Gas Ideal: Februari 2016

GAS IDEAL

DAN PENERAPANNYA DALAM ILMU KIMIA

A.Pengertian gas ideal

Gas ideal merupakan gas hipotesis yang memiliki molekul yang dipantulkan satu sama lain (dalam batas-batas wadah mereka) dengan elastisitas yang sempurna dan memiliki ukuran yang diabaikan, dan dimana gaya antar molekul yang bekerja antara molekul tidak bersentuhan satu sama lain juga diabaikan. Gas tersebut akan mematuhi hukum gas (seperti hukum Charles dan hukum boyle) tepat pada semua suhu dan tekanan. Gas yang paling actual yang bertindak kurang lebih sebagai gas.

Gas ideal didefinisikan sebagai salah satu dimana semua tumbukan antara atom dan molekul bersifat elatis sempurna dan dimana tidak ada kekuatan menarik antarmolekul.sesuatu memvisualisasikannya sebagai kumpulan bola sempurna keras yang bertabrakan tetapi di nyatakan tidak berinteraksi satu sama lain. Dalam gas seperti itu, semua energy internal dalam bentuk inergi kinetic dan perubahan energi internal disertai dengan perubahan suhu.

Gas ideal dapat dicirikan oleh tiga variable keadaan : Tekanan Mutlak (P), Volume (V), dan Suhu Mutlak (T). hubungan antara mereka dapat disimpulkan dari teori kinetic dan disebut :

PV = n RT = NkT

· n = Banyak nya mol

· R = Universal gas konstan 8,3145 J/mol K

· N = Jumlah molekul

· K = konstanta Boltzman 1,38066 X 10-23 J/K = 8,617385 X 10-5 Ev/K

· NA = Avogadro nomor 6.0221 x 1023 / mol

B.Sifat-sifat gas ideal

Sifat gas ideal adalah sebagai berikut :

1) Terdiri atas partikel yang banyak sekali dan bergerak sembarang.

2) Setiap partikel mempunyai massa yang sama.

3) Tidak ada gaya tarik menarik antara partikel satu dengan partikel lain.

4) Jarak antara partikel jauh lebih besar disbanding ukuran sebuah partikel.

5) Jika partikel menumbuk dinding atau partikel lain, tumbukan dianggap lenting sempurna.

6) Hukum Newton tentang gerak berlaku.

7) Gas selalu memenuhi hukum Boyle-Gay Lussac.

Dari berbagai sifat diatas, 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. Prototype alat pengukur tekanan atmosfer, barometer, diciptakan oleh Torricelli. Tekanan didefinisikan gaya persatuan luas, jadi tekanan = gaya/luas. Dalam SI, satuan gaya adalah Newton (N), satuan luas m², dansatuan tekanan adalah pascal (Pa). 1atm kira-kira sama dengan tekanan 1013hPa. 1atm =1,01325 x 10⁵ dan Pa = 1013,25 hPa. Namun, dalam satuan non-SI unit, Torr, kira-kira 1/760 dari 1atm, sering digunakan untuk mengukur perubahan tekanan dalam reaksi kimia.

Berdasarkan sifat gas ideal, anda telah mengetahui bahwa setiap dinding ruang tempat gas berada, mendapat tekanan dari tumbukan partikel-partikel gas yang tersebar merata di dalam ruang tersebut. Missal nya partikel yang berada didalam ruang berbentuk kubus dengan panjang rusuk kubus L massa partikel tersebut adalah m dan kecepatan partikel menurut arah sumbu x dinyatakan sebagai v_x. jika partikel gas ideal tersebut menumbuk dinding ruang, tumbukan yang terjadi adalah tumbukan lenting sempurna. Oleh karena itu, jika jika kecepatan awal partikel saat menumbuk dinding A adalah +v_x, kecepatan akhir partikel setelah terjadinya tumbukan dinyatakan sebagai –v_x. perubahan momentum (Dp_x) yang dialami partikel adalah Dp_x = P_akhir – P_awal = -mv_x – (mv_x) = -2mv_x. setelah menumbuk dinding A, partikel gas ideal tersebut menumbuk dinding B. demikian seterusnya, partikel gas tersebut akan bergerak bolak-balik menumbuk dinding A dan dinding B. dengan demikian, anda dapat menghitung selang waktu antara dua tumbukan yang terjadi pada dinding A dengan persamaan. Pada partikel gas tersebut menumbuk dinding, partikel memberikan gaya sebesar F_X pada dinding. Pada pelajaran mengenai momentum besar gaya yang terjadi pada peristiwa tumbukan sama dengan laju perubahan momentumnya (F = Dp/Dt). Dengan demikian, besar gaya F_X tersebut dapat diketahui. Jika didalam ruang berbentuk kubus tersebut terdapat sejumlah N partikel gas, yang kecepatan rata-rata seluruh molekul gas tersebut dinyatakan dengan V_X, gaya yang dialami dinding dinyatakan sebagai F_total. Dengan demikian anda dapat mencari besarnya tekanan (p) yang dilakukan oleh gaya total (F_total) yang dihasilkan oleh N partikel gas ideal tersebut pada dinding A. oleh karna luas dinding adalah perkalian antara dua panjang rusuk dinding (A = L²) maka persamaan tekanan pada dinding dapat ditulis dengan :

Pv = Nmv_x²

Dengan : p = tekanan pada dinding.

V = volume ruang.

HUKUM GAS IDEAL

Hukum gas ideal merupakan kombinasi dari Hukum Boyle, Hukum Charles dan Hukum Avogadro.

Hubungan yang menunjukkan bagaimana volume gas bergantung pada tekanan, temperatur dan jumlah mol gas dapat ditunjukkan oleh persamaan matematis:

Dimana R adalah konstanta gas universal. Nilai dari R ialah 0.08206 L atm/K mol. Persamaan diatas lebih dikenal lagi dengan bentuk:

Hukum Gas ideal adalah persamaan keadaan untuk gas, dimana kondisi gas pada waktu tertentu dideskripsikan oleh persamaan matematis. Hukum gas ideal ini merupakan persamaan empiris yang telah diuji untuk beberapa gas. Gas yang mengikuti hukum gas ideal ini disebut gas ideal. Hukum gas ideal dapat digunakan untuk menyelesaikan berbagai permasalahan terutama mengenai sifat gas.

GAS IDEAL DALAM ILMU KIMIA

Gas ideal dalam ilmu kimia dapat berupa hukum-hukum gas berikut ini :

1. Hukum Boyle

Hukum Boyle adalah salah satu dari banyak hukum kimia dan merrupak kasus khusus dari hukum kimia ideal. Hukum Boyle mendeskripsikan kebalikan hubungan proporsi antara tekanan absolute dan volume udara, jika suhu tetap konstan dalam system tertutup hukum ini berbunyi “untuk jumlah tetap gas ideal tetap disuhu yang sama, P(tekanan) dan V(volume) merupakan proporsional terbalik (dimana yang satu ganda, yang satunya setengahnya).”

Dengan tabung berbentuk J yang ditutup pada bagian ujungnya (seperti pada gambar), ia memasukkan raksa cair (Hg), kemudian diukur tekkanan yang diterima gas di dalam tabung dan volume dari gas. Kemudian dalam tabung J ditambahkan lagi raksa cair, sehingga tekanan dalam gas dalam tabung meninggkat dan volume gas dalam tabung semakin kecil. Pengukuran ini dilakukan hingga diperoleh beberapa data dari eksperimen Boyle.

Dari eksperimen boyle ini diperoleh kesimpulan berupa konstanta yang dinyatakan dalam persamaan:

PV = K

Dimana K merupakan konstanta

2. Hukum Charles

Hukum Charles dapat dinyatakan sebagai jika wadah yang ditempati oleh sampel gas pada gas tekanan konstan maka volume berbanding lurus dengan suhu.

V / T = Konstan

Dimana V= Volume

T = Temperatur (diukur dalam Kelvin)

Hukum Charles dapat disusun menjadidua persamaan berguna lainnya.

V₁ / T₁ = V₂ / T₂

Dimana V₁ = Volume awal

T₁ = Suhu awal

V₂ = Volume akhir

T₂ = Suhu akhir

Grafik pengamatan Charles

FENOMENA YANG TERKAIT DALAM GAS IDEAL

Fenomena yang terkait dalam gas ideal dapat berupa contoh seperti berikut ini :

1. OMasuknya telur kedalam botol, dimana mulut botol lebih kecil dari pada telur setelah dimasukkan korek api yang menyala kedalam botol.

Saat mulut botol ditutup dengan telur maka jumlah mol (n) gas oksigen (o₂) didalam botol akan semakin berkurang (pembakaran memerlukan oksigen). Sesuai dengan persamaan gas ideal yaitu pV = n RT, dimana jumlah mol gas (n) berbanding lurus dengan tekanan gas, sehingga saat jumlah mol oksigen (o₂) berkurang didalam botol, maka tekanan (p) didalam botol juga berkurang. Hal tersebut menyebabkan tekanan di dalam botol lebih kecil dibandingkandiluar botol (p_dalam < p_luar) sehingga seolah-olah telur terdorong kedalam botol.

2. Terserap nya air setelah lilin ditutup dengan gelas.

Karena lilin yang menyala ditutup dengan gelas maka jumlah mol (n) gas oksigen (O₂) Didalam gelas akan semakin berkurang (pembakaran memerlukan oksigen). Sesuai dengan persamaan gas ideal yaitu Pv = n RT, dimana jumlah mol gas (n) berbanding lurus dengan tekanan gas sehingga saat jumlah mol oksigen (O₂) ) berkurang didalam botol, maka tekanan (p) didalam botol juga berkurang. Hal tersebut menyebabkan tekanan di dalam botol lebih kecil dibandingkandiluar botol (p_dalam < p_luar) sehingga seolah-olah telur terdorong kedalam botol.

CONTOH SOAL

Massa jenis nitrogen 1,25 kg/m³ pada tekanan normal. Tentukan massa jenis nitrogen pada suhu 42º C dan tekanan 0,97 10⁵ N m^-2?

Penyelesaian:

r₁ = 1,25 kg/m³

p₁ = 76 cm Hg

T₁ = 273 K

T₂ = 315 K

p₂ = 0,97 . 10⁵ N m^-2

p₁ = 76 cm Hg

= 76 . 13,6 . 980 dyne/cm³

= 101292,8 N m^-2

r₂ = 0,9638 kg/m³

Di dalam sebuah tangki yang volumenya 50 dm³ terdapat gas oksigen pada suhu 27º C dan tekanan 135 atm. Berapakah massa gas tersebut?

Penyelesaian:

R = 0,821 lt atm/molº k

p = 135 atm

V = 50 dm³

T = 300º K

n =

= = 274 mol

M O₂ = 16 + 16 = 32

m O₂ = 32 . 274

= 8768 gr

Sebuah tangki berisi 8 kg gas oksigen pada tekanan 5 atm. Bila oksigen dipompa keluar lalu diganti dengan 5,5 kg gas karbondioksida pada suhu yang sama, berapakah tekanannya?

Penyelesaian:

M O₂ = 32 à n (8 kg O₂ ) = = 250 mol

M CO₂ = 44 à n (5,5 kg CO₂) = = 125 mol

p₁ = 5 atm

p₁ V₁ = n₁ R T₁T₁ = T₂

p₂ V₂ = n₂ R T₂ V₁= V₂

à =

p₂ = p₁

= 5

p₂ = 2,5 atm

Massa 1 mol air 10 kg. berapa jumlah molekul H₂O dalam 1 gr berat air. Berapakah jarak rata- rata antara molekul pada tekanan 1,01 . 10⁵ N m^-2 dan pada suhu 500º K?

Penyelesaian:

p V = n R T