ZAT-ZAT YANG BERWUJUD GASKita hidup didasar lautan udara yang komposisi volumenya secara kasar adalah 78%

N2, 21% O2, dan 1% gas lainnya termasuk CO2. Disini secara umum kita akan memusatkan perhatian pada perilaku zat-zat berwujud gas di bawah kondisi atmosfer normal, yang didefinisikan pada suhu 25˚C dan tekanan 1 atmosfer (atm).

Hanya 11 unsur saja yang pada kondisi atmosfer normal berwujud gas. Tabel berikut memuat daftar tentang hal itu, ditambah dengan sejumlah senyawa gasnya. Gas mulia adalah unsur-unsur golongan VIIIA (18) dalam tabel periodik. Disebut mulia karena unsur-unsur ini sangat stabil (sangat sukar bereaksi). Tidak ditemukan satupun senyawa alami dari gas mulia. Menurut Lewis, kestabilan gas mulia tersebut disebabkan konfigurasi elektronnya yang terisi penuh, yaitu konfigurasi oktet (duplet untuk Helium). Kestabilan gas mulia dicerminkan oleh energi ionisasinya yang sangat besar, dan afinitas elektronnya yang sangat rendah (bertanda positif). Perlu diperhatikan bahwa unsur hidrogen, nitrogen, oksigen, fluorin, dan klorin berbentuk molekul gas diatomik. Bentuk lain dari okesigen adalah ozon(O3), yang juga bewujud gas pada suhu kamar. Seluruh unsur golongan VIIIA yaitu gas mulia merupakan gas monoatomik yakni : He, Ne, Ar, Kr, Xe, dan Rn.

Beberapa zat yang berwujud gas pada tekanan 1 atm dan suhu 25˚C

Unsur SenyawaH2 (molekul hidrogen) HF (hidrogen fluorida)N2 (molekul nitrogen) HCl (hidrogen klorida)O2 (molekul okesigen) HBr ( hidrogen bromida )

O3 (ozon) HI (hodrogen iodida)F2 (molekul fluorin) CO (karbon monoksida)Cl2 (molekul klorin) CO2 (karbon dioksida)

He ( helium) NH3 (amonia)Ne (neon) NO (oksida nitrat)Ar (argon) NO2 (nitrogen dioksida)

Kr (kripton) N2O (oksida nitrit)Xe (xenon) SO2 (belerang dioksida)Rn (radon) H2S ( hidrogen sulfida)

HCN (hidrogen sianida)#

Berikut ini adalah sifat-sifat fisis yang khas dari semua gas :

Gas mempunyai volume dan bentuk menyerupai wadahnya. Gas merupakan wujud materi yang paling mudah dimampatkan. Gas-gas akan segera bercampur secara merata dan sempurna jika ditempatkan dalam

wadah yang sama. Gas mempunyai kerapatan yang jauh lebih rendah dibandingkan dengan cairan dan

padatan.

1

Tekanan gasGas melakukan tekanan pada permukaan apapun ketika saling bersentuhan , karena

molekul-molekul gas senantiasa dalam keadaan bergerak. Kita manusia tidak menyadari bahwa secara fisiologi mampu menyesuaikan diri dengan baik terhadap tekanan udara disekeliling kita, mungkin seperti halnya juga ikan yang tidak peduli terhadap tekanan air tehadap dirinya.

Lalu bagaimana memperlihatkan tekanan atmosfer ? sangatlah mudah memperlihatkan tekanan atmosfer. Salah satu contohnya dalam kehidupan sehari-hari adalah kemampuan untuk minum cairan dengan menggunakan sedotan. Udara yang terhisap mengurangi tekanan di dalam sedotan. Tekanan atmosfer di dalam cairan yang lebih besar akan menekan cairan masuk ke dalam sedotan menggantikan udara yang tersedot keluar.

Satuan tekanan dalam SI : Tekanan (pressure) didefinisikan sebagai gaya yang diberikan setiap satuan luas.

tekanan = gayaluas

satuan SI untuk tekanan adalah pascal (Pa) yang didefinisikan sebagai satu newton setiap meter persegi.

1 Pa = 1 N/m2

Tekanan AtmosferTekanan atmosfer ( atmospheric pressure ) adalah tekanan yang diberikan oleh

atmosfer bumi. Nilai sesungguhnya dari tekanan atmosfer bergantung pada letak, suhu dan kondisi cuaca. Atom-atom dan molekul gas dalam atmosfer, seperti halnya material lainnya mengalami gaya tarik gravitasi bumi. Sebagai akibatnya, kerapatan atmosfer di daerah dekat permukaan bumi lebih besar dibandingkan dengan di daerah yang memiliki ketinggian jauh di atas permukaan bumi. Kenyataannya, kerapatan udara menurun sangat cepat dengan meningkatnya jarak dari bumi. Semakin rapat udara, semakin besar tekanannya. Gaya yang diterima oleh setiap wilayah yang disebabkan oleh atmosfer bumi sama dengan berat kolom udara diatasnya.

Bagaimana mengukur tekanan atmosfer ? dengan menggunakan Barometer. Barometer air raksa (merkuri) digunakan untuk mengukur tekanan atmosfer. Barometer air raksa terbuat dari tabung gelas dengan ketinggian sekitar 84 cm dan tertutup pada ujung atasnya. Sedang ujung tabung satunya dibiarkan terbuka serta dicelupkan dalam wadah yang berisi air raksa. Daerah vakum terbentuk dekat ujung atas tabung kaca karena tabung tidak sepenuhnya terisi dengan air raksa.

Prinsip

2

Pada suhu dan tekanan normal tinggi air raksa berkisar pada 76 cm. Karena terdapat daerah hampa di bagian atas barometer, kolom merkuri tidak mengalami tekanan dari ujung atas tabung kaca. Jadi, kolom merkuri di tabung kaca naik atau turun karena efek tekanan atmosfer pada permukaan wadah air raksa sehingga mencerminkan tekanan atmosfer total pada tempat tersebut.

Barometer sederhana terdiri dari tabung kaca panjang, yang salah satu ujungnya tertutup dan pipa diisi dengan merkuri. Jika tabung itu secara hati-hati dibalikkan dalam sebuah cawan yang berisi mercuri , sehingga tidak ada udara yang memasuki tabung, maka sebagian merkuri dari tabung akan mengalir keluar memasuki cawan, menimbulkan ruang hampa di bagian atas tabung yang tertutup. Bobot merkuri yang tersisa dalam tabung ditahan oleh tekanan atmosfer yang bekerja pada permukaan merkuri didalam cawan.

Mengapa menggunakan merkuri yang merupakan zat yang beracun dan uapnya yang berbahaya ? alasan penggunaan mercuri adalah karena kecepatannya yang sangat tinggi (13,6 g/mL) jika dibandingkan dengan cairan lainnya. Karena tinggi cairan dalam kolom berbanding terbalik dengan kerapatannya.

Tekanan atmosfer standar (standard atmospheric pressure) (1 atm) sama dengan tekanan yang menopang kolom merkuri tepatnya setinggi 760 mm ( atau 76 cm) pada permukaan laut pada suhu 0ᵒC. Dengan kata lain, atmosfer standar sama dengan tekanan 760 mmHg, jika mmHg menyatakan tekanan yang diberikan oleh kolom merkuri setinggi 1 mm. Satuan mmHg disebut juga ‘torr’ yang berasal dari ilmuwan Italia bernama Evangelista Torriceli yang menemukan Barometer. Maka :

1 torr = 1 mmHgDan

1 atm = 760 mmHg = 760 torr

Hubungan antara atmosfer dan pascal adalah :1 atm = 101.325 Pa

= 1,01325 × 105 Pa

Dan karena 1000 Pa = 1 kPa ( kilopascal)1 atm = 1,01325 × 102 kPa

Contoh soal :Tekanan di luar pesawat jet yang sedang terbang tinggi, turun secara tiba-tiba di bawah tekanan atmosfer standar. Dengan demikian, udara dalam kabin harus diatur tekanannya untuk melindyngi para penumpang. Berapakah tekanan dalam atmosfer di dalam kabin, jika barometer menunjukkan pembacaan 668 mmHg ?

Penyelesaian :

3

Ini merupakan masalah konversi dan diperlukan faktor satuan ( 1atm/760mmHg). Maka tekanan dalam atmosfer adalah :

Tekanan = 668 mmHg × 1atm

760mmHg = 0,905 atm

Latihan : konversikan 749 mmHg menjadi atmosfer.

Manometer adalah alat untuk mengukur tekanan gas selain atmosfer. Prinsip kerjanya sama dengan barometer. Terdapat dua jenis manometer yaitu manometer tabung tertutup yang umumnya digunakan untuk mengukur tekanan yang lebih rendah dari atmosfer. Sementara manometer tabung terbuka cocok digunakan untuk mengukur tekanan yang sama atau lebih tinggi dari tekanan atmosfer.

HUKUM-HUKUM GAS

Hukum Boyle : Hubungan Tekanan-Volume      Berdasarkan percobaan yang dilakukannya, 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. Jadi, tekanan gas berbanding terbalik dengan volume gas.

Hubungan ini dikenal dengan Hukum Boyle, (boyle’s law) yang menyatakan bahwa tekanan dari sejumlah tetap suatu gas pada suhu yang dijaga konstan adalah berbanding terbalik dengan volumenya. Secara matematis ditulis sebagai berikut :

P1 V1 = P2 V2 dengan :

V1 adalah volume awal V2 adalah volume akhir P1 adalah tekanan awal P2 adalah tekanan akhir

Contoh soalDalam suatu wadah terdapat 4 liter gas dengan tekanan 4 atm dan suhu 47˚C.. kemudian tekanan gas menjadi 1/4 dari tekanan semula dan suhu gas dijaga konstan. berapakah volum gas sekarang?pembahasan :Dik : V1 = 4 L gas

P1 = 4 atm

P2 = ¼ P1 = 14 (4) = 1 atm

T = 47˚C..Dit : V2

Jawab :pada suhu tetap hubungan yang berlaku adalah :P1 V1 = P2 V2

V2 = P1V 1P2

= 4 atm×4 L1atm

= 16 L

jadi, volum gas sekarang adalah 16 liter.

4

Hukum Charles dan Gay-Lussac : Hubungan Suhu-Volume

1).   Hukum Gay – Lussac ( Hukum Perbandingan Volume )

Hukum ini menjadi dasar bagi stoikiometri raeksi – reaksi gas. Ketika ia mereaksikan 1 bagian volume gas hidrogen dengan satu bagian volum gas klor akan menghasilkan dua bagian volum gas hidrogen klorida. Ketika Lussac mereaksikan 2 bagian volume gas hidrogen bereaksi dengan 1 bagian volume gas oksigen ternyata menghasilkan dua bagian volume uap air. Demikian juga ketika ia mereaksikan gas hidrogen dengan nitrogen, 3 bagian hidrogen bereaksi dengan  1 bagian gas nitrogen menghasilkan 2 bagian gas amonia.

Berikut reaksinya :

H2(g) + Cl2(g) → 2 HCl(g)

2 H2(g) + O2(g) → 2 H2O(g)

3 H2(g) + N2(g) → 2 NH3(g)

Bunyi hukum perbandingan volume (Gay Lussac)

“Volume gas-gas yang bereaksi dan gas-gas hasil reaksi, bila diukur pada suhu dan tekanan yang sama berbanding sebagai bilangan bulat sederhana”

 Yang perlu diperhatikan adalah hukum perbandingan volume tidak berlaku pada reaksi yang melibatkan zat dalam fase padat dan cair. Pada zat padat dan cair, koefisien reaksi hanya menyatakan perbandingan mol, tidak menyatakan perbandingan volume.

secara matematis ditulis sebagai berikut :

Untuk gas dalam suatu wadah yang mengalami pemanasan dengan volum dijaga tetap, pada proses 1 dan 2 hukum gey lussac dapat ditulis seperti berikut :

dengan 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 27˚C. berapakah tekanan gas tersebut jika suhu dinaikan menjadi 67˚C pada volum tetap?pembahasan :Dik :V = 2,5 LP1 = 2 atm

T1 = 273 + 27 = 300 ˚KT2 = 273 + 67 = 340 ˚K

5

Dit : P2 ... ?Jawab :P1T 1

=¿ P2T 2

P2 = P1.T 2T 1

= 2atm×300K

340K = 1,76 atm

Jadi, tekanan gas pada suhu 67˚C adalah 1,76 atm

2). Hukum Charles

Seratus tahun setelah Boyle menemukan hubungan antara volume dan tekanan, seorang ilmuwan berkebangsaan Perancis yang bernama Jacques Charles (1746-1823) menyelidiki hubungan antara suhu dan volume gas. Berdasarkan hasil percobaannya Charles menemukan bahwa apabila tekanan gas dijaga agar selalu konstan, maka ketika suhu mutlak gas bertambah, volume gas pun ikut-ikutan bertambah, sebaliknya ketika suhu mutlak gas berkurang, volume gas juga ikut-ikutan berkurang. Hubungan ini dikenal dengan hukum Charles.

Seperti yang kita lakukan untuk hubungan tekanan-volume pada suhu konstan, kita dapat membandingkan dua keadaan volume-suhu untuk sampel gas tertentu pada tekanan konstan. Maka persamaaannya menjadi :V1 / T1 = V2 / T2 dengan :

V1 adalah volume awal T1 adalah suhu awal ( ˚K ) V2 adalah volume akhir T2 adalah suhu akhir ( ˚K )

V2 = V1 (T2 / T1) dengan :

V2 adalah volume akhir T2 adalah suhu akhir ( ˚K ) V1 adalah volume awal T1 adalah suhu awal( ˚K )

Dalam setiap tahap perhitungan, dianggap bahwa suhu yang diberikan dalam ˚C adalah tepat, sehingga tidak mempengaruhi pada angka yang signifikan.

Contoh soal :1. Di dalam sebuah bejana tertutup terdapat gas yang mempunyai volume 2 liter dan suhu 27oC. Jika volume gas menjadi 3 liter maka suhu gas menjadi ?

6

PembahasanDiketahui   :Volume awal (V1) = 2 liter = 2 dm3 = 2 x 10-3 m3

Volume akhir (V2) = 3 liter = 3 dm3 = 3 x 10-3 m3

Suhu awal (T1) = 27oC + 273 = 300 KDitanya : suhu akhir (T2)Jawab :

Hukum Avogadro : Hubungan Volume-Jumlah Gas

Karya ilmuwan Italia bernama Amedeo Avogadro melengkapi studi yang dilakukan oleh Boyle, Charles dan Gay-Lussac. Pada tahun 1811, ia mempublikasikan suatu hipotesis yang menyatakan bahwa pada suhu dan tekanan yang sama, sejumlah volume yang sama dari gas-gas yang berbeda mengandung jumlah molekul (atau atom jika gasnya adalah monoatomik ) yang sama pula. Sehingga bunyi hukum Avogadro (Avogadro’s law ) menyatakan bahwa pada tekanann dan suhu konstan, volume suatu gas berbanding langsung dengan jumlah mol gas yang ada.

Berdasarkan hukum Avogadro, terlihat bahwa jika dua gas bereaksi satu dengan lainnya, maka volume gas yang bereaksi memiliki perbandingan yang sederhana. Jika hasilnya adalah gas, maka volumenya terkait dengan volume pereaksinya dalam perbandingan yang sederhana (kenyataan ini diperlihatkan pertama kali oleh Gay-Lussac).

Hukum Avogadro berkaitan erat dengan Hukum Gay Lussac.

Contoh :

N2(g) +  3 H2(g) →  2 NH3(g)

Perbandingan mol sama dengan perbandingan koefisien reaksinya. Hal ini berarti, setiap 1 mol gas N2 tepat bereaksi dengan 3 mol gas H2membentuk 2 mol gas NH3. Perbandingan volume gas sama dengan perbandingan koefisien reaksinya. Hal ini berarti, setiap 1 L gas N2 tepat bereaksi dengan 3 L gas H2 membentuk 2 L gas NH3. Dengan demikian, jika pada suhu dan tekanan tertentu, 1 mol gas setara dengan 1 L gas, maka 2 mol gas setara dengan 2 L gas. Dengan kata lain, perbandingan mol gas sama dengan perbandingan volume gas.

7