tugas fiska dasar 2

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

          P1V1/nR   = P2V2/nR

          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