HUKUM HUKUM GAS

Hukum BoyleHukum Boyle (atau sering direferensikan sebagai Hukum Boyle-Mariotte) adalah salah satu dari banyak hukum kimia dan merupakan kasus khusus dari hukum kimia ideal. Hukum Boyle mendeskripsikan kebalikan hubungan proporsi antara tekanan absolut dan volume udara, jika suhu tetap konstan dalam sistem tertutup.[1] [2] Hukum ini dinamakan setelah kimiawan dan fisikawan Robert Boyle, yang menerbitkan hukum aslinya pada tahun 1662.[3] Hukumnya sendiri berbunyi:Untuk jumlah tetap gas ideal tetap di suhu yang sama, P [tekanan] dan V [volume] merupakan proporsional terbalik (dimana yang satu ganda, yang satunya setengahnya).—[2]Robert Boyle menyatakan tentang sifat gas bahwa massa gas (jumlah mol)dan temperatur suatu gas dijaga konstan, sementara volume gas diubah ternyata tekanan yang dikeluarkan gas juga berubah sedemikian hingga perkalian antara tekanan (P) dan volume (V) , selalu mendekati konstan. Dengan demikian suatu kondisi bahwa gas tersebut adalah gas sempurna (ideal).

Kemudian hukum ini dikenal dengan Hukum Boyle denganpersamaan :RUMUS:P1V1 = selalu konstanAtau , jika P1 dan V1 adalah tekanan awal dan volume awal,sedangkan P2 dan V2 adalah tekanan dan volume akhir, maka :RUMUS:

P1.V1 = P2.V2= konstan.

Syarat berlakunya hukum Boyle adalah bila gas berada dalam keadaan ideal (gas sempurna), yaitu gas yang terdiri dari satu atau lebih atom-atom dan dianggap identik satu sama lain. Setiap molekul tersebut tersebut bergerak swcara acak, bebas dan merata serta memenuhi persamaan gerak Newton. Yang dimaksud gas sempurna (ideal) dapat didefinisikan bahwa gasyang perbangdingannya PV/nT nya dapat idefinisikan sama dengan R pada setiap besar tekanan. Dengan kata lain, gas sempurna pada tiap besar tekanan bertabiat sama seperti gas sejati pada tekanan rendah.Persaman gas sempurna :P.V = n.R.TKeterangan :

P : tekanan gasV : volume gasn : jumlah mol gasT : temperatur mutlak ( Kelvin)R : konstanta gas universal(0,082liter.atm.mol-1.K-1)

DefinisiHubungan dengan teori kinetis dan udara idealHukum Boyle menyatakan bahwa "dalam suhu tetap" untuk massa yang sama, tekanan absolut dan volume udara terbalik secara proporsional. Hukum ini juga bisa dinyatakan sebagai: secara agak berbeda, produk dari tekanan absolut dan volume selalu konstan.Kebanyakan udara berjalan seperti udara ideal saat tekanan dan suhu cukup. Teknologi pada abad ke-17 tidak dapat memproduksi tekanan tinggi atau suhu rendah. Tetapi, hukum tidak mungkin memiliki penyimpangan pada saat publikasi. Sebagai kemajuan dalam teknologi membolehkan tekanan lebih tinggi dan suhu lebih rendah, penyimpangan dari sifat udara ideal bisa tercatat, dan hubungan antara tekanan dan volume hanya bisa akurat, dijelaskan sebagai teori udara sesungguhnya.[7] Penyimpangan ini disebut sebagai faktor kompresibilitas.Robert Boyle (dan Edme Mariotte) menyatakan bahwa hukum tersebut berasal dari eksperimen yang mereka lakukan. Hukum ini juga bisa berasal secara teori, berdasarkan anggapan bahwa atom dan molekul dan asumsi tentang gerakan dan elastis sempurna (lihat teori kinetis udara). Asumsi tersebut ditemukan dengan resisten hebat dalam komunitas ilmiah positif saat itu, tetapi, saat mereka terlihat, merupakan konstruksi teoretis murni yang tidak ada sedikit pun bukti pengamatan.Pada tahun 1738, Daniel Bernoulli, mengembangkan teori Boyle menggunakan Hukum Newton dengan aplikasi tingkat molekul. Ini tetap tidak digubris sampai kira-kira tahun 1845, dimana John Waterston menerbitkan bangunan kertas dengan persepsi utama adalah teori kinetis; tetap tidak digubris oleh Royal Society of England. Kemudian, James Prescott Joule, Rudolf Clausius, dan Ludwig Boltzmann menerbitkan teori kinetis udara, dan menarik perhatian teori Bernoulli dan Waterston.[8]Debat antara proponen energetika dan atomisme mengantar Boltzmann untuk menulis buku pada tahun 1898, dimana membuahkan kritik dan mengakibatkan ia bunuh diri pada tahun 1906.[8] Albert Einstein, pada tahun 1905, memperlihatkan bagaimana teori kinetis berlaku kepada Gerakan Brown dengan partikel yang berisi fluida, dikonfirmasi tahun 1908 oleh Jean Perrin.[8]PersamaanPersamaan matematis untuk Hukum Boyle adalah:

dimana:p berarti sistem tekanan.V berarti volume udara.k adalah jumlah konstan tekanan dan volume dari sistem tersebut.Selama suhu tetap konstan, jumlah energi yang sama memberikan sistem persis selama operasi dan, secara teoritis, jumlah k akan tetap konstan. Akan tetapi, karena penyimpangan tegak lurus diterapkanm, kemungkinan kekuatan probabilistik dari tabrakan dengan partikel lain, seperti teori tabrakan, aplikasi kekuatan permukaan tidak mungkin konstan secara tak terbatas, seperti jumlah k, tetapi akan mempunyai batas dimana perbedaan jumlah tersebut terhadap a.Kekuatan volume v dari kuantitas tetap udara naik, menetapkan udara dari suhu yang telah diukur, tekanan p harus turun secara proporsional. Jika dikonversikan, menurunkan volume udara sama dengan meninggikan tekanan.

Hukum Boyle biasa digunakan untuk memprediksi hasil pengenalan perubahan, dalam volume dan tekanan saja, kepada keadaan yang sama dengan keadaan tetap udara. Sebelum dan setelah volume dan tekanan tetap merupakan jumlah dari udara, dimana sebelum dan sesudah suhu tetap (memanas dan mendingin bisa dibutuhkan untuk kondisi ini), memiliki hubungan dengan persamaan:

Hukum Boyle, Hukum Charles, dan Hukum Gay-Lusaac menghasilkan hukum kombinasi udara. Tiga hukum udara tersebut berkombinasi dengan Hukum Avogadro dan disamaratakan dengan hukum udara ideal.Contoh penggunaanPergantian tekanan dalam penyuntikMeniup balonPeningkatan ukuran gelembung saat mereka naik ke permukaan.Kematian makhluk laut dalam karena perubahan tekanan.Masalah pada telinga di ketinggian tinggi.

Hukum Avogadro

Hukum Avogadro (Hipotes Avogadro, atau Prinsip Avogadro) adalah hukum gas yang diberi nama sesuai dengan ilmuwan Italia Amedeo Avogadro, yang pada 1811 mengajukan hipotesis bahwa:Gas-gas yang memiliki volum yang sama, pada temperatur dan tekanan yang sama, memiliki jumlah partikel yang sama pula.Artinya, jumlah molekul atau atom dalam suatu volum gas tidak tergantung kepada ukuran atau massa dari molekul gas. Sebagai contoh, 1 liter gas hidrogen dan nitrogen akan mengandung jumlah molekul yang sama, selama suhu dan tekanannya sama. Aspek ini dapat dinyatakan secara matematis,

.dimana:V adalah volum gas.n adalah jumlah mol dalam gas tersebut.k adalah tetapan kesebandingan.Akibat paling penting dari hukum Avogadro adalah bahwa Konstanta gas ideal memiliki nilai yang sama bagi semua gas. Artinya, konstanta

dimana:p adalah tekanan gasT adalah temperaturmemiliki nilai yang sama untuk semua gas, tidak tergantung pada ukuran atau massa molekul gas. Hipotesis Avogadro dibuktikan melalui teori kinetika gas.Satu mol gas ideal memiliki volum 22.4 liter pada kondisi standar (STP), dan angka ini sering disebut volum molar gas ideal. Gas-gas nyata (non-ideal) memiliki nilai yang berbeda.Sedikit penambahan oleh "Skillink"

MAKALAH FISIKA HUKUM BOYLE

BAB IPENDAHULUANA. Latar BelakangGas merupakan suatu zat yang molekul atau partikelnya bergerak bebas. pada bab ini akan dipelajari mengenai sifat mikroskopik dari suatu gas dengan meninjau dari tekanan, volum dan suhu yang sering disebut dengan teori kinetik gas. selain itu akan dipelajari juga ilmu tentang energi yang sering disebut termodinamika, yang secara spesifik membahas tentang hubungan antara energi panas dengan kerja. energi dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk lain, baik secara  alami maupun hasil rekayasa teknologi. selain itu energi di   alam   semesta   bersifat   kekal,   tidak   dapat   dibangkitkan   atau dihilangkan,  yang  terjadi  adalah  perubahan  energi  dari  satu  bentuk menjadi bentuk lain tanpa ada pengurangan atau penambahan. hal ini erat hubungannya dengan hukum – hukum dasar pada termodinamika.B. Rumusan Masalah Maka dirumuskan permasalahan sebagai berikut :Apa persamaan teori kinetik gas ideal?Apa pengertian dan hukum-hukum termodinamika?C. Tujuanpenulisan makalah ini diharapkan mampu memberikan manfaat sebagai berikut :Memberikan tambahan pengetahuan kepada pembaca tentang persamaan teori kinetik gas ideal.Memberikan penjelasan tentang hal – hal dasar yang sering dilupakan dalam thermodinamika.Memberikan pengetahuan kepada pembaca tentang pengertian dan hukum-hukum termodinamika.BAB II PEMBAHASANA. Teori Kinetik Gas IdealDalam hal ini yang disebut gas ideal adalah gas yang memenuhi asumsi-asumsi sebagai berikut :Terdiri atas partikel dalam jumlah yang banyak dan tidak ada gaya tarik-menarik antarpatikelSetiap partikel gas selalu bergerak dengan arah acak(sembarang)Ukuran partikel diabaikan terhadap ukuran wadahSetiap tumbukan yang terjadi secara lenting sempurna.Partikel-partikel gas terdistribusi merata pada seluruh ruang dalam wadah.Gerak partikel gas memenuhi hukum newton tentang gerak.Berdasarkan eksperimen persamaan keadaan gas yang telah dilakukan dengan mengubah besaran tekanan, volum, dan suhu ternyata ada kesebandingan antara hasil kali tekanan dan volum terhadap suhu yaitu sebagai berikut :PV  ?  Tdemikian juga dengan massa system gas setelah divariasi dengan tekanan, volum, dan suhu terdapat kesebandingan yaitu sebagai berikut :

PV  ?  MT

untuk membuat persamaan diatas menjadi sempurna maka diperlukan suatu konstanta pembanding yang nilainya sama untuk semua gas. dari hasil eksperimen nilai konstanta pembanding adalah berbeda untuk setiap gas jika kita menggunakan satuan massa tetapi menggunakan mol. 1 mol didefinisikan sebagai jumlah zat yang ada pada 12 gram atom karbon-12 yaitu sebanyak 6,02 x 1023 partikel. bilangan 6,02 x 1023 disebut bilangan avogrado(na)dengan demikian mol zat dapat dinyatakan dalam jumlah partikel n seperti berikut :n =      atau   n = n nadengann = jumlah zat (mol)n = banyaknya partikel (molekul)na = bilangan avogrado (6,02 x 1023)konstanta perbandingan universal, yang berlaku untuk semua gas adalah r (konstanta gas universal) sehingga persamaan keadaan gas ideal dapat ditulis manjadi seperti berikut.pv=nrtdenganp=tekanan gas (atm atau n/m2)v = volum gas (m3 atau liter)n = jumlah mol gas (mol)r = tetapam gas universal (8,31 j/mol k)t = suhu gas (k)oleh karena n =       maka persamaan keadaan gas ideal dapat dinyatakan dalam jumlah molekul.pv =  rtpv = nktdengan k =  = tetapan boltzman (1,38×10-23 j/k)p = tekanan gas (n/m2)v = volum gas (m3)n = jumlah molekult = suhu gas (k)jika ditinjau dari sudut pandang mikroskopik, partikel-partikel zat saling memberikan gaya tarik berasal dari sifat elektris maupun gravitasinya (hukum newton tentang gravitasi). selain gaya tarik antarpartikel juga terdapat gaya tolak antarpartikel yang berasal dari sifat elektris inti atom yang bermuatan positif. massa atom terpusat pada inti atom sehingga juka jarak atom terlalu dekat maka akan terjadi gaya tolak yang cukup besar dari atom-atom tersebut. dengan demikian, terdapat jarak minimum yang harus dipertahankan oleh atom-atom tersebut agar tidak terjadi gaya tolak.persamaan keadaan gas idealpersamaan gas ideal adalah suatu persamaan yang menyetakan hubungan antara tekanan, volume, dan suhu suatu gas. berikut persamaan yang ditemukan dalam bentuk hukum fisika.hukum boyle

hukum boyle yang berbunyi bila massa dan suhu suatu gas dijaga konstan maka volum gas akan berbanding terbalik dengan tekanan mutlak, yang dikemukakan oleh robert boyle (1627-1691).

keterangan =pernyataan lain dari hukum boyle adalah bahwa hasil kali antara tekanan dan volum akan bernilai konstan selama massa dan suhu gas dijaga konstan. secara matematis dapat di tulispv=cketerangan =p = tekanan gas (n/ m2 atau pa)v = volum gas (m3)c = tetapan berdimensi usahacontoh soaldalam suatu wadah terdapat 4 liter gas dengan tekanan 4 atm dan suhu 470c. kemudian tekanan gas menjadi 1/4 dari tekanan semula dan suhu gas dijaga konstan. berapakah volum gas sekarang?pembahasan :p1 = 4 atm                                          dari hukum boyle, pada suhu tetap hubungan yangp2 = ¼ p1 = 1 atm                            berlaku adalah :  p1.v1 = p2.v2t = 470c                                               v2 =  =v1 = 4l                                                       = 16 literv2 =….?                                             jadi, volum gas sekarang adalah 16 liter.hukum charleshukum charles berbunyi volum gas berbanding lurus dengan suhu mutlak, selama massa dan tekanan gas dijaga konstan, dikemukakan oleh jacques charles tahun 1787. dengan demikian volum dan suhu suatu gas pada tekanan konstan adalah berbanding lurus dan secara matematis kesebandingan tersebut dapat dituliskan sebagai berikut.v = kt, dengan k adalah konstantakemudian untuk gas dalam suatu wadah yang mengalami perubahan volum dan suhu dari keadaan 1 ke keadaan 2 saat tekanan dan massa dijaga konstan, dapat dirumuskan berikut :=dengan v1 = volum gas mula-mula (m3)v2 = volum gas akhir (m3)t1 = suhu gas mula-mula (k)t2 = suhu gas akhir (k)contoh soalgas dalam ruang tertutup memiliki volum 1 liter pada tekanan 10 atm dan suhu 470c. gas dipanaskan pada tekanan tetap sehingga suhunya menjadi 770c. berapakah volum gas sekarang?pembahasanp = 10 atm                             pada tekanan tetap berlaku hubungan seperti berikut.v1 = 1l                                                 =t1 = 470c = 320 k                               =    è v2 =  = 1,094 liter

t2 = 770c = 350 k                  jadi, volum gas sekarang adalah 1,094 literhukum gay lussacpada volume konstan, tekanan gas berbanding lurus dengan suhu mutlak gas. hubungan ini dikenal dengan julukan hukum gay-lussac, dinyatakan oleh joseph gey lussac (1778-1850). secara matematis ditulis sebagai berikut :atau  p = c.t= c   ===>  v = tetapuntuk gas dalam suatu wadah yang mengalami pemanasan dengan volum dijaga tetap, pada proses 1 dan 2 hukum gey lussac dapat ditulis seperti berikut :=     ===>  v = tetapdengan  p1 = tekanan mula-mula (atm)p2 = tekanan akhir (atm)t1 = suhu mutlak mula-mula (k)t2 = suhu akhir (k)contoh soalgas dalam ruang tertutup memiliki volum 2,5 liter, tekanan 2 atm, dan suhu 270c. berapakah tekanan gas tersebut jika suhu dinaikan menjadi 670c pada volum tetap?pembahasan :v = 2,5 l                                  pada volum tetap berlaku hukum gey lussac,p1 = 2 atm                              =     ==>   p2 =   p1   ==>  p2 =    x 2t1 = 270c = 300k                   p2 = 2.27 atmt2 = 670c = 340k                   jadi, tekanan gas pada suhu 670c adalah 2,27 atmhukum boyle-gay lussacsuatu rumus turunan dari perkembangan dari hukum boyle dan gay lussac yaitu persamaan keadaan gas yang lebih umum yang menghubungkan besaran tekanan, volum, dan suhu dalam berbagai keadaaa, sehingga memperoleh persamaan berikut := c   apabila dalam dua keadaan maka dapat ditulis dengan  =keteranganp1 = tekanan gas mula-mula (n/m2)v1 = volum gas mula-mula (m3)t1 = suhu mutlak gas mula-mula (k)p2 = tekanan gas akhir (n/m2)v2 = volum gas akhir (m3)t2 = suhu mutlak gas akhir (k)contoh soalmassa jenis suatu gas pada suhu t dan tekanan p adalah p. jika tekanan gas tersebut dijadikan 2p dan suhunya diturunkan menjadi 0,5 t. tentukanlah massa jenis akhir?pembahasan :p1 = pp2 = 2pt1 = tt2 = 0,5tv1 =v2 =teori termodinamika

pada termodinamika terdapat empat proses yaitu isobarik, isothermal, iskhorik, adiabatik. proses-proses tersebut digunakan di dalam hukum i termodinamika.proses isobarik (tekanan selalu konstan)dalam proses isobarik, tekanan sistem dijaga agar selalu konstan. karena yang konstan adalah tekanan, maka perubahan energi dalam (delta u), kalor (q) dan kerja (w) pada proses isobarik tidak ada yang bernilai nol. dengan demikian, persamaan hukum pertama termodinamika tetap utuh seperti semula :perubahan tekanan dan volume gas pada proses isobarik digambarkan melalui grafik di bawah :mula-mula volume sistem = v1 (volume kecil). karena tekanan dijaga agar selalu konstan maka setelah kalor ditambahkan pada sistem, sistem memuai dan melakukan kerja terhadap lingkungan. setelah melakukan kerja terhadap lingkungan, volume sistem berubah menjadi v2 (volume sistem bertambah). besarnya kerja (w) yang dilakukan sistem = luasan yang diarsir.proses isotermal (suhu selalu konstan)dalam proses isotermal, suhu sistem dijaga agar selalu konstan, suhu gas ideal berbanding lurus dengan energi dalam gas ideal (u = 3/2 nrt). karena t tidak berubah maka u juga tidak berubah. dengan demikian, jika diterapkan pada proses isotermal, persamaan hukum pertama termodinamika akan berubah bentuk seperti ini :dari hasil ini, kita bisa menyimpulkan bahwa pada proses isotermal (suhu konstan), kalor (q) yang ditambahkan pada sistem digunakan sistem untuk melakukan kerja (w).perubahan tekanan dan volume sistem pada proses isotermal digambarkan melalui grafik di bawah :mula-mula volume sistem = v1 (volume kecil) dan tekanan sistem = p1 (tekanan besar). agar suhu sistem selalu konstan maka setelah kalor ditambahkan pada sistem, sistem memuai dan melakukan kerja terhadap lingkungan. setelah sistem melakukan kerja terhadap lingkungan, volume sistem berubah menjadi v2 (volume sistem bertambah) dan tekanan sistem berubah menjadi p2 (tekanan sistem berkurang). bentuk grafik melengkung karena tekanan sistem tidak berubah secara teratur selama proses. besarnya kerja yang dilakukan sistem = luasan yang diarsir.proses isokorik (volume selalu konstan)dalam proses isokorik, volume sistem dijaga agar selalu konstan. maka sistem tidak bisa melakukan kerja pada lingkungan. demikian juga sebaliknya, lingkungan tidak bisa melakukan kerja pada sistem.jika diterapkan pada proses isokorik, persamaan hukum pertama termodinamika akan berubah bentuk seperti ini :dari hasil ini, kita bisa menyimpulkan bahwa pada proses isokorik (volume konstan), kalor (q) yang ditambahkan pada sistem digunakan untuk menaikkan energi dalam sistem.perubahan tekanan dan volume sistem pada proses isokorik digambarkan melalui grafik di bawah :mula-mula tekanan sistem = p1 (tekanan kecil). adanya tambahan kalor pada sistem menyebabkan energi dalam sistem bertambah. karena energi dalam sistem bertambah maka suhu sistem (gas ideal) meningkat (u = 3/2 nrt). suhu berbanding lurus dengan tekanan. karenanya, jika suhu sistem meningkat, maka tekanan sistem bertambah (p2).

karena volume sistem selalu konstan maka tidak ada kerja yang dilakukan (tidak ada luasan yang diarsir).proses adiabatik dalam proses adiabatik, tidak ada kalor yang ditambahkan pada sistem atau meninggalkan sistem (q = 0). proses adiabatik bisa terjadi pada sistem tertutup yang terisolasi dengan baik. untuk sistem tertutup yang terisolasi dengan baik, biasanya tidak ada kalor yang dengan seenaknya mengalir ke dalam sistem atau meninggalkan sistem. proses adiabatik juga bisa terjadi pada sistem tertutup yang tidak terisolasi. untuk kasus ini, proses harus dilakukan dengan sangat cepat sehingga kalor tidak sempat mengalir menuju sistem atau meninggalkan sistem.jika diterapkan pada proses adiabatik, persamaan hukum pertama termodinamika akan berubah bentuk seperti ini :apabila sistem ditekan dengan cepat (kerja dilakukan terhadap sistem), maka kerja bernilai negatif. karena w negatif, maka u bernilai positif (energi dalam sistem bertambah). sebaliknya jika sistem berekspansi atau memuai dengan cepat (sistem melakukan kerja), maka w bernilai positif. karena w positif, maka u bernilai negatif (energi dalam sistem berkurang).energi dalam sistem (gas ideal) berbanding lurus dengan suhu (u = 3/2 nrt), karenanya jika energi dalam sistem bertambah maka sistem juga bertambah. sebaliknya, jika energi dalam sistem berkurang maka suhu sistem berkurang.perubahan tekanan dan volume sistem pada proses adiabatik digambarkan melalui grafik di bawah :kurva adiabatik pada grafik ini (kurva 1-2) lebih curam daripada kurva isotermal (kurva 1-3). perbedaan kecuraman ini menunjukkan bahwa untuk kenaikan volume yang sama, tekanan sistem berkurang lebih banyak pada proses adiabatik dibandingkan dengan proses isotermal. tekanan sistem berkurang lebih banyak pada proses adiabatik karena ketika terjadi pemuaian adiabatik, suhu sistem juga berkurang. suhu berbanding lurus dengan tekanan, karenanya apabila suhu sistem berkurang, maka tekanan sistem juga berkurang. sebaliknya pada proses isotermal, suhu sistem selalu konstan. dengan demikian pada proses isotermal suhu tidak ikut mempengaruhi penurunan tekanan.daftar pustakahilman, setiawan. 2007.fisika untuk sma dan ma kelas xi. piranti darma kalokatama.jakarta.

Hukum Keadaan Standar Dan Hukum Gas IdealKata Kunci: cairan, Gas Ideal, Hukum Keadaan Standar, padatanDitulis oleh Ratna dkk pada 12-04-2009Hukum Keadaan StandarUntuk melakukan pengukuran terhadap volume gas, diperlukan suatu keadaan standar untuk digunakan sebagai titik acuan. Keadaan ini yang juga dikenal sebagai STP (Standart Temperature and Pressure) yaitu keadaan dimana gas mempunyai tekanan sebesar 1 atm (760 mmHg) dan suhu °C (273,15 K).Satu mol gas ideal, yaitu gas yang memenuhi ketentuan semua hukum-hukum gas akan mempunyai volume sebanyak 22,414 liter pada keadaan standar ini.

Hukum Gas IdealDefinisi mikroskopik gas ideal, antara lain:Suatu gas yang terdiri dari partikel-partikel yang dinamakan molekul.Molekul-molekul bergerak secara serampangan dan memenuhi hukum-hukum gerak Newton.Jumlah seluruh molekul adalah besarVolume molekul adalah pecahan kecil yang diabaikan dari volume yang ditempati oleh gas tersebut.Tidak ada gaya yang cukup besar yang beraksi pada molekul tersebut kecuali selama tumbukan.Tumbukannya elastik (sempurna) dan terjadi dalam waktu yang sangat singkat.

Gambaran Gas IdealApabila jumlah gas dinyatakan dalam mol (n), maka suatu bentuk persamaan umum mengenai sifat-sifat gas dapat diformasikan. Sebenarnya hukum Avogadro menyatakan bahwa 1 mol gas ideal mempunyai volume yang sama apabila suhu dan tekanannya sama. Dengan menggabungkan persamaan Boyle, Charles dan persamaan Avogadro akan didapat sebuah persamaan umum yang dikenal sebagai persamaan gas ideal.

atau PV = nRTR adalah konstanta kesebandingan dan mempunyai suatu nilai tunggal yang berlaku untuk semua gas yang bersifat ideal. Persamaan di atas akan sangat berguna dalam perhitungan-perhitungan volume gas.Nilai numerik dari konstanta gas dapat diperoleh dengan mengasumsikan gas berada pada keadaan STP, maka:

Dalam satuan SI, satuan tekanan harus dinyatakan dalam Nm-2 dan karena 1 atm ekivalen dengan 101,325 Nm-2, maka dengan menggunakan persamaan diatas dapat diperoleh harga R dalam satuan SI, sebagai berikut:

Contoh :Balon cuaca yang diisi dengan helium mempunyai volume 1,0 x 104 L pada 1,00 atm dan 30 °C. Balon ini sampai ketinggian yang tekanannya turun menjadi 0,6 atm dan suhunya -20°C. Berapa volume balon sekarang? Andaikan balon melentur sedemikian sehingga tekanan di dalam tetap mendekati tekanan di luar.Penyelesaian:

Karena jumlah helium tidak berubah, kita dapat menentukan n1 sama dengan n2 dan menghapusnya dari persamaan gas ideal menjadi:

Tekanan dan SuhuTekanan

Tekanan gas adalah gaya yang diberikan oleh gas pada satu satuan luas dinding wadah. Torricelli (Gambar 1.17), ilmuan dari Italia yang menjadi asisten Galileo adalah orang pertama yang melakukan penelitian tentang tekanan gas ia menutup tabung kaca panjang di satu ujungnya dan mengisi dengan merkuri. Kemudian ia menutup ujung yang terbuka dengan ibu jarinya, membalikkan tabung itu dan mencelupkannya dalam mangkuk berisi merkuri, dengan hati-hati agar tidak ada udara yang masuk. Merkuri dalam tabung turun, meninggalkan ruang yang nyaris hampa pada ujung yang tertutup, tetapi tidak semuanya turun dari tabung. Merkuri ini berhenti jika mencapai 76 cm di atas aras merkuri dalam mangkuk (seperti pada gambar dibawah). Toricelli menunjukkan bahwa tinggi aras yang tepat sedikit beragam dari hari ke hari dan dari satu tempat ke tempat yang lain, hal ini terjadi karena dipengaruhi oleh atmosfer bergantung pada cuaca ditempat tersebut. Peralatan sederhana ini yang disebut Barometer.

BarometerHubungan antara temuan Toricelli dan tekanan atmosfer dapat dimengerti berdasarkan hokum kedua Newton mengenai gerakan, yang menyatakan bahwa:Gaya = massa x percepatanF = m x aDengan percepatan benda (a) adalah laju yang mengubah kecepatan. Semua benda saling tarik-menarik karena gravitasi, dan gaya tarik mempengaruhi percepatan setiap benda. Percepatan baku akibat medan gravitasi bumi (biasanya dilambangkan dengan g, bukannya a) ialah g = 9,80665 m s-2. Telah disebutkan di atas bahwa tekanan adalah gaya persatuan luas, sehingga :

Karena volume merkuri dalam tabung adalah

SuhuDalam kehidupan sehari-hari kita dapat merasakan panas atau dingin. Kita bisa mendeskripsikan bahwa kutub utara mempunyai suhu yang sangat dingin atau mendeskripsikan bahwa Surabaya atau Jakarta mempunyai suhu yang panas pada siang hari. Ilustrasi diatas merupakan dua ekspresi dari suhu, akan tetapi apakah kita tau definisi dari suhu itu sendiri? Definisi suhu merupakan hal yang sepele tapi sulit untuk disampaikan tetapi lebih mudah untuk dideskripsikan. Penelitian pertama mengenai suhu dilakukan oleh ilmuan Perancis yang bernama Jacques Charles.Campuran GasPengamatan pertama mengenai perilaku campuran gas dalam sebuah wadah dilakukan oleh Dalton (Gambar 1.19), ia menyatakan bahwa tekanan total, Ptol, adalah jumlah tekanan parsial setiap gas. Pernyataan ini selanjutnya disebut sebagai Hukum Dalton, hukum ini berlaku untuk gas dalam keadaan ideal. Tekanan parsial setiap komponen dalam campuran gas ideal ialah tekanan total dikalikan dengan fraksi mol komponen tersebut.

Tekanan total dan parsialContoh :Berapa tekanan total dalam wadah (container) yang mengandung:Metana dengan tekanan parsial 0.75 atm,Hidrogen dengan tekanan parsial 0.40 atmPropana dengan tekanan parsial 0.50 atm?

Ptot = Pmetana + Phidrogen + PpropanaPtot = 0.75 atm + 0.40 atm + 0.50 atm Ptot = 1.65 atm

Padatan, CairanGas, cairan, dan padatan dibedakan, yang pertama atas dasar struktur fisik dan sifat kimianya(Gambar 1.21 – 1.23). Struktur fisik mempengaruhi interaksi antara partikel-partikel dan partikellingkungan. Gambaran mengenai fase gas telah diilustrasikan pada sub-bab sebelumnya. Pada sub-bab ini, pembahasan akan dititikberatkan pada fase cairan dan padatan.

CairanSecara umum ciri-ciri fase cairan berada diantara fase gas dan fase padat, antara lain :Mempunyai kerapatan yang lebih tinggi bila dibanding dengan gas, namun lebih rendah bila dibandingkan dengan padatanJarak antar partikel lebih dekat dekatMerupakan fase yang terkondensasiMerupakan fase yang bisa dikatakan tidak terkompresiBentuk cairan akan menyesuaikan dengan wadahnyaPengamatan fisik dari fase cair dapat dilihat pada gambar struktur molekul dalam sub-bab sebelumnya.

PadatanSedangkan ciri-ciri fase padat, antara lain :Kerapatannya sangat tinggi, jauh lebih tinggi daripada gas dan cairanJarak antar partikel sangat dekatMerupakan fase yang terkondensasiMerupakan fase yang bisa dikatakan tidak terkompresiMampu mempertahankan bentuknyaBerikut ini adalah gambar beberapa contoh padatan:

Hukum gas idealDitulis oleh Yoshito Takeuchi pada 11-08-2008Gas merupakan satu dari tiga wujud zat dan walaupun wujud ini merupakan bagian tak terpisahkan dari studi kimia, bab ini terutama hanya akan membahasa hubungan antara volume, temperatur dan tekanan baik dalam gas ideal maupun dalam gas nyata, dan teori kinetik molekular gas, dan tidak secara langsung kimia. Bahasan utamanya terutama tentang perubahan fisika, dan reaksi kimianya tidak didisuksikan. Namun, sifat fisik gas bergantung pada struktur molekul gasnya dan sifat kimia gas juga bergantung pada strukturnya. Perilaku gas yang ada sebagai molekul tunggal adalah contoh yang baik kebergantungan sifat makroskopik pada struktur mikroskopik.a. Sifat gasSifat-sifat gas dapat dirangkumkan sebagai berikut.Gas bersifat transparan.Gas terdistribusi merata dalam ruang apapun bentuk ruangnya.

Gas dalam ruang akan memberikan tekanan ke dinding.Volume sejumlah gas sama dengan volume wadahnya. Bila gas tidak diwadahi, volume gas akan menjadi tak hingga besarnya, dan tekanannya akan menjadi tak hingga kecilnya.Gas berdifusi ke segala arah tidak peduli ada atau tidak tekanan luar.Bila dua atau lebih gas bercampur, gas-gas itu akan terdistribusi merata.Gas dapat ditekan dengan tekanan luar. Bila tekanan luar dikurangi, gas akan mengembang.Bila dipanaskan gas akan mengembang, bila didinginkan akan mengkerut.Dari berbagai sifat di atas, yang paling penting adalah tekanan gas. Misalkan suatu cairan memenuhi wadah. Bila cairan didinginkan dan volumenya berkurang, cairan itu tidak akan memenuhi wadah lagi. Namun, gas selalu akan memenuhi ruang tidak peduli berapapun suhunya. Yang akan berubah adalah tekanannya.Alat yang digunakan untuk mengukur tekanan gas adalah manometer. Prototipe alat pengukur tekanan atmosfer, barometer, diciptakan oleh Torricelli.Tekanan didefinisikan gaya per satuan luas, jadi tekanan = gaya/luas.Dalam SI, satuan gaya adalah Newton (N), satuan luas m2, dan satuan tekanan adalah Pascal (Pa). 1 atm kira-kira sama dengan tekanan 1013 hPa.1 atm = 1,01325 x 105 Pa = 1013,25 hPaNamun, dalam satuan non-SI unit, Torr, kira-kira 1/760 dari 1 atm, sering digunakan untuk mengukur perubahan tekanan dalam reaksi kimia.b. Volume dan tekananFakta bahwa volume gas berubah bila tekanannya berubah telah diamati sejak abad 17 oleh Torricelli dan filsuf /saintis Perancis Blase Pascal (1623-1662). Boyle mengamati bahwa dengan mengenakan tekanan dengan sejumlah volume tertentu merkuri, volume gas, yang terjebak dalam tabung delas yang tertutup di salah satu ujungnya, akan berkurang. Dalam percobaan ini, volume gas diukur pada tekanan lebih besar dari 1 atm.Boyle membuat pompa vakum menggunakan teknik tercangih yang ada waktu itu, dan ia mengamati bahwa gas pada tekanan di bawah 1 atm akan mengembang. Setelah ia melakukan banyak percobaan, Boyle mengusulkan persamaan (6.1) untuk menggambarkan hubungan antara volume V dan tekanan P gas. Hubungan ini disebut dengan hukum Boyle. PV = k (suatu tetapan) (6.1)Penampilan grafis dari percobaan Boyle dapat dilakukan dengan dua cara. Bila P diplot sebagai ordinat dan V sebagai absis, didapatkan hiperbola (Gambar 6.1(a)). Kedua bila V diplot terhadap 1/P, akan didapatkan garis lurus (Gambar 6.1(b)).

(a) Plot hasil percobaan; tekanan vs. volume(b) Plot hasil percobaan; volume vs 1/tekanan. Catat bahwa kemiringan k tetap.Volume dan temperaturSetelah lebih dari satu abad penemuan Boyle ilmuwan mulai tertarik pada hubungan antara volume dan temperatur gas. Mungkin karena balon termal menjadi topik pembicaraan di kotakota waktu itu. Kimiawan Perancis Jacques Alexandre César Charles (1746-1823), seorang navigator balon yang terkenal pada waktu itu, mengenali bahwa, pada tekanan tetap, volume gas akan meningkat bila temperaturnya dinaikkan. Hubungan ini disebut dengan hukum Charles, walaupun datanya sebenarnya tidak kuantitatif. Gay-Lussac lah yang kemudian memplotkan volume gas terhadap temperatur dan mendapatkan garis lurus (Gambar 6.2). Karena alasan ini hukum Charles sering dinamakan hukum Gay-Lussac. Baik hukum Charles dan hukum Gay-Lussac kira-kira diikuti oleh semua gas selama tidak terjadi pengembunan.

Pembahasan menarik dapat dilakukan dengan hukum Charles. Dengan mengekstrapolasikan plot volume gas terhadap temperatur, volumes menjadi nol pada temperatur tertentu. Menarik bahwa temperatur saat volumenya menjadi nol sekiatar -273°C (nilai tepatnya adalah -273.2 °C) untuk semua gas. Ini mengindikasikan bahwa pada tekanan tetap, dua garis lurus yang didapatkan dari pengeplotan volume V1 dan V2 dua gas 1 dan 2 terhadap temperatur akan berpotongan di V = 0.

Fisikawan Inggris Lord Kelvin (William Thomson (1824-1907)) megusulkan pada temperatur ini temperatur molekul gas menjadi setara dengan molekul tanpa gerakan dan dengan demikian volumenya menjadi dapat diabaikan dibandingkan dengan volumenya pada temperatur kamar, dan ia mengusulkan skala temperatur baru, skala temperatur Kelvin, yang didefinisikan dengan persamaan berikut.273,2 + °C = K (6.2)Kini temperatur Kelvin K disebut dengan temperatur absolut, dan 0 K disebut dengan titik nol absolut. Dengan menggunakan skala temperatur absolut, hukum Charles dapat diungkapkan dengan persamaan sederhanaV = bT (K) (6.3)dengan b adalah konstanta yang tidak bergantung jenis gas.Menurut Kelvin, temperatur adalah ukuran gerakan molekular. Dari sudut pandang ini, nol absolut khususnya menarik karena pada temperatur ini, gerakan molekular gas akan berhenti. Nol absolut tidak pernah dicapai dengan percobaan. Temperatur terendah yang pernah dicapai adalah sekitar 0,000001 K.Avogadro menyatakan bahwa gas-gas bervolume sama, pada temperatur dan tekanan yang sama, akan mengandung jumlah molekul yang sama (hukum Avogadro; Bab 1.2(b)). Hal ini sama dengan menyatakan bahwa volume real gas apapun sangat kecil dibandingkan dengan volume yang ditempatinya. Bila anggapan ini benar, volume gas sebanding dengan jumlah molekul gas dalam ruang tersebut. Jadi, massa relatif, yakni massa molekul atau massa atom gas, dengan mudah didapat.d. Persamaan gas idealEsensi ketiga hukum gas di atas dirangkumkan di bawah ini. Menurut tiga hukum ini, hubungan antara temperatur T, tekanan P dan volume V sejumlah n mol gas dengan terlihat.Tiga hukum GasHukum Boyle: V = a/P (pada T, n tetap) Hukum Charles: V = b.T (pada P, n tetap) Hukum Avogadro: V = c.n (pada T, P tetap)Jadi, V sebanding dengan T dan n, dan berbanding terbalik pada P. Hubungan ini dapat digabungkan menjadi satu persamaan:V = RTn/P (6.4)atauPV = nRT (6.5)R adalah tetapan baru. Persamaan di atas disebut dengan persamaan keadaan gas ideal atau lebih sederhana persamaan gas ideal.Nilai R bila n = 1 disebut dengan konstanta gas, yang merupakan satu dari konstanta fundamental fisika. Nilai R beragam bergantung pada satuan yang digunakan. Dalam sistem metrik, R = 8,2056 x10–2 dm3 atm mol-1 K-1. Kini, nilai R = 8,3145 J mol-1 K-1 lebih sering digunakan.Latihan 6.1 Persamaan gas idealSampel metana bermassa 0,06 g memiliki volume 950 cm3 pada temperatur 25°C. Tentukan tekanan gas dalam Pa atau atm).Jawab: Karena massa molekul CH4 adalah 16,04, jumlah zat n diberikan sebagai n = 0,60 g/16,04 g mol-1 = 3,74 x 10-2 mol. Maka, P = nRT/V = (3,74 x10-2 mol)(8,314 J

mol-1 K-1) (298 K)/ 950 x 10-6 m3)= 9,75 x 104 J m-3 = 9,75 x 104 N m-2= 9,75 x 104 Pa = 0,962 atmDengan bantuan tetapan gas, massa molekul relatif gas dapat dengan mudah ditentukan bila massa w, volume V dan tekanan P diketahui nilainya. Bila massa molar gas adalah M (g mol-1), akan diperoleh persamaan (6.6) karena n = w/M.PV = wRT/M (6.6)makaM = wRT/PV (6.7)Latihan 6.2 Massa molekular gasMassa wadah tertutup dengan volume 0,500 dm3 adalah 38,7340 g, dan massanya meningkat menjadi 39,3135 g setelah wadah diisi dengan udara pada temperatur 24 °C dan tekanan 1 atm. Dengan menganggap gas ideal (berlaku persamaan (6.5)), hitung "seolah" massa molekul udara.Jawab: 28,2. Karena ini sangat mudah detail penyelesaiannya tidak diberikan. Anda dapat mendapatkan nilai yang sama dari komposisi udara (kira-kira N2:O2 = 4:1).e. Hukum tekanan parsialDalam banyak kasus Anda tidak akan berhadapan dengan gas murni tetapi dengan campuran gas yang mengandung dua atau lebih gas. Dalton tertarik dengan masalah kelembaban dan dengan demikian tertarik pada udara basah, yakni campuran udara dengan uap air. Ia menurunkan hubungan berikut dengan menganggap masing-masing gas dalam campuran berperilaku independen satu sama lain.Anggap satu campuran dua jenis gas A (nA mol) dan B (nB mol) memiliki volume V pada temperatur T. Persamaan berikut dapat diberikan untuk masing-masing gas.pA = nART/V (6.8)pB = nBRT/V (6.9)pA dan pB disebut dengan tekanan parsial gas A dan gas B. Tekanan parsial adalah tekanan yang akan diberikan oleh gas tertentu dalam campuran seandainya gas tersebut sepenuhnya mengisi wadah.Dalton meyatakan hukum tekanan parsial yang menyatakan tekanan total P gas sama dengan jumlah tekanan parsial kedua gas. Jadi,P = pA + pB = (nA + nB)RT/V (6.10)Hukum ini mengindikasikan bahwa dalam campuran gas masing-masing komponen memberikan tekanan yang independen satu sama lain. Walaupun ada beberapa gas dalam wadah yang sama, tekanan yang diberikan masing-masing tidak dipengaruhi oleh kehadiran gas lain.Bila fraksi molar gas A, xA, dalam campuran xA = nA/(nA + nB), maka pA dapat juga dinyatakan dengan xA.pA = [nA/(nA + nB)]P (6.11)Dengan kata lain, tekanan parsial setiap komponen gas adalah hasil kali fraksi mol, xA, dan tekanan total P.Tekanan uap jenuh (atau dengan singkat disebut tekanan jenuh) air disefinisikan sebagai tekanan parsial maksimum yang dapat diberikan oleh uap air pada temperatur tertentu dalam campuran air dan uap air. Bila terdapat lebih banyak uap air, semua air tidak dapat bertahan di uap dan sebagian akan mengembun.Latihan 6.3 Hukum tekanan parsial

Sebuah wadah bervolume 3,0 dm3 mengandung karbon dioksida CO2 pada tekanan 200 kPa, dansatu lagi wadah bervolume 1,0 dm3 mengandung N2 pada tekanan 300 kPa. Bila kedua gas dipindahkan ke wadah 1,5 dm3. Hitung tekanan total campuran gas. Temperatur dipertahankan tetap selama percobaan.Jawab: Tekanan parsial CO2 akan menjadi 400 kPa karena volume wadah baru 1/2 volume wadah sementara tekanan N2 adalah 300 x (2/3) = 200 kPa karena volumenya kini hanya 2/3 volume awalnya. Maka tekanan totalnya 400 + 200 = 600 kPa.Hukum gas ideal (persamaan keadaan gas ideal)

Pengantar

Pada pembahasan sebelumnya (hukum-hukum gas – persamaan keadaan) Mr.Ozan sudah menjelaskan secara panjang pendek mengenai hukum om Boyle, hukum om Charles dan hukum om Gay-Lussac. Ketiga hukum gas ini baru menjelaskan hubungan antara suhu, volume dan tekanan gas secara terpisah. Hukum om obet Boyle hanya menjelaskan hubungan antara Tekanan dan volume gas. Hukum om Charles hanya menjelaskan hubungan antara volume dan suhu gas. Hukum om Gay-Lussac hanya menjelaskan hubungan antara suhu dan tekanan gas. Perlu diketahui bahwa ketiga hukum ini hanya berlaku untuk gas yang memiliki tekanan dan massa jenis yang tidak terlalu besar. Ketiga hukum ini juga hanya berlaku untuk gas yang suhunya tidak mendekati titik didih. Oya, yang dimaksudkan dengan gas di sini adalah gas yang ada dalam kehidupan kita sehari-hari. Istilah kerennya gas riil alias gas nyata… misalnya oksigen, nitrogen dkk…Karena hukum om obet Boyle, hukum om Charles dan hukum om Gay-Lussac tidak berlaku untuk semua kondisi gas maka analisis kita akan menjadi lebih sulit. Untuk mengatasi hal ini (maksudnya untuk mempermudah analisis), kita bisa membuat suatu model gas ideal alias gas sempurna. Gas ideal tidak ada dalam kehidupan sehari-hari; yang ada dalam kehidupan sehari-hari cuma gas riil alias gas nyata. Gas ideal cuma bentuk sempurna yang sengaja kita buat untuk mempermudah analisis, mirip seperti konsep benda tegar atau fluida ideal. Ilmu fisika tuh aneh-aneh…. dari pada bikin ribet

dan pusink sendiri lebih baik cari saja pendekatan yang lebih mudah Kita bisa menganggap hukum Boyle, hukum Charles dan hukum Gay-Lusac berlaku pada semua kondisi gas ideal, baik ketika tekanan dan massa jenis gas sangat tinggi atau suhu gas mendekati titik didih. Adanya konsep gas ideal ini juga sangat membantu kita dalam meninjau hubungan antara ketiga hukum gas tersebut.Biar dirimu lebih nyambung, Mr.Ozan tulis kembali penyataan hukum Boyle, hukum Charles dan hukum Gay-Lussac.

Hukum Boyle

Berdasarkan percobaan yang dilakukannya, om Robert Boyle menemukan bahwa apabila suhu gas dijaga agar selalu konstan, maka ketika tekanan gas bertambah, volume gas semakin berkurang. Demikian juga sebaliknya ketika tekanan gas berkurang, volume gas semakin bertambah. Istilah kerennya tekanan gas berbanding terbalik dengan volume gas. Hubungan ini dikenal dengan julukan Hukum Boyle. Secara matematis ditulis sebagai berikut :

Keterangan :

Hukum CharlesSeratus tahun setelah om Obet Boyle menemukan hubungan antara volume dan tekanan, seorang ilmuwan berkebangsaan Perancis yang bernama om Jacques Charles (1746-1823) menyelidiki hubungan antara suhu dan volume gas. Berdasarkan hasil percobaannya, om Cale menemukan bahwa apabila tekanan gas dijaga agar selalu konstan, maka ketika suhu mutlak gas bertambah, volume gas pun ikt2an bertambah, sebaliknya ketika suhu mutlak gas berkurang, volume gas juga ikut2an berkurang. Hubungan ini dikenal dengan julukan hukum Charles. Secara matematis ditulis sebagai berikut :

Hukum Gay-LussacSetelah om obet Boyle dan om Charles mengabadikan namanya dalam ilmu fisika, om Joseph Gay-Lussac pun tak mau ketinggalan. Berdasarkan percobaan yang dilakukannya, om Jose menemukan bahwa apabila volume gas dijaga agar selalu konstan, maka ketika tekanan gas bertambah, suhu mutlak gas pun ikut2an bertambah. Demikian juga sebaliknya ketika tekanan gas berkurang, suhu mutlak gas pun ikut2an berkurang. Istilah kerennya, pada volume konstan, tekanan gas berbanding lurus dengan suhu mutlak gas. Hubungan ini dikenal dengan julukan Hukum Gay-Lussac. Secara matematis ditulis sebagai berikut :

Hubungan antara suhu, volume dan tekanan gasHukum Boyle, hukum Charles dan hukum Gay-Lussac baru menurunkan hubungan antara suhu, volume dan tekanan gas secara terpisah. Bagaimanapun ketiga besaran ini

memiliki keterkaitan erat dan saling mempengaruhi. Karenanya, dengan berpedoman pada ketiga hukum gas di atas, kita bisa menurunkan hubungan yang lebih umum antara suhu, volume dan tekanan gas. Mr.Ozan tulis lagi ketiga perbandingan di atas biar dirimu lebih nyambung :

Jika perbandingan 1, perbandingan 2 dan perbandingan 3 digabung menjadi satu, maka akan tampak seperti ini :

Persamaan ini menyatakan bahwa tekanan (P) dan volume (V) sebanding dengan suhu mutlak (T). Sebaliknya, volume (V) berbanding terbalik dengan tekanan (P).Perbandingan 4 bisa dioprek menjadi persamaan :

Keterangan :P1 = tekanan awal (Pa atau N/m2)P2 = tekanan akhir (Pa atau N/m2)V1 = volume awal (m3)V2 = volume akhir (m3)T1 = suhu awal (K)T2 = suhu akhir (K)(Pa = pascal, N = Newton, m2 = meter kuadrat, m3 = meter kubik, K = Kelvin)Contoh soal ada di bagian akhir tulisan ini… Tuh di bawah

Hubungan antara massa gas (m) dengan volume (V)Sejauh ini kita baru meninjau hubungan antara suhu, volume dan tekanan gas. Massa gas masih diabaikan… Kok gas punya massa ya ? yupz… Setiap zat alias materi, termasuk zat gas terdiri dari atom-atom atau molekul-molekul. Karena atom atau molekul mempunyai massa maka tentu saja gas juga mempunyai massa. Kalau dirimu bingung, silahkan pelajari lagi materi Teori atom dan Teori kinetik.Pernah meniup balon ? ketika dirimu meniup balon, semakin banyak udara yang dimasukkan, semakin kembung balon tersebut. Dengan kata lain, semakin besar massa gas, semakin besar volume balon. Kita bisa mengatakan bahwa massa gas (m) sebanding alias berbanding lurus dengan volume gas (V). Secara matematis ditulis seperti ini :

Jika perbandingan 4 digabung dengan perbandingan 5 maka akan tampak seperti ini :

Jumlah mol (n)Sebelum melangkah lebih jauh, terlebih dahulu kita bahas konsep mol. Dari pada kelamaan, kita langsung ke sasaran saja… 1 mol = besarnya massa suatu zat yang setara dengan massa molekul zat tersebut. Massa dan massa molekul tuh beda. Biar paham, amati contoh di bawah…Contoh 1, massa molekul gas Oksigen (O2) = 16 u + 16 u = 32 u (setiap molekul oksigen berisi 2 atom Oksigen, di mana masing-masing atom Oksigen mempunyai massa 16 u). Dengan demikian, 1 mol O2 mempunyai massa 32 gram. Atau massa molekul O2 = 32 gram/mol = 32 kg/kmolContoh 2, massa molekul gas karbon monooksida (CO) = 12 u + 16 u = 28 u (setiap molekul karbon monooksida berisi 1 atom karbon (C) dan 1 atom oksigen (O). Massa 1 atom karbon = 12 u dan massa 1 atom Oksigen = 16 u. 12 u + 16 u = 28 u). Dengan demikian, 1 mol CO mempunyai massa 28 gram. Atau massa molekul CO = 28 gram/mol = 28 kg/kmolContoh 3, massa molekul gas karbon dioksida (CO2) = [12 u + (2 x 16 u)] = [12 u + 32 u] = 44 u (setiap molekul karbon dioksida berisi 1 atom karbon (C) dan 2 atom oksigen (O). Massa 1 atom Carbon = 12 u dan massa 1 atom oksigen = 16 u). Dengan demikian, 1 mol CO2 mempunyai massa 44 gram. Atau massa molekul CO2 = 44 gram/mol = 44 kg/kmol.Sebelumnya kita baru membahas definisi satu mol. Sekarang giliran jumlah mol (n). Pada umumnya, jumlah mol (n) suatu zat = perbandingan massa zat tersebut dengan massa molekulnya. Secara matematis ditulis seperti ini :

Contoh 1 : hitung jumlah mol pada 64 gram O2Massa O2 = 64 gramMassa molekul O2 = 32 gram/mol

Contoh 2 : hitung jumlah mol pada 280 gram COMassa CO = 280 gramMassa molekul CO = 28 gram/mol

Contoh 3 : hitung jumlah mol pada 176 gram CO2Massa CO2 = 176 gramMassa molekul CO2 = 44 gram/mol

Konstanta gas universal (R)Perbandingan yang sudah diturunkan di atas (perbandingan 6) bisa diubah menjadi persamaan dengan menambahkan konstanta perbandingan. Btw, berdasarkan penelitian yang dilakukan om-om ilmuwan, ditemukan bahwa apabila kita menggunakan jumlah mol (n) untuk menyatakan ukuran suatu zat maka konstanta perbandingan untuk setiap gas memiliki besar yang sama. Konstanta perbandingan yang dimaksud adalah konstanta gas universal (R). Universal = umum, jangan pake bingung…R = 8,315 J/mol.K= 8315 kJ/kmol.K= 0,0821 (L.atm) / (mol.K)= 1,99 kal / mol. K(J = Joule, K = Kelvin, L = liter, atm = atmosfir, kal = kalori)

HUKUM GAS IDEAL (dalam jumlah mol)Setelah terseok-seok, akhirnya kita tiba di penghujung acara pengoprekan rumus. Perbandingan 6 (tuh di atas) bisa kita tulis menjadi persamaan, dengan memasukan jumlah mol (n) dan konstanta gas universal (R)…PV = nRT Persamaan ini dikenal dengan julukan hukum gas ideal alias persamaan keadaan gas ideal.Keterangan :P = tekanan gas (N/m2)V = volume gas (m3)n = jumlah mol (mol)R = konstanta gas universal (R = 8,315 J/mol.K)T = suhu mutlak gas (K)

CATATAN :Pertama, dalam penyelesaian soal, dirimu akan menemukan istilah STP. STP tuh singkatan dari Standard Temperature and Pressure. Bahasanya orang bule… Kalau diterjemahkan ke dalam bahasa orang Indonesia, STP artinya Temperatur dan Tekanan Standar. Temperatur = suhu.Temperatur standar (T) = 0 oC = 273 KTekanan standar (P) = 1 atm = 1,013 x 105 N/m2 = 1,013 x 102 kPa = 101 kPaKedua, dalam menyelesaikan soal-soal hukum gas, suhu alias temperatur harus dinyatakan dalam skala Kelvin (K)

Ketiga, apabila tekanan gas masih berupa tekanan ukur, ubah terlebih dahulu menjadi tekanan absolut. Tekanan absolut = tekanan atmosfir + tekanan ukur (tekanan atmosfir = tekanan udara luar)Keempat, jika yang diketahui adalah tekanan atmosfir (tidak ada tekanan ukur), langsung oprek saja tuh soal.

Contoh soal 1 :Pada tekanan atmosfir (101 kPa), suhu gas karbon dioksida = 20 oC dan volumenya = 2 liter. Apabila tekanan diubah menjadi 201 kPa dan suhu dinaikkan menjadi 40 oC, hitung volume akhir gas karbon dioksida tersebut…Panduan jawaban :P1 = 101 kPaP2 = 201 kPaT1 = 20 oC + 273 K = 293 KT2 = 40 oC + 273 K = 313 KV1 = 2 literV2 = ?Tumbangkan soal :

Volume akhir gas karbon dioksida = 1,06 liter

Contoh soal 2 :Tentukan volume 2 mol gas pada STP (anggap saja gas ini adalah gas ideal)Panduan jawaban :

Volume 2 mol gas pada STP (temperatur dan tekanan stadard) adalah 44,8 liter. Berapa volume 1 mol gas pada STP ? itung sendiri….

Contoh soal 3 :Volume gas oksigen pada STP = 20 m3. Berapa massa gas oksigen ?Panduan jawaban :Volume 1 mol gas pada STP = 22,4 liter = 22,4 dm3 = 22,4 x 10-3 m3 (22,4 x 10-3 m3/mol)Volume gas oksigen pada STP = 20 m3

Massa molekul oksigen = 32 gram/mol (massa 1 mol oksigen = 32 gram). Dengan demikian, massa gas oksigen adalah :

Catatan :Kadang massa molekul disebut sebagai massa molar. Jangan pake bingung, maksudnya sama saja… Massa molar = massa molekul

Contoh soal 4 :

Sebuah tangki berisi 4 liter gas oksigen (O2). Suhu gas oksigen tersebut = 20 oC dan tekanan terukurnya = 20 x 105 N/m2. Tentukan massa gas oksigen tersebut (massa molekul oksigen = 32 kg/kmol = 32 gram/mol)Panduan jawaban :P = Patm + Pukur = (1 x 105 N/m2) + (20 x 105 N/m2) = 21 x 105 N/m2T = 20 oC + 273 = 293 KV = 4 liter = 4 dm3 = 4 x 10-3 m3R = 8,315 J/mol.K = 8,315 Nm/mol.KMassa molekul O2 = 32 gram/mol = 32 kg/kmolMassa O2 = ?

Massa gas oksigen = 110 gram = 0,11 kgGuampang sekali khan ? hiks2…. Sering2 latihan, biar mahir

HUKUM GAS IDEAL (Dalam jumlah molekul)Kalau sebelumnya Hukum gas ideal dinyatakan dalam jumlah mol (n), maka kali ini hukum gas ideal dinyatakan dalam jumlah molekul (N). Sebelum menurunkan persamaannya, terlebih dahulu baca pesan-pesan berikut ini…Seperti yang telah Mr.Ozan jelaskan sebelumnya, apabila kita menyatakan ukuran zat tidak dalam bentuk massa (m), tapi dalam jumlah mol (n), maka konstanta gas universal (R) berlaku untuk semua gas. Hal ini pertama kali ditemukan oleh alhamrum Amedeo Avogadro (1776-1856), mantan ilmuwan Italia. Sekarang beliau sudah beristirahat di alam baka… Almahrum Avogadro mengatakan bahwa ketika volume, tekanan dan suhu setiap gas sama, maka setiap gas tersebut memiliki jumlah molekul yang sama. Kalimat yang dicetak tebal ini dikenal dengan julukan hipotesa Avogadro (hipotesa = ramalan atau dugaan). Hipotesa almahrum Avogadro ini sesuai dengan kenyataan bahwa konstanta R sama untuk semua gas. Berikut ini beberapa pembuktiannya :Pertama, jika kita menyelesaikan soal menggunakan persamaan hukum gas ideal (PV = nRT), kita akan menemukan bahwa ketika jumlah mol (n) sama, tekanan dan suhu juga sama, maka volume semua gas akan bernilai sama, apabila kita menggunakan konstanta

gas universal (R = 8,315 J/mol.K). Karenanya dirimu jangan pake heran kalau pada STP, setiap gas yang memiliki jumlah mol (n) yang sama akan memiliki volume yang sama. Volume 1 mol gas pada STP = 22,4 liter. Volume 2 mol gas = 44,8 liter. Volume 3 mol gas = 67,2 liter. Dan seterusnya… ini berlaku untuk semua gas.Kedua, jumlah molekul dalam 1 mol sama untuk semua gas. Jumlah molekul dalam 1 mol = jumlah molekul per mol = bilangan avogadro (NA). Jadi bilangan Avogadro bernilai sama untuk semua gas. Besarnya bilangan Avogadro diperoleh melalui pengukuran :

NA = 6,02 x 1023 molekul/mol = 6,02 x 1023 /mol= 6,02 x 1026 molekul/kmol = 6,02 x 1026 /kmolUntuk memperoleh jumlah total molekul (N), maka kita bisa mengalikan jumlah molekul per mol (NA) dengan jumlah mol (n).

Kita oprek lagi persamaan Hukum Gas Ideal :

Ini adalah persamaan Hukum Gas Ideal dalam bentuk jumlah molekul.

Keterangan :P = TekananV = VolumeN = Jumlah total molekulk = Konstanta Boltzmann (k = 1,38 x 10-13 J/K)T = SuhuPunya soal ?Masukan saja melalui komentar, nanti Mr.Ozan oprek… Soalnya jangan banyak2…Berikut ini seperangkat peralatan perang dan amunisi yang mungkin dibutuhkan :Volume1 liter (L) = 1000 mililiter (mL) = 1000 centimeter kubik (cm3)

1 liter (L) = 1 desimeter kubik (dm3) = 1 x 10-3 m3Tekanan1 N/m2 = 1 Pa1 atm = 1,013 x 105 N/m2 = 1,013 x 105 Pa = 1,013 x 102 kPa = 101,3 kPa (biasanya dipakai 101 kPa)Pa = pascalatm = atmosfirReferensiGiancoli, Douglas C., 2001, Fisika Jilid I (terjemahan), Jakarta : Penerbit ErlanggaHalliday dan Resnick, 1991, Fisika Jilid I, Terjemahan, Jakarta : Penerbit ErlanggaTipler, P.A.,1998, Fisika untuk Sains dan Teknik-Jilid I (terjemahan), Jakarta : Penebit ErlanggaYoung, Hugh D. & Freedman, Roger A., 2002, Fisika Universitas (terjemahan), Jakarta : Penerbit Erlanggawww.gurumuda.com

Gas merupakan satu dari tiga wujud zat dan walaupun wujud ini merupakan bagiantak terpisahkan dari studi kimia, bab ini terutama hanya akan membahasa hubunganantara volume, temperatur dan tekanan baik dalam gas ideal maupun dalam gas nyata,dan teori kinetik molekular gas, dan tidak secara langsung kimia. Bahasan utamanyaterutama tentang perubahan fisika, dan reaksi kimianya tidak didisuksikan. Namun,sifat fisik gas bergantung pada struktur molekul gasnya dan sifat kimia gas jugabergantung pada strukturnya. Perilaku gas yang ada sebagai molekul tunggal adalahcontoh yang baik kebergantungan sifat makroskopik pada struktur mikroskopik.a. Sifat gas Sifat-sifat gas dapat dirangkumkan sebagai berikut. 1. Gas bersifat transparan.2. Gas terdistribusi merata dalam ruang apapun bentuk ruangnya.3. Gas dalam ruang akan memberikan tekanan ke dinding.4. Volume sejumlah gas sama dengan volume wadahnya. Bila gas tidakdiwadahi, volume gas akan menjadi tak hingga besarnya, dan tekanannya akan menjadi tak hingga kecilnya.5. Gas berdifusi ke segala arah tidak peduli ada atau tidak tekanan luar.6. Bila dua atau lebih gas bercampur, gas-gas itu akan terdistribusi merata.7. Gas dapat ditekan dengan tekanan luar. Bila tekanan luar dikurangi, gas akanmengembang. 8. Bila dipanaskan gas akan mengembang, bila didinginkan akan mengkerut. Dari berbagai sifat di atas, yang paling penting adalah tekanan gas. Misalkan suatucairan memenuhi wadah. Bila cairan didinginkan dan volumenya berkurang, cairan itutidak akan memenuhi wadah lagi. Namun, gas selalu akan memenuhi ruang tidakpeduli berapapun suhunya. Yang akan berubah adalah tekanannya.Alat yang digunakan untuk mengukur tekanan gas adalahm anometer. Prototipe alat pengukur tekanan atmosfer,barom eter, diciptakan oleh Torricelli.Tekanan didefinisikan gaya per satuan luas, jadi tekanan = gaya/luas.Dalam SI, satuan gaya adalah Newton (N), satuan luas m2, dan satuan tekanan adalah

Pascal (Pa). 1 atm kira-kira sama dengan tekanan 1013 hPa.1 atm = 1,01325 x 105 Pa = 1013,25 hPaNamun, dalam satuan non-SI unit, Torr, kira-kira 1/760 dari 1 atm, sering digunakanuntuk mengukur perubahan tekanan dalam reaksi kimia. b. Volume dan tekananFakta bahwa volume gas berubah bila tekanannya berubah telah diamati sejak abad 17oleh Torricelli dan filsuf /saintis Perancis Blase Pascal (1623-1662). Boyle mengamatibahwa dengan mengenakan tekanan dengan sejumlah volume tertentu merkuri,volume gas, yang terjebak dalam tabung delas yang tertutup di salah satu ujungnya,akan berkurang. Dalam percobaan ini, volume gas diukur pada tekanan lebih besardari 1 atm.Boyle membuat pompa vakum menggunakan teknik tercangih yang ada waktu itu,dan ia mengamati bahwa gas pada tekanan di bawah 1 atm akan mengembang.Setelah ia melakukan banyak percobaan, Boyle mengusulkan persamaan (6.1) untukmenggambarkan hubungan antara volume V dan tekanan P gas. Hubungan ini disebutdengan hukum Boyle.PV = k (suatu tetapan) (6.1) Penampilan grafis dari percobaan Boyle dapat dilakukan dengan dua cara. Bila P diplot sebagai ordinat dan V sebagai absis, didapatkan hiperbola (Gambar 6.1(a)). Kedua bila V diplot terhadap 1/P, akan didapatkan garis lurus (Gambar 6.1(b)).(a) Plot hasil percobaan; tekanan vs. volume (b) Plot hasil percobaan; volume vs 1/tekanan. Catat bahwa kemiringan k tetap. Volume dan temperatur Setelah lebih dari satu abad penemuan Boyle ilmuwan mulai tertarik pada hubunganantara volume dan temperatur gas. Mungkin karena balon termal menjadi topikpembicaraan di kotakota waktu itu. Kimiawan Perancis Jacques Alexandre CésarCharles (1746-1823), seorang navigator balon yang terkenal pada waktu itu,mengenali bahwa, pada tekanan tetap, volume gas akan meningkat bila temperaturnyadinaikkan. Hubungan ini disebut dengan hukum Charles, walaupun datanyasebenarnya tidak kuantitatif. Gay-Lussac lah yang kemudian memplotkan volume gasterhadap temperatur dan mendapatkan garis lurus (Gambar 6.2). Karena alasan inihukum Charles sering dinamakan hukum Gay-Lussac. Baik hukum Charles dan hukum Gay-Lussac kira-kira diikuti oleh semua gas selama tidak terjadi pengembunan.Pembahasan menarik dapat dilakukan dengan hukum Charles. Denganmengekstrapolasikan plot volume gas terhadap temperatur, volumes menjadi nol padatemperatur tertentu. Menarik bahwa temperatur saat volumenya menjadi nol sekiatar-273°C (nilai tepatnya adalah -273.2 °C) untuk semua gas. Ini mengindikasikanbahwa pada tekanan tetap, dua garis lurus yang didapatkan dari pengeplotan volumeV1 dan V2 dua gas 1 dan 2 terhadap temperatur akan berpotongan di V = 0.Fisikawan Inggris Lord Kelvin (William Thomson (1824-1907)) megusulkan padatemperatur ini temperatur molekul gas menjadi setara dengan molekul tanpa gerakandan dengan demikian volumenya menjadi dapat diabaikan dibandingkan denganvolumenya pada temperatur kamar, dan ia mengusulkan skala temperatur baru, skalatemperatur Kelvin, yang didefinisikan dengan persamaan berikut.273,2 + °C = K (6.2) Kini temperatur Kelvin K disebut dengan temperatur absolut, dan 0 K disebutdengan titik nol absolut. Dengan menggunakan skala temperatur absolut, hukumCharles dapat diungkapkan dengan persamaan sederhana

V = bT (K) (6.3) dengan b adalah konstanta yang tidak bergantung jenis gas. Menurut Kelvin, temperatur adalah ukuran gerakan molekular. Dari sudut pandangini, nol absolut khususnya menarik karena pada temperatur ini, gerakan molekular gasakan berhenti. Nol absolut tidak pernah dicapai dengan percobaan. Temperaturterendah yang pernah dicapai adalah sekitar 0,000001 K.Avogadro menyatakan bahwa gas-gas bervolume sama, pada temperatur dan tekananyang sama, akan mengandung jumlah molekul yang sama (hukum Avogadro; Bab1.2(b)). Hal ini sama dengan menyatakan bahwa volume real gas apapun sangat kecildibandingkan dengan volume yang ditempatinya. Bila anggapan ini benar, volume gassebanding dengan jumlah molekul gas dalam ruang tersebut. Jadi, massa relatif, yaknimassa molekul atau massa atom gas, dengan mudah didapat.d. Persamaan gas ideal Esensi ketiga hukum gas di atas dirangkumkan di bawah ini. Menurut tiga hukum ini,hubungan antara temperatur T, tekanan P dan volume V sejumlah n mol gas denganterlihat.Tiga hukum Gas Hukum Boyle: V = a/P (pada T, n tetap)Hukum Charles: V = b.T (pada P, n tetap)Hukum Avogadro: V = c.n (pada T, P tetap)Jadi, V sebanding dengan T dan n, dan berbanding terbalik pada P. Hubungan ini dapat digabungkan menjadi satu persamaan: V = RTn/P (6.4) atau PV = nRT (6.5) R adalah tetapan baru. Persamaan di atas disebut dengan persamaan keadaan gas ideal atau lebih sederhana persamaan gas ideal. Nilai R bila n = 1 disebut dengan konstanta gas, yang merupakan satu dari konstanta fundamental fisika. Nilai R beragam bergantung pada satuan yang digunakan. Dalam sistem metrik, R = 8,2056 x10–2 dm3 atm mol-1 K-1. Kini, nilai R = 8,3145 J mol-1 K-1 lebih sering digunakan.Latihan 6.1 Persamaan gas ideal Sampel metana bermassa 0,06 g memiliki volume 950 cm3 pada temperatur 25°C. Tentukan tekanan gas dalam Pa atau atm). Jawab: Karena massa molekul CH4 adalah 16,04, jumlah zat n diberikan sebagai n = 0,60 g/16,04 g mol-1 = 3,74 x 10-2 mol. Maka, P = nRT/V = (3,74 x10-2 mol)(8,314 J mol-1 K-1) (298 K)/ 950 x 10-6 m3)= 9,75 x 104 J m-3 = 9,75 x 104 N m-2= 9,75 x 104 Pa = 0,962 atmDengan bantuan tetapan gas, massa molekul relatif gas dapat dengan mudahditentukan bila massa w, volume V dan tekanan P diketahui nilainya. Bila massamolar gas adalah M (g mol-1), akan diperoleh persamaan (6.6) karena n = w/M.PV = wRT/M (6.6) maka M = wRT/PV (6.7) Latihan 6.2 Massa molekular gas Massa wadah tertutup dengan volume 0,500 dm3 adalah 38,7340 g, dan massanyameningkat menjadi 39,3135 g setelah wadah diisi dengan udara pada temperatur 24°C dan tekanan 1 atm. Dengan menganggap gas ideal (berlaku persamaan (6.5)),hitung “seolah” massa molekul udara.Jawab: 28,2. Karena ini sangat mudah detail penyelesaiannya tidak diberikan. Anda dapat mendapatkan nilai yang sama dari komposisi udara (kira-kira N2:O2 = 4:1). e. Hukum tekanan parsial Dalam banyak kasus Anda tidak akan berhadapan dengan gas murni tetapi dengan campuran gas yang mengandung dua atau lebih gas. Dalton tertarik dengan masalah kelembaban dan dengan demikian tertarik pada udara basah, yakni campuran udaradengan uap air. Ia menurunkan hubungan berikut dengan menganggap masing-masinggas dalam campuran berperilaku independen satu sama lain.

Anggap satu campuran dua jenis gas A (nA mol) dan B (nB mol) memiliki volume V pada temperatur T. Persamaan berikut dapat diberikan untuk masing-masing gas.pA = nART/V (6.8)pB = nBRT/V (6.9)pA dan pB disebut dengan tekanan parsial gas A dan gas B. Tekanan parsial adalahtekanan yang akan diberikan oleh gas tertentu dalam campuran seandainya gastersebut sepenuhnya mengisi wadah.Dalton meyatakan hukum tekanan parsial yang menyatakan tekanan total P gas sama dengan jumlah tekanan parsial kedua gas. Jadi, P = pA + pB = (nA + nB)RT/V (6.10) Hukum ini mengindikasikan bahwa dalam campuran gas masing-masing komponen memberikan tekanan yang independen satu sama lain. Walaupun ada beberapa gas dalam wadah yang sama, tekanan yang diberikan masing-masing tidak dipengaruhi oleh kehadiran gas lain.Bila fraksi molar gas A, xA, dalam campuran xA = nA/(nA + nB), maka pA dapat juga dinyatakan dengan xA. pA = [nA/(nA + nB)]P (6.11) Dengan kata lain, tekanan parsial setiap komponen gas adalah hasil kali fraksi mol, xA, dan tekanan total P. Tekanan uap jenuh (atau dengan singkat disebut tekanan jenuh) air disefinisikan sebagai tekanan parsial maksimum yang dapat diberikan oleh uap air pada temperatur tertentu dalam campuran air dan uap air. Bila terdapat lebih banyak uap air, semua air tidak dapat bertahan di uap dan sebagian akan mengembun. Latihan 6.3 Hukum tekanan parsial Sebuah wadah bervolume 3,0 dm3 mengandung karbon dioksida CO2 pada tekanan 200 kPa, dansatu lagi wadah bervolume 1,0 dm3 mengandung N2 pada tekanan 300 kPa. Bila kedua gas dipindahkan ke wadah 1,5 dm3. Hitung tekanan total campuran gas. Temperatur dipertahankan tetap selama percobaan.Jawab: Tekanan parsial CO2 akan menjadi 400 kPa karena volume wadah baru 1/2volume wadah sementara tekanan N2 adalah 300 x (2/3) = 200 kPa karena volumenyakini hanya 2/3 volume awalnya. Maka tekanan totalnya 400 + 200 = 600 kPa.