapatdikatakanbahwa:

Apabila volume gas yang beradapadaruangtertutupdijagakonstan, makatekanan gas berbandinglurusdengansuhumutlaknya.PernyataantersebutdikenaldenganHukum Gay Lussac.Secaramatematisdapatdituliskan:

Dengan:

P1 = tekanan gas pada keadaan 1 (N/m2) T1 = suhu mutlak gas pada keadaan 1 (K)

P2 = tekanan gas pada keadaan 2 (N/m2) T2 = suhu mutlak gas pada keadaan 2 (K)

Hubungan antara tekanan dan suhu gas pada volume konstan dapat dilukiskan dengan grafik seperti yang tampak pada Gambar.

Gambar 3

Sumber : Atkins peter, 2006, Physical Chemistry 8th edition, New York, W.H Freeman Company4. Hukum Avogadro

Pada tahun 1808, Gay-Lussac melaporkan bahwa gas bereaksi berdasarkan volume dengan rasio berupa bilangan bulat yang kecil. Satu penjelasan yang diajukan adalah bahwa volume gas yang sama pada suhu dan tekanan yang sama mengandung sejumlah atom yang sama. Namun, Dalton tidak sependapat dengan usulan itu. Jika usulan Gay-Lussac memang benar, maka reaksi hidrogen dan oksigen untuk membentuk air akan menjadi H(g) + O(g)(HO(g) , dengan menggabungkan volume 1:1:1, bukannya 2:1:2 sebagaimana yang diamati.

Pada tahun 1811, Amedeo Avogadro memecahkan dilema ini dengan mengajukan bukan saja hipotesis volume sama - jumlah sama, melainkan juga bahwa molekul gas dapat pecah menjadi setenggah molekul jika molekul-molekul itu bereaksi. Dengan menggunakan istilah modern, kita akan mengatakan bahwa molekul O2 terbelah menjadi atom-atomnya, yang kemudian bergabung dengan molekul H2 membentuk molekul H2O. dengan cara ini, volume oksigen yang diperlukan hanya setengah dari volume hidrogen.

Hipotesis Avogadro tentang volume sama jumlah sama dapat dinyatakan dengan dua cara:

1) Volume yang sama dari gas-gas berbeda yang dibandingkan pada suhu dan tekanan sama akan mengandung jumlah molekul yang sama.

2) Jumlahmolekul yang samadari gas-gas berbeda yang dibandingkanpadasuhudantekanansamaakanmenempati volume yang sama.

Hubungan yang mengikuti hipotesis Avogadro, sering disebut Hukum Avogadro, yaitu:

Pada suhu dan tekanan tetap, volume gas berbanding lurus dengan jumlah gas.Jika jumlah mol gas (n) dilipat-duakan, volumenya akan berlipat-dua, dan seterusnya. Secara matematis dapat dinyatakan dengan:

V n dan V = c x n

Pada STP, jumlah molekul yang terkandung dalam 22,4 L gas adalah 6,02 x 1023, atau 1 mol. 1 mol gas = 22,4 L gas (pada STP)

5. Persamaan Gas Ideal

Gabungandalamsatupernyataandarihukum Boyle, Charles, Gay-Lussac, serta Avogadro inidisebuthukum gas ideal.

Hal tersebut berarti volume gas berbanding lurus terhadap jumlah gas dan suhu serta berbanding terbalik terhadap tekanan, yaitu :

Gas yang perilakunya sesuai dengan persamaan gas ideal dikatakan gas ideal atau gas sempurna (perfect gas). Sebelum didapatkan rumus diatas, diperlukan satu nilai konstanta R yang disebut konstanta gas. Cara yang paling sedehana untuk mendapatkan nilai tersebut yaitu dengan mensubstitusikan volume molar gas ideal. Namun, nilai R kemudian bergantung pada satuan apayang digunakan untuk menyatakan tekanan dan volume. Dengan volume molar 22,4140 L dan tekanan dalam atmosfir, maka kita dapatkan:

R = = = 0,082057 L atm mol-1 K1

Dengan menggunakan satuan SI m3 untuk volume Pa untuk tekanan, dihasilkan :

R = = m3 = 8,3145 m3 Pa mol-1 K-1

Satuan m3 Pa mol-1 K-1jugamempunyaisignifikansilain. Pascal memiliki satuan kg m-1 s-2 sehingga satuan m3 Pa menjadi kg m2 s-2, yaitu satuan SI untuk energy, joule. Jadi, R juga memiliki nilaiR= 8,3145 J mol-1 K-1

1.3 Interaksi Molekular

Interaksi antar molekul dibagi menjadi dua jenis, yaitu :

Gaya Tolak-menolak

Padainteraksiiniterjadipemuaian gas ketikamolekulsatudengan yang lainnyaberdekatandanterjadipadatekanan yang tinggi.

Gaya Tarik-menarik

Padainteraksiiniadanyatekananterhadap gas karenaberlangsungpadatekanansedangdandapatmempengaruhiinteraksiantarmolekulmeskipunjaraknyajauh.

a) FaktorKompresibilitas (Z)

Faktorkompresibilitasmerupakanperbandingan volume molar hasilpengukuran (Vm) dengan volume molar gas ideal (Vmo) ketikatekanandan temperature sama.

Volume molar pada gas ideal memilikinilai yang samadengan RT/p, maka :

pVm = RTZ

Berdasarkan grafik disamping, jika nilai Z=1 maka akan menghasilkan gas ideal. Pada tekanan yang sangat rendah, gas menunjukkan nilai Z mendekati 1yaitu mendekati gas ideal. Namun, pada tekanan tinggi, gas memiliki nilai Z lebih dari 1 (Z>1) dan pada keadaan ini gaya tolak menolak lebih dominan. Pada tekanan yang sedang, gas memiliki nilai Z lebih kecil dari 1 (Z