Rangkuman Gas Ideal
Gas Ideal adalah gas
yang memenuhi sifat-sifat berpartikel banyak, antarpartikel tidak berinteraksi,
arah gerak setiap partikel sembarang, ukuran partikel terhadap ruang tempatnya
dapat diabaikan, tumbukan antarpartikel bersifat lenting sempurna, partikel gas
terdistribusi merata di seluruh ruang, dan berlaku Hukum Newton tentang gerak.
Karakteristik
Umum Gas
Ekspansibilitas (dapat
dikembangkan)
Gas dapat mengembang untuk mengisi seluruh
ruangan yang ditempatinya.
Kompresibilitas (dapat dimampatkan)
Gas
sangat mudah dimampatkan dengan memberikan tekanan.
Mudah berdifusi
Gas dapat berdifusi dengan cepat membentuk campuran homogen.
Tekanan
Gas
memberikan tekanan ke segala arah.
Pengaruh suhu
Jika gas dipanaskan maka tekanan akan
meningkat, akibatnya volume juga meningkat.
Sifat Gas Ideal
Suatu gas
dikatakan ideal jika memenuhi kriteria sebagai berikut:
Ø
Molekul-molekul gas
tidak mempunyai volum
Ø
Tidak ada interaksi
antara molekul molekulnya, baik tarik menarik maupun tolak menolak.
Ø
Gas terdiri atas partikel-partikel dalam jumlah yang
besar sekali, yang senantiasa bergerak dengan arah sembarang dan tersebar
merata dalam ruang yang kecil.
Ø
Jarak antara partikel gas jauh lebih besar daripada
ukuran partikel, sehingga ukuran partikel gas dapat diabaikan.
Ø
Tumbukan antara
partikel-partikel gas dan antara partikel dengan dinding tempatnya adalah
elastis sempurna.
Ø
Hukum-hukum Newton
tentang gerak berlaku.
Pada kenyataannya, gas-gas yang memenuhi kriteria seperti
itu sangat jarang ditemukan. Namun, gas nyata dapat mendekati sifat gas ideal
pada tekanan yang rendah dan suhu yang relatif tinggi.
Hukum – Hukum Gas
Ideal
Ø Hukum Boyle
Menurut hukum Boyle,
pada suhu tetap, volume sejumlah
tertentu gas berbanding terbalik dengan
tekanannya.
V = k . 1/P
dimana k adalah tetap PV = k
Jika P dan V berubah
dari keadaan 1 ke keadaan 2, maka dapat ditulis:
P1V1 =
k = P2V2 atau P1V1 =
P2V2
Ø Hukum Charles
Hukum
Charles menyatakan bahwa:
Pada
tekanan tetap, sejumlah tertentu gas berbanding lurus dengan suhu mutlak (suhu kelvin).
Secara
matematis dapat ditulis:
V = k T
dimana k adalah konstan,
Ø Kombinasi Hukum Charles –
Boyle
Hukum
kombinasi dapat dinyatakan :
Untuk sejumlah tertentu gas, volume
berbanding lurus dengan suhu kelvin dan berbanding terbalik dengan tekanan.
Ø Hukum Gay-Lussac
Hukum Gay Lussac atau hukum tekanan-suhu berbunyi.
Pada volume tetap, tekanan sejumlah tertentu
gas berbanding lurus dengan suhu mutlak (suhu kelvin)
Ø Prinsip Avogadro
Menurut hukum Avogadro:
pada suhu dan tekanan tetap, volume sejumlah tertentu gas
berbanding lurus dengan jumlah molnya.
Persamaan Gas Ideal
Dari tiga hukum yaitu hukum Boyle, hukum
Charles dan hukum Avogrado dapat dikombinasikan menjadi satu hukum yang disebut
dengan hukum gas ideal. Hukum gas ideal menyebutkan bahwa:
Volume
gas berbanding lurus dengan jumlah mol dan suhu serta berbanding terbalik
dengan tekanan.
Dapat di tulis PV = nRT
Gas Ideal Dalam Ilmu Kimia
Gas merupakan satu dari tiga wujud zat
dan walaupun wujud ini merupakan bagian tak terpisahkan dari studi kimia,ini akan
membahasa hubungan antara volume, temperatur dan tekanan baik dalam gas ideal
dan teori kinetik molekular gas, dan tidak secara langsung kimia. Utamanya tentang
perubahan fisika, dan reaksi kimianya. 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.
Gas ideal dalam ilmu kimia di
gunakan untuk:
Ø Menentukan
volume gas dari keadaan satu keadaan yang lain
Ø Menghitung volume gas
Ø Mengukur tekanan
Ø Menentukan naik turunnya suhu
Ø Menghitung jumlah mol gas
Ø Menentukan berat molekul gas ideal
Ø
Menghitung massa gas
Anggapan Dasar Teori Kinetik
Gas
v Gas
terdiri dari partikel yang disebut dengan molekul yang menyebar pada ruangnya.
Molekul gas identik sama dengan massa (m).
v Molekul
gas bergerak tetap ke segala arah dengan kecepatan tinggi. Molekul bergerak
dengan kecepatan yang sama dan akan berubah arah jika terjadi tumbukan dengan
molekul lain atau dengan dinding wadahnya.
v Jarak
antar molekul sangat besar dan diasumsikan bahwa terjadi gaya van der waals
antar molekul sehingga molekul gas dapat bergerak bebas.
v semua
tumbukan yaang terjadi merupakan lenting sempurna sehingga selama terjadi
tumbukan tidak kehilangan energi kinetik.
v Tekanan
pada gas disebabkan tumbukan molekul pada dinding ruangnya.
v Energi
kinetik rata-rata (1/2 mv2) molekul gas berbanding lurus dengan suhu mutlak
(suhu kelvin) atau dapat dikatakan bahwa energi kinetik rata-rata molekul sama
dengan suhunya.
Ini yang di namakan GAS
kumpulan molekul-molekul
dengan gerakan kacau balau, acak tapi berkesinambungan kecepatannya bertambah
jika temperatur dinaikkan. Moleku-molekul gas terpisah jauh satu sama lain,
kecuali selama tabrakan dan bergerak tak bergantungan satu sama lain.
Sifat Dasar Untuk Mempelajari gas
ü Volume (V)
ü Jumlah zat/ jumlah mol (n)
ü Tekanan (p)
ü Temperatur (T)
Fenomena yang terkait
Gas Ideal
Sifat mekanika gas
yang tersusun atas sejumlah besar atom-atom atau molekul-molekul penyusunnya
dijelaskan dalam teori kinetik gas. Dalam menjelaskan perilaku gas dalam
keadaan tertentu, teori kinetik gas menggunakan beberapa pendekatan dan asumsi
mengenai sifat-sifat gas yang disebut gas ideal.
Teori kinetik gas membahas hubungan antara besaran-besaran yang
menentukan keadaan suatu gas. Jika gas yang diamati berada di dalam ruangan
tertutup, besaran-besaran yang menentukan keadaan gas tersebut adalah volume
(V), tekanan (p), dan suhu gas (T). Menurut proses atau perlakuan yang
diberikan pada gas, terdapat tiga jenis proses, yaitu isotermal, isobarik, dan
isokhorik.
Persamaan Keadaan Gas Ideal
Pada proses isobarik, tekanan gas tetap, sedangkan volume dan
temperatur gas berubah. Demikian juga dalam proses isokhorik dan isotermal,
terdapat satu variabel atau besaran gas yang berada dalam keadaan tetap,
sedangkan kedua variabel gas lainnya berubah
Dari ketiga hubungan
antara tekanan, volume, dan suhu gas yang didapatkan dari Hukum Boyle dan Hukum
Gay-Lussac dapat diturunkan suatu persamaan yang disebut persamaan keadaan gas
ideal. Secara matematis, persamaan keadaan gas ideal dinyatakan dengan
persamaan :
PV/T = Konstan
atau
p1V1/T1 = p2V2/T2
Oleh karena setiap proses yang dilakukan pada
gas berada dalam ruang tertutup, jumlah molekul gas yang terdapat di dalam ruang
tersebut dapat ditentukan sebagai jumlah mol gas (n) yang jumlahnya selalu
tetap. Anda tentu sudah mengetahui bahwa mol adalah suatu besaran yang
digunakan untuk menyatakan massa suatu zat dalam gram yang besarnya sama dengan
jumlah molekul zat tersebut. Dengan demikian, persamaan keadaan gas ideal dapat
dituliskan menjadi :
pV = nRT
1. Tinjauan Tekanan Secara Mikroskopis
Berdasarkan sifat-sifat
gas ideal, telah diketahui bahwa setiap dinding ruang tempat gas berada,
mendapat tekanan dari tumbukan partikel-partikel gas yang tersebar merata di
dalam ruang tersebut
2. Hubungan Antara Tekanan Gas dan Energi Kinetik
menyatakan hubungan antara besaran tekanan, volume, dan suhu (besaran makroskopis) suatu gas dengan besaran mikroskopis (massa, jumlah, dan kecepatan) partikel gas tersebut.
3. Energi Dalam Gas Ideal
Energi kinetik sejumlah partikel gas yang terdapat di dalam
suatu ruang tertutup disebut sebagai energi dalam gas (U). Jika di dalam
ruangan tersebut terdapat N partikel gas
U = NEK
Dengan demikian, energi dalam untuk gas monoatomik atau gas
diatomik pada suhu rendah adalah :
U = NEK =
3/2 NkT
Adapun, energi dalam untuk gas-gas diatomik pada suhu sedang
dinyatakan dengan :
U = 5/2 NkT
dan pada suhu tinggi, besar energi dalam gas adalah :
U = 7/2 NkT
4. Kecepatan Partikel Gas Ideal
Besaran
lain yang dapat ditentukan melalui prinsip ekuipartisi energi gas adalah akar
dari rata-rata kuadrat kelajuan.
Contoh Soal
1.
Setetes raksa
berbentuk bola memiliki jari-jari, r = 0,4 mm. Berapa banyak atom raksa dalam
tetesan tersebut jika diketahui Mr raksa = 202 kg/kmol dan massa jenis raksa ρ
= 13.600 kg/m3?
Jawaban :
Diketahui: r = 0,4 mm, Mr = 202 kg/kmol, dan ρ = 13.600 kg/m3.
Massa raksa:
m = ρ V = ρ (4/3 π r3)
m = 13.600 kg/m3 × 4/3 x π ×
(0,4 × 10-3 m)3
m = 3,6 × 10–6 kg = 3,6 × 10-3 g
Jumlah mol raksa:
n = m / Mr = (3,6 x 10-3 / 202) mol = 1,78 × 10-5 mol.
Banyak atom raksa N = n NA = (1,78 × 10-5) (6,02 × 1023) = 1,07 × 1019 atom.
2.
Sebuah silinder
mengandung 20 liter gas pada tekanan 2,5 × 106 Pa. Keran yang ada pada silinder
dibuka sampai tekanannya turun menjadi 2,0 × 106 Pa, kemudian keran ditutup.
Jika suhu dijaga tetap, berapakah volume gas yang dibebaskan pada atmosfer
bertekanan 1 × 105 Pa?
Jawaban :
Diketahui pada keadaan awal:
V1 = 20 L = 20 × 10–3 m3 dan p1 = 2,5 × 106 Pa
Keadaan akhir:
V2 = volume semestinya
dan p2 = 2,0 × 106 Pa.
Dengan menggunakan rumus p1V1 = p2V2 atau V2 = (p1/p2) V1,
maka :
V2 = (2,5 x 106 Pa / 2,0 x 106 Pa) x 20 L = 25 L pada tekanan p2
Gas yang keluar dari silinder adalah 25 L – 20 L = 5 L pada
tekanan p2. Oleh karena tekanan udara luar 1 × 105 Pa, ΔV gas yang 5 L tersebut, di udara luar
menjadi:
p2 ( ΔV) = P3V3
(2,0 × 106 Pa)(5 L) = (1 × 105 Pa)V3
V3 = 100 L.
3.
Di dalam sebuah tangki
yang volumenya 50 dm3 terdapat gas oksigen pada suhu 27º C dan
tekanan 135 atm. Berapakah massa gas tersebut?
Jawaban:
R =
0,821 lt atm/molº k
p =
135 atm
V =
50 dm3
T = 300º K
n = PV/RT = 135x50/0,0821x300 = 274 mol
m O2 =
16 + 16 = 32
m O2 =
32 . 274
=
8768 gr
4.
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?
Jawaban
M O2 =
32 à n (8 kg O2 ) = 8000/32 = 250 mol
M CO2 =
44 à n (5,5 kg CO2) = 5500/44 = 125 mol
p1 =
5 atm
p1 V1 =
n1 R T1 T1 =
T2
p2 V2 =
n2 R T2 V1 =
V2
à P1/P2 = n1/2
p2 =
p1n2/n1
= 5 125/250
p2 =
2,5 atm
5.
Sebuah tangki yang
volumenya 100 lt berisi 3 kg udara pada tekanan 20 atm. Berapa banyaknya udara
yang harus dimasukkan dalam tangki itu supaya tekanannya menjadi 25 atm?
Jawaban
T1 =
T2
V1 =
V2
P1xV1/n = P2xV2/n
20x100/3 = 25x100/m2
m2 = 2500x3/2000 = 3,75 kg
7)
Di
dalam sebuah tangki yang volumenya 50 dm3 terdapat gas oksigen pada
suhu 27º C dan tekanan 135 atm. Berapakah massa gas tersebut?
Jawaban
R =
0,821 lt atm/molº k
p =
135 atm
V =
50 dm3
T =
300º K
n = PV/RT
= 135x50/0,0821x300 = 274 mol
M O2 =
16 + 16 = 32
m O2 =
32 . 274
=
8768 gr
6.
Sejumlah gas tertentu di panaskan dari tekanan
720 mmHg menjadi 618 mmHg pada suhu tetap. Jika
volume mula-mula 3,73 L, hitunglah volume akhir gas
Jawaban
P1V1= P2V2
V2 =P1V1/P2
= 720 . 3,73/618
= 4,3 L
7.
Sejumlah gas tertentu di panaskan dari tekanan
720 mmHg menjadi 618 mmHg pada suhu tetap. Jika volume mula-mula 3,73 L,
hitunglah volume akhir gas
Jawaban
P1V1= P2V2
V2 =P1V1/P2
= 720 . 3,73/618
= 4,3 L
8.
Hitunglah volume yang di tempati oleh 2 mol gas
ideal pada 2,5 x 10⁵ Nm⁻² tekanan dan temperatur
300 K
jawaban
R=
8,314 Nm Kˉ1 molˉ1
=19,95 x 10³ dm³
