Diktat KF Gas
Diktat KF Gas
Diktat KF Gas
GAS
Telah dikenal bahwa berdasarkan ujudnya zat dikelompokkan atas tiga keadaan
wujud yakni: padat, cair dan gas. Dari ketiga keadaan ini, gas paling mudah dipelajari,
sehingga hukum-hukum tentang gas telah lama diperoleh. Gas sangat sensitive terhadap
perubahan temperatur dan tekanan. Gas mudah sekali ditekan dan dikembangkan, dapat
mengisi semua bagian bejana yang ditempati, berapapun besarnya bejana tersebut.
Berlainan dengan gas, cairan dan padatan hanya sedikit sekalidapat ditekan atau
dikembangkan.
Gas terdiri atas molekul-molekul yang bergerak menurut jalan-jalan yang lurus
kesegala arah, dengan kecepatan yang sangat tinggi. Molekul-molekul gas ini selalu
bertumbukan dengan molekul-molekul yang lain atau dengan dinding bejana. Tumbuhan
terhadap dinding bejana ini yang menyebabkan adanya tekanan.
Volume dari molekul-molekul gas sangat kecil bila dibandingkan dengan volume
yang ditempati oleh gas tersebut, sehingga sebenarnya banyak ruang yang kosong antara
molekul-molekulnya. Hal ini yang menyebabkan gas mempunyai rapat yang lebih kecil
dari pada cairan atau zat padat. Hal ini juga yang menyebabkan gas bersifat kompresibel
atau mudah ditekan.
Karena molekul-molekul gas selalu bergerak ke segala arah, maka gas yang satu
mudah bercampur dengan gas yang lain (diffusi), asal keduanya tidak bereaksi. Misalnya
N2 dan O2;CO2 dan H2; dan sebagainya.
Dalam pembicaraan tentang gas, semua gas dibagi menjadi dua jenis :
a. Gas Ideal: yaitu gas yang mengikuti secara sempurna hukum-hukum gas
(Boyle, Gay Lussac, dsb.).
b. Gas Non Ideal atau Nyata:
yaitu gas yang hanya mengikuti hukum-hukum gas pada tekanan rendah.
Gas ideal sebenarnya tidak ada, jadi hanya merupakan gas hipotesis. Semua gas
sebenarnya tidak nyata. Pada gas ideal dianggap, bahwa molekul-molekulnya tidak tarik
menarik dan volemu molekulnya dapat diabaikan terhadap volume gas itu sendiri atau
ruang yang ditempati. Sifat ideal ini hanya didekati oleh gas beratom satu pada tekanan
rendah dan pada temperatur yang relative tinggi.
1.1.
HUKUM-HUKUM GAS
Sebagai hasil percobaan yang teliti, telah diperoleh pernyataan mengenai sifat-sifat
umum dari gas, yang dikenal sebagai hukum-hukum gas. Hukum-hukum ini menyatakan
hubungan antara jumlah, volume, tekanan dan temperatur dari pada gas.
1.1.1. Hukum Boyle
Hukum gas yang pertama, didapatkan oleh Robert boyle tahun 1661. pada
temperatur tetap, volume dari sejumlah tertentu gas berbanding terbalik dengan
tekanannya. Dapat juga dikatakan, untuk sejumlah tertentu gas pada temperatur yang
tetap, hasil kali teknan dan volume selalu tetap.
Secara matematis dapat ditulis:
KF I-BAR
I-1
V 1/P
V1
P
2
V2
P1
atau
P1 V1 = P2 V2 = k
Kalau Vdan P masing-masing volume dan tekanan gas, sedang K suatu tetapan.
Hukum Boyle dan juga hukum-hukum gas yang lain, hanya berlaku untuk gas ideal.
Gas ideal sendiri tidak ada, tetapi sifat-sifatnya didekati oleh gas-gas inert seperti He, Ne
dan Ar serta uap Hg dalam keadaan sangat encer.
Gas yang umum terdapat di alam atau gas sejati seperti N2, CO2, O2, dan sebagainya
agak menyimpang dari sifat-sifat ideal namun mendekati sifat ideal pada tekanan sangat
rendah atau temperatur tinggi, jauh diatas temperatur kritis.
1.1.2 Hukum Charles
Charles mendapatkan, bahwa untuk sejumlah tertentu gas pada tekanan yang
tetap, volume gas berbanding lurus dengan temperatur absolutnya. Dapat juga dikatakan,
untuk sejumlah tertentu gas pada volume tetap, gas bebanding lurus dengan temperatur
absolutnya.
Secara matematis dapat dituliskan:
V T
V1
T1
atau
T1 /V1 = T2 /V2 = k
V2 T2
Secara grafis, hukum ini dapat digambarkan seperti pada Gb. 1.1.
I-2
membandingkan volume dari gas-gas, temperatur dan tekanan harus diambil sama.
Tekanan standar gas diambil 1atm. Atau 76 cm Hg sedang temperatur standar diambil 0C
atau 273K. Dengan memakai hukum Boyle dan Charles, dapat dicari volume dalam
keadaan gasstandar dari gas-gas tertentu, bila tekanan dan temperaturnya diketahui.
1.1.3 Hukum Avogadro
Telah didapatkan bahwa 1 mol setiap gas pada temperatur dan tekanan sama,
mempunyai volume yang sama. Volume ini besarnya adalah 22,414 liter pada 0C dan 76
cm Hg. Volume ini disebut volume molar gas, dalam keadaan standar.
Karena tiap mol gas jumlah molekulnya sama, yaitu 6,02 x 10 23 maka gas-gas yang
volumenya sama pada temperatur dan tekanan sama, berisi jumlah molekul yang sama
pula. Secara matematis hal ini dapat dinyatakan sebagai berikut:
V :: n (P,T tetap)
Dalam hal ini n adalah jumlah mol gas.
1.1.4 Hukum Gas Ideal
Kombinasi hukum Boyle, Charles dan Avogadro menghasilkan:
V ::
n .T
p
PV
R
nT
P1V1
PV
2 2
n1T1
n 2T2
(a)
(b)
(a )
R= tetapan gas
Persamaan diatas biasanya dituliskan sebagai:
PV = n R T
Persamaan ini disebut juga persamaan gas ideal dan hanya berlaku untuk gas ideal. Untuk
gas sejati hukum tersebut hanya didekati pada tekanan rendah atau temperatur tinggi.
Besarnya R dapat ditentukan dengan mengukur volume sejumlah tertentu gas pada
temperatur dan tekanan tertentu.
R = PV / nT
Untuk n = 1 mol, T = 274,16o P = 1 atm dan V= 22,414 l maka
R = 1 mol x 22,414 l x 1 atm / 274,16oK x 1 = 0,0825 l atm/oK mol.
R = 1 x atm x oK-1 x mol-1
= tenaga x oK-1 x mol-1
Dalam sistem cgs:
KF I-BAR
I-3
8,314
1,987 kal / mol K
4,184
nRT
W
. RT
M
W RT
RT
P
d
VM
M
P1V1
PV
2 2
T1
T2
PV
(a )
(b )
(c )
(d )
.
Contoh 1:
Suatu gas volumenya 20,0 liter , pada 20C dan 730 mm Hg.
a. berapa volume gas pada keadaan standar?
b. Berapa jumlah mol gas tersebut?
Jawab :
Contoh
PV
PV
a. 0 0 1 1
T0
T1
V0
T0 x P1V1
273 730 x 20,0
x
P0 T1
760 273 20
V0 20,7
PV
RT
730 / 760 x 20,0
n
0,925 mol
0,0821
b. PV nRT n
Contoh 2:
Uap 0,980 gr kloroform mengisi ruangan 200 ml pada tekanan 752 mm Hg dan
temperaturnya 21C. berapakah BM zat itu?
Jawab:
KF I-BAR
I-4
PV
nRT
wRT
PV
W
RT
M
(0,980)(0,0821)(294)
(752 / 760)(0,2)
119,5 gr / mol
C2
d1
C = kecepatan difusi
d = rapat gas
Dapat juga dikatakan, waktu yang dipergunakan untuk difusi dua gas yang sama,
berbanding lurus dengan akar kerapatannya:
t1
t2
d1
d2
t waktu difusi
Karena rapat gas berbanding lurus dengan berat molekul gas, maka rumus juga dapat
ditulis sebagai :
C1
d2
M2
C2
d1
M1
Pa = na/n .P
=Na P
KF I-BAR
I-5
Pa na
P
n
n
Pa a P
n
Pa N A . P
na
N A fraksi mol gas A
n
Contoh 3:
Hitung tekanan parsiel tiap-tiap gas dalam campuran yang berisi 2,50 mol
nitrogen, 1,00 mol oksigen dan 0,500 mol karbon dioksida bila tekanan total 2,00 atm.
Jawab:
n
N
2,50
P
N2 n 2 P
x 2,00 1,25 atm
4,00
total
P
O2
CO2
O2
1,00
P
x 2,00 0,50 atm
4,00
total
n
n
CO2
0,500
P
x 2,00 0,25
4,00
total
Contoh 4:
500 ml oksigen diukur diatas air dengan tekanan total 760 ml. temperatur = 25C, PH2 O
= 23,8 mm. berapa tekanan parsiel O2. berapa mol O2 ada? Berapa vol. O2 yang bebas
uap H2O pada OC dan 76 cm Hg.
Jawab:
a.
O2
b. n
c. V
KF I-BAR
I-6
C3
c2c2 C
C11
c2
y
KF I-BAR
I-7
mC 12 sehingga kecepatan
Dengan cara sama diperoleh kecepatan perubahan momen ke arah sumbu Y dan sumbu Z,
yang masing-masing :
2mC32
I
dan
2 mC22
I
Kecepatan perubahan momen tidak lain dari gaya yang bekerja pada dinding-dinding
kubus, hingga:
Gaya =
2 mC12
+
2 mC22
+
2mC32
I
I
I
=
2 mC2
I
Tekanan
Gaya
Luas
2 mC2
I
1/3 mC2
I3
1/3 Mc2
V
1/3
1/3
1
6 I2
m n c2
V
m n C2
KF I-BAR
C ::
1
d
1/3 m n C2
C2 :: T
(P tetap)
1/3 m n C2
3PV
3P
mn'
dn'
(P tetap)
I-8
=
=
1/3 m n C2
3 PV =
m n
3nRT
m n
=-
3 RT
3 RT
mN
Karena kecepatan difusi berbanding lurus dengan kecepatan gas, maka untuk dua gas
dengan berat molekul M1 dan M2 :
C1
C2
3 RT / M 1
3 RT / M 2
M2
M1
M 2 / Vm
M 1 / Vm
d2
d1
d = rapat gas
Contoh:
a. berapa kecepatan akar rata-rata kuadrat gas H2 pada 270C.
b. berapa kecepatan gas SO2 pada temperatur sama.
H = 1 S = 32 O = 16
Jawab:
a. C
3 RT
M
=
=
=
b. CH2
CSO2
KF I-BAR
CH2
42
1
42
=
=
I-9
450 x8,31x107
RT
PV
1
RT
zRT
PV
z
RT
z = faktor kompresibilitas
I-10
Dalam persamaan van der Waals diadakan faktor koreksi terhadap tekanan dan
volume dari persamaan PV = n R T. Pada penjabaran rumus gas ideal, masing-masing
molekul dianggap tidak tarik-menarik , hingga tekanan yang ada lebih kecil dari yang
seharusnya. Besarnya faktor koreksi untuk tekanan adalah :
a n2 kalau a = tetapan
v
Pada persamaan gas ideal, masing-masing molekul dianggap sebagai titik ber
massa, artinya mempunyai massa tetapi tidak mempunyai volume. V dalam rumus
PV = n R T adalah volume dalam ruangan yang tidak ditempati oleh molekul. Karena
masing-masing molekul mempunyai volume, maka V harus lebih kecil. Bila b volume
efektif tiap mol, maka faktor koreksi besarnya n b kalau b = tetapan.
Persamaan PV = n R T diubah oleh van der Waals menjadi :
(P + n2 a ) (V n b) = n R T atau
v2
(P + a) (v b) = R T
v2
(n= 1 mol)
P =RT _ a
V-b V2
PV
Satuan : a:
b:
= R T - a + ab + Pb
V V2
0,244
0,034
1,39
3,59
b( mole 1)
2,66 x 10-2
2,37 x10-2
3,91 x 10-2
4,27 x 10-2
nRT
= WRT
I-11
M
W. RT = d . RT
V P
P
Bila digambarkan grafik d terhadap p untuk gas ideal, diperoleh bahwa garis
P
tersebut lurus dan sejajar dengan sumbu x. untuk gas sejati ternyata bahwa grafik d
P
terhadap P linear, hingga dengan jalan ekstarpolasi dapat diperoleh d pada tekana = 0
P
atau ( d )o. Dari ini diperoleh M.
P
M
=
(d)o R T
P
I-12
Berapa volumenya pada keadaan standar ? Berapa molekul ada dalam sistem ini ?
8. Berapa volume 4 gram hydrogen pada tekanan 250 mm dan temperatur 270C ?
Berapa mol hydrogen ada dalam 40 ml gas ini pada temperatur dan tekanan sama?
9. Suatu bejana berisi campuran hydrogen dan oksigen. Tekanan totalnya 1,5 atm.
Dan temperaturnya 270C. bila oksigen diambil, tekanan turun menjadi 0,5 atm.
Dan berat bejana dan isinya berkurang sebesar 16 gram. Hitung volume bejana,
berat hydrogen yang ada serta fraksi mol dari gas yang mula-mula dalam
campuran.
10. Hitung kecepatan akar rata-rata kuadrat dari gas nitrogen pada (a) 00C (b)250C
11. Suatu gas berdifusi melalui sutu lubang dalam 23,2 detik. Oksigen yang sama
volumenya berdifusi melalui lubang yang sama pada keadaan yang sama selama
32,8 detik. Berapa berat molekul gas tersebut ?
12. Hitung tekanan 1 mol Helium pada 350C bila volumenya 2 liter :a.
dengan persamaan gas ideal.
b.
Dengan persamaan van der Waals
13. Kedalam bejana yang volumenya 10 liter dimasukan masing-masing 2 gram gas
nitrogen, oksigen dan argon. Berapa tekanan total dan tekanan parsiel masingmasing gas pada 150C. Agar tekanan gas menjadi dua kali, berapa argon harus
ditambahkan ?
14. Kecepatan akar rata-rata kuadrat suatu gas adalah 5,16 x 104 cm/det pada 270C.
Berapa volume 10 gram gas ini pada 270C dan pada tekanan 0,5 atm.
Berapa molekul ada dalam 10 ml gas ini pada keadaan standar
Berapa berat molekul gas ini ?
Daftar Pustaka
1. Sukarjo. 1997, Kimia Fisika, PT Rineka Cipta, Jakarta
2. Andrew DH, 1980, Introductory Physical Chemistry, Mc Graw Hill Book Company
London
KF I-BAR
I-13