MAKALAH KIMIA DASARGAS

SIFAT GAS

Gas merupakan satu dari tiga wujud zat dan walaupun wujud ini merupakan bagian tak terpisahkan dari kimia, pada bab ini akan membahasa hubungan antara volume, temperatur dan tekanan baik dalam gas ideal maupun dalam gas nyata, dan teori kinetik molekular gas, dan tidak secara langsung kimia. Namun, 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.a. 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 suhuJika gas dipanaskan maka tekanan akan meningkat, akibatnya volume juga meningkat.b. Sifat Gas

Suatu gas dikatakan ideal jika memenuhi kriteria sebagai berikut:

1. Molekul-molekul gas tidak mempunyai volum2.Tidak ada interaksi antara molekul molekulnya, baik tarik menarik maupun tolak menolak.3.Gas terdiri atas partikel-partikel dalam jumlah yang besar sekali, yang senantiasa bergerak dengan arah sembarang dan tersebar merata dalam ruang yang kecil. 4.Jarak antara partikel gas jauh lebih besar daripada ukuran partikel, sehingga ukuran partikel gas dapat diabaikan. 5.Tumbukan antara partikel-partikel gas dan antara partikel dengan dinding tempatnya adalah elastis sempurna. 6. 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.Dari berbagai sifat di atas, 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 adalahmanometer. Prototipe alat pengukur tekanan atmosfer,barometer, diciptakan oleh Torricelli.Tekanan didefinisikan gaya per satuan luas, jadi tekanan = gaya/luas. Dalam SI, satuan gaya adalah Newton (N), satuan luas m2, dan satuan tekanan adalah Pascal (Pa). 1 atm kira-kira sama dengan tekanan 1013 hPa..Empat kuantitas untuk menyatakan keadaan gas: Temperatur (Kelvin, K)

Jumlah molekul / partikel (mol, n)

Volume (liter, L)

Tekanan (atmosfer, atm)c. Volume dan tekananFakta bahwa volume gas berubah bila tekanannya berubah, telah diamati sejak abad 17 oleh Torricelli dan filsuf /saintis Perancis Blase Pascal (1623-1662). Boyle mengamati bahwa dengan mengenakan tekanan dengan sejumlah volume tertentu merkuri, volume gas, yang terjebak dalam tabung delas yang tertutup di salah satu ujungnya, akan berkurang. Dalam percobaan ini, volume gas diukur pada tekanan lebih besar dari 1 atm.Boyle membuat pompa vakum menggunakan teknik tercangih yang ada waktu itu, dan ia mengamati bahwa gas pada tekanan di bawah 1 atm akan mengembang. Setelah ia melakukan banyak percobaan, Boyle menggambarkan hubungan antara volume V dan tekanan P gas. Hubungan ini disebut denganhukum Boyle.PV = k (suatu tetapan) Hukum Boyle Volume dari sejumlah tertentu gas pada suatu temperature berbanding terbalik dengan tekanannya. Robert Boyle (1627-1691)Untuk sistem dengan perubahan P dan V ;pada T & n konstan

(Grafik Hukum Boyle)d. Volume dan temperaturHukum Charles Jika sejumlah tertentu gas dijaga pada tekanan konstan, volume gas berbanding langsung dengan temperatur gas.

Untuk sistem dengan perubahan T dan V :

pada P dan n konstanDasar skala suhu nol absolut (skala kelvin - K=0C+ 273.15) (gambar 1.2)e. Hukum AvogadroAvogadro menyatakan untuk gas yang volumenya sama, pada temperatur dan tekanan yang sama, akan mengandung jumlah molekul yang sama. Hal ini sama dengan menyatakan bahwa volume real gas apapun sangat kecil dibandingkan dengan volume yang ditempatinya. Bila anggapan ini benar, volume gas sebanding dengan jumlah molekul gas dalam ruang tersebut. Jadi, massa relatif, yakni massa molekul atau massa atom gas, dengan mudah didapat. Untuk suatu sistem, perubahan n and V;

pada P dan T konstan

Dimana 1 mol gas = 6.032 x 1023 molekul( bilangan Avogadro ). Pada keadaan standar, yaitu pada suhu 273 K (0oC) dan tekanan 1 atm (760 mmHg), 1 mol gas sama dengan 22,4 L gas atau dapat ditulis:1 mol gas pada STP = 22,4 Lf. Persamaan gas ideal

Konsep gas adalah suatu model yang sifatnya hanya dapat didekati oleh gas gas nyata bila tekanannya cukup rendah dan temperaturnya cukup tinggi. Menurut hukum Boyle, Charles Gay Lussac dan Avogrado ternyata bahwa volume adalah fungsi dari sejumlah mol n, tekanan p dan temperatur T.Tiga hukum Gas: Hukum Boyle: V = a/P (pada T, n tetap) Hukum Charles: V = b.T (pada P, n tetap) Hukum Avogadro: V = c.n (pada T, P tetap)

Jadi, V sebanding dengan T dan n, dan berbanding terbalik pada P. Hubungan ini dapat digabungkan menjadi satu persamaan:

atau R adalah tetapan baru. Nilai R bila n = 1 disebut dengankonstanta gas, yang merupakan satu dari konstanta fundamental fisika.

R = konstanta ( dapat dihitung dalam keadaan STP );

Temperatur Standar = 273.15 K (0C)

Tekanan Standar = 1 atm

Pada keadaan STP, 1 mol gas menempati ruang 22.414 L (Standard Molar Volume)

Dalam SI

g. Hukum Gas dan reaksi kimia

Untuk reaksi umum:

aA (g)

bB ( g) + cC (g)

Dengan a, b,& c adalah koefisien stoikiometri untuk spesies A, B, & C, maka V, P, n, or T untuk setiap spesies dapat dihitung dengan menggunakan hukum gas ideal.h. Campuran Gas dan tekanan parsial

Hukum Dalton tentang tekanan parsial Tekanan total dari suatu campuran gas sama dengan jumlah dari tekanan parsial dari masing-masing komponen gas.Ptotal = P1 + P2 + P3 ... (V dan T tetap)

Untuk campuran tiga macamgas A, B, & C

Dimana:

nA = jumlah mol gas A

nB = jumlah mol gas B

nC = jumlah mol gas C, dan

ntotal = nA + nB + nC

sehinggaTekanan parsialadalah tekanan yang akan diberikan oleh gas tertentu dalam campuran seandainya gas tersebut sepenuhnya mengisi wadah. Dalton meyatakan hukum tekanan parsial yang menyatakan tekanan total P gas sama dengan jumlah tekanan parsial kedua gas. Jadi

tekanan partial

Hukum ini mengindikasikan bahwa dalam campuran gas masing-masing komponen memberikan tekanan yang independen satu sama lain. Walaupun ada beberapa gas dalam wadah yang sama, tekanan yang diberikan masing-masing tidak dipengaruhi oleh kehadiran gas lain.Dengan kata lain; Fraksi mol (X)= fraksi volume = fraksi tekanan

Untuk gas A ; Persamaan gas ideal berlaku juga untuk campuran gasMisal, jumlah mol total campuran gas = Maka, pada suhu dan tekanan konstan akan diperoleh =

Apabila,Maka, i. Tekanan Uap Tekanan uap jenuh(atau dengan singkat disebuttekanan jenuh) air disefinisikan sebagai tekanan parsial maksimum yang dapat diberikan oleh uap air pada temperatur tertentu dalam campuran air dan uap air. Bila terdapat lebih banyak uap air, semua air tidak dapat bertahan di uap dan sebagian akan mengembun.Cairan atau padatan dalam ruangan tertutup membentuk keseimbangan dengan bentuk uapnya tekanan uapTekanan uap jenuh tergantung pada TUntuk cairan, tekanan uap jenuh

pada tekanan total j. Difusi dan Efusi Diffusi - Percampuran gradual dari molekul-molekul dua atau lebih senyawa gas yang terjadi akibat gerakan molekul yang acak. Menurut hukum Graham, pada suhu dan tekanan yang sama,kecepatan difusi gas yang berbeda adalah berbanding terbalik dengan akar massa molekulnya atau dapat ditulis:

Effusi - Pergerakan molekul gas melalui celah akibat gerakan molekul yang acak

Menurut hukum Graham laju efusi tergantung dari kecepatan molekul atau atom.

kecepatan molekul atau atom yang bergerak berbanding terbalik dengan massa molar dari partikel.

Sehingga,

k. Teori Kinetik Gas

Anggapan Dasar Teori Kinetik Gas

1. Gas terdiri dari partikel yang disebut dengan molekul yang menyebar pada ruangnya. Molekul gas identik sama dengan massa (m).

2. 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.3. Jarak antar molekul sangat besar dan diasumsikan bahwa terjadi gaya van der waals antar molekul sehingga molekul gas dapat bergerak bebas.

4.Semua tumbukan yaang terjadi merupakan lenting sempurna sehingga selama terjadi tumbukan tidak kehilangan energi kinetik.5.Tekanan pada gas disebabkan tumbukan molekul pada dinding ruangnya.

6. Energi kinetik rata-rata ( mv2) molekul gas berbanding lurus dengan suhu mutlak (suhu kelvin) atau dapat dikatakan bahwa energi kinetik rata-rata molekul sama dengan suhunya.Secara sistematis;

Dengan memasukkan nilai energy kinetic rata-rata: Ek= mv2 , maka:Bila digabungkan dengan persamaan gas ideal (eksperimental), didapat: nRT= 2/3 N EkN/N0RT = 2/3 N Ek 2/3 Ek= R/N0T

k = konstantaBoltzman(R/N0), Bila diturunkan lagi diperoleh:

mv2= 3/2 kt

Vrms = (3kT/m) = (3 RT/M)l. Gas Nyata

Telah dibahas bahwa gas ideal merupakan gas dengan beberapa postulat, tidak ada gaya tarik menarik antar molekul, volume total molekulnya kecil dibandingkan terhadap volume wadah sehingga volume total molekulnya dapat diabaikan. Oleh karena itu gas ideal hanya merupakan gas hipotesis. Perilaku gas yang sebenarnya (gas nyata) tidaklah sesuai dengan yang telah dibahas, ia menyimpang dari keadaan ideal, karena adanya gaya tarik menarik antar molekul (terutama pada tekanan tinggi) dan volume molekul-molekulnya tidak dapat diabaikan begitu saja.Secara teoritis gas ideal hanya anggapan saja dimana letak partikel gas sangat berjauhan. Ternyata keadaan ideal suatu gas tergantung pada factor suhu dan tekanan. Untuk memudahkan pemahaman terhadap karakteristik gas disusun beberapa konsep yaitu;

1.Volume molekulnya sendiri diabaikan terhadap volume ruang yang ditempatinya.

2.Gaya tarik antar molekul sangat kecil, sehingga dapat diabaikan.

3.Tumbukan antar molekul atau partikel dan juga tumbukan partikel pada dinding tabung bersifat elastis sehingga setelah partikel bertumbukan sistem tidak mengalami perubahan energi.

4.Tekanan disebabkan oleh tumbukan molekul atau partikel pada dinding tabung. Besar kecilnya tekanan gas disebabkan oleh jumlah tumbukan persatuan luas perdetik.

Pada kenyataannya gas nyata itu tidak ada

m. Persamaan Van Der WaalsVan Der Waals (1873) memodifikasi persamaan gas ideal untuk gas nyata. 2 faktor koreksi, yakni:

1. TekananTekanan yang ditimbulkan oleh molekul gas pada dinding ruangan dimana ia barada disebut tekanan termal seharusnya ditambahkan gaya kohesi yaitu gaya yang menarik molekul-molekul yang sedang menumbuk dinding.Koreksi Tekanan

Tekanan gas nyata< gas ideal

Persamaan Van Der Waals:

2. Volume Fisik Molekul Gas

Jika volume setiap molekul kita sebut B maka untuk n molekul gas, volume fisik gas adalah nB. Volume Gas Ideal ;

Hubungan b dengan ukuran molekul;

Konstanta Van Der Waals

Keterbatasan Persamaan Van Der WaalsPersamaan Van der waals menjelaskan tentang perilaku umum gas nyata. Hal ini berlaku pada berbagai tekanan dan suhu. Namun, gagal untuk memberikan data eksperimental yang tepat pada tekanan yang sangat tinggi dan suhu rendah.Untuk itu digunakan persamaan Virial untuk dapat menghitung korelasi tekanan dan volume pada berbagai kondisi.

Tidak ada hubungan yang jelas antara besaranB, C, D, dengan sifat molekulernyap.Keadaan Kritis

Suatu gas dapat dicairkan dengan menurunkan suhu dan meningkatkan tekanan. Pada suhu rendah, molekul gas kehilangan energi kinetik. Molekul-molekul bergerak lambat kemudian menggabungkan atraksi antara mereka dan diubah menjadi cair. Efek yang sama diproduksi oleh kenaikan tekanan. Molekul-molekul gas mendekat dengan kompresi dan bergabung membentuk cairan.

Andres (1869) mempelajari P - kondisi T dari beberapa pencairan gas. Dia menetapkan bahwa untuk setiap gas pada suhu tertentu gas dapat diubah menjadi cair tetapi di atas itu gas tidak dapat dicairkan. Suhu ini disebut suhu kritis dari gas.

Suhu kritis, Tc, gas yang dapat didefinisikan sebagai suhu yang di atas tidak bisa dicairkan tidak bergantung seberapa besar tekanan yang diberikan.

Tekanan kritis, Pc, adalah tekanan minimum yang diperlukan untuk mencairkan gas pada suhu kritis.

Volume kritis, Vc, adalah volume yang ditempati oleh satu mol gas pada suhu kritis dan tekanan kritis. Tc, Pc dan Vc secara kolektif disebut konstanta kritis gas. Semua gas nyata memiliki konstanta kritis gas.Pada suhu kritis dan tekanan kritis, gas lebih identik dengan cairan dan dikatakan dalam keadaan kritis. Kelancaran penggabungan dari gas dengan cairan yang disebut sebagai keadaan kritis. Andrews menunjukkan fenomena penting dalam gas dengan mengambil contoh karbondioksida.Eksperimen Andrews (1869) dengan gas CO2

Cairan

Pengembunan GasGas ideal Tidak dapat mengembun tidak ada gaya tarik menarik maupun tolak menolak

Gas Nyata Dapat mengembun

Terjadi pada saat gaya tarik menarik maksimum

q. Hubungan Konstanta Van Der Waals Dengan Konstanta Konstanta Kritis

Persamaan van der Waals, disusun ulang menjadi:

V3( b + RT/P)V2+ aV/P ab/P = 0

Pada titik kritik, ketiga akar akan mempunyai bilangan sama:

(V Vc)3= 0

Persamaan diatas dijabarkan menjadi

V33 VcV2+ 3Vc2V Vc3= 0

Sehingga

a= 3 PVc2b = Vc/3

c = 8 a/27 Tcb

PV = 2/3 N 1/2 mv2 = 2/3 N Ek

Ek= 3/2 kT

P ideal= P eksp+ a(n2/V2)

a= konstanta gas ideal

(P +n2a/V2) (V nb) = nRT

V ideal= V eksp-nb

b= Konstanta van der Waals (excluded volume)

Excluded volume =

4 x volume molekul