Selasa, 15 September 2020

TUGAS KIMIA 1_GASES

 BAHAN PRESENTASI UNTUK MATAKULIAH KIMIA 2020



OLEH:
Rahmi Syafrianda
2010952013


Dosen Pengampu:
Dr.Darwison,MT


Referensi

Chang, R. andGoldsby, K.A.(2006), Chemistry, Twelfth edition, Mc.Graw-Hill educatin, Florida State University








CHAPTER 5

Tujuan : 

1. Mengetahui sifat dari gas dan tekanan dari gas

2. Mengetahui hukum-hukum yang berlaku dalam gas

3. Mengetahui persamaan ideal dalam gas


 5.1 Zat yang Berwujud Gas [kembali]

            Komposisi lautan udara di bumi berdasarkan volume sekitar 78% N2, 21% O2, dan 1% gas lainnya termasuk CO2. Secara umum sifat zat yang berwujud gas dalam kondisi atmosfer normal, didefinisikan pada suhu 25 °C dan tekanan 1 atmosfer (atm).

 

Tabel 5.1 Beberapa Zat Ditemukan Berwujud Gas pada 1 atm dan 25°C

Tabel 5.1 menunjukkan unsur-unsur yang gas dalam kondisi atmosfer normal. Hidrogen, nitrogen, oksigen, fluorin, dan klorin ada sebagai molekul diatom gas: H2, N2, O2, F2, dan Cl2. Allotrope oksigen, ozon (O3), juga merupakan gas pada suhu kamar. Semua elemen dalam Kelompok 8A, gas mulia, adalah gas monatomik: He, Ne, Ar, Kr, Xe, dan Rn.

Senyawa ionik tidak ada yang berwujud gas pada 25°C dan 1 atm, karena kation dan anion dalam padatan ionik disatukan oleh kekuatan elektrostatik yang sangat kuat; yaitu, kekuatan antara muatan positif dan negatif. Perilaku senyawa molekul (biasanya senyawa kovalen) lebih bervariasi. Beberapa — misalnya, CO, CO₂, HCl, NH₃, dan CH₄ (metana) —adalah gas, tetapi sebagian besar senyawa kovalen adalah cairan atau padatan pada suhu kamar.

Untuk mengonversikan senyawa tersebut menjadi gas dapat dilakukan dengan cara memanaskan zat tersebut dengan kekuatan panas yang besar.Senyawa kovalen lebih mudah dikonversi menjadi gas daripada senyawa ionic.Hal ini karena semakin kuat gaya Tarik menarik, semakin sulit senyawa dikonversi menjadi gas.

Dalam kehidupan sehari-hari, hanya O2 yang penting untuk kelangsungan hidup kita. Hidrogen sulfida (H2S) dan hidrogen sianida (HCN) adalah racun mematikan. Beberapa lainnya, seperti CO, NO2, O3, dan SO2, agak kurang beracun. Gas-gas Dia, Ne, dan Ar secara kimiawi inert; yaitu, mereka tidak bereaksi dengan zat lain.

Semua gas memiliki karakteristik fisik berikut:

• Bentuk dan volume gas menyerupai wadahnya.

• Gas adalah yang paling mudah dikompresi dari keadaan materi.

• Gas akan bercampur secara merata dan sepenuhnya ketika terbatas pada wadah yang sama.

• Gas memiliki kerapatan yang lebih rendah daripada cair dan pada 

 

5.2 Tekanan Gas[kembali]

 5.2.1 Satuan Tekanan dalam SI

Hukum kedua gerak dirumuskan oleh Sir Isaac Newton, dimana tekanan adalah turunan dari gaya. Menurut hukum ini,

                                                gaya = massa x percepatan

Dalam konteks ini, satuan SI untuk gaya adalah Newton(N) 

Akhirnya didapatkan tekanan sebagai gaya per satuan luas,

Satuan SI untuk tekanan adalah Pascal (P)

 

         5.2.2. Tekanan Atmosfer

Tekanan atmosfer adalah tekanan yang diberikan oleh atmosfer bumi. Nilai aktual tekanan atmosfer tergantung pada lokasi, suhu, dan kondisi cuaca.Atmosfer memiliki standar tekanan 760 mmHg.Satuan mmHg disebut torr, setelah ilmuwan Italia, Evangelista Torricelli, menemukan barometer. Alat ini merupakan instrument umum yang digunakan dalam mengukur tekanan. Demikian sehingga,

1 torr = 1 mmHg

dan

1 atm = 760 mmHg

Hubungan antara atmosfer dan pascal adalah

1 atm = 101.325 Pa

Gambar 5.2 Barometer untuk mengukur tekanan atmosfer. Di atas merkuri dalam tabung ada ruang hampa. (Ruang tersebut sebenarnya mengandung jumlah uap merkuri yang sangat kecil.) Kolom merkuri didorong oleh tekanan atmosfer.


Contoh 5.1

Tekanan di luar pesawat jet yang terbang pada ketinggian tinggi jauh di bawah tekanan atmosfer standar. Karena itu, udara di dalam kabin harus diberi tekanan untuk melindungi penumpang. Berapa tekanan di atmosfer di kabin jika pembacaan barometer adalah 688 mmHg?

Strategi

Karena 1 atm = 760 mmHg, faktor konversi berikut diperlukan untuk mendapatkan tekanan di atmosfer

Penyelesaian

Tekanan di kabin diberikan oleh


Manometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur tekanan gas selain atmosfer. Ada dua jenis manometer, ditunjukkan pada Gambar 5.2. Manometer tabung tertutup biasanya digunakan untuk mengukur tekanan di bawah tekanan atmosfer [Gambar 5.2 (a)], sedangkan manometer tabung terbuka lebih cocok untuk mengukur tekanan yang sama atau lebih besar dari tekanan atmosfer [Gambar 5.2 (b)].

Gambar 5.2 Dua jenis manometer yang digunakan untuk mengukur tekanan gas. (a) Tekanan gas lebih kecil dari tekanan atmosfer. (b) Tekanan gas lebih besar dari tekanan atmosfer.

5.3 Hukum Gas[kembali]

        5.3.1 Hubungan Tekanan-Volume: Hukum Boyle

Pada abad ke-17, Robert Boyle mempelajari perilaku gas secara sistematis dan kuantitatif. Dalam penelitian, Boyle menyelidiki hubungan volume tekanan sampel gas. Data khas yang dikumpulkan oleh Boyle ditampilkan dalam Tabel 5.2. Perhatikan bahwa karena tekanan (P) meningkat pada suhu konstan, volume (V) yang ditempati oleh jumlah gas tertentu menurun. Bandingkan titik data pertama dengan tekanan 724 mmHg dan volume 1,50 (dalam unit sewenang-wenang) ke titik data terakhir dengan tekanan 2250 mmHg dan volume 0,58. Jelas ada hubungan terbalik antara tekanan dan volume gas pada suhu konstan. Ketika tekanan meningkat, volume yang ditempati oleh gas menurun. Sebaliknya, jika tekanan yang diterapkan menurun, volume gas yang ditempati meningkat. Hubungan ini sekarang dikenal sebagai hukum Boyle, yang menyatakan bahwa tekanan sejumlah gas tetap pada suhu konstan berbanding terbalik dengan volume gas.

Peralatan yang digunakan oleh Boyle dalam percobaan ini sangat sederhana (Gambar 5.3). Pada Gambar 5.3(a), tekanan yang diberikan pada gas sama dengan tekanan atmosfer dan volume gas adalah 100 mL. Pada Gambar 5.5(b), lebih banyak merkuri telah ditambahkan untuk menggandakan tekanan pada gas, dan volume gas menurun menjadi 50 mL. Tripling tekanan pada gas mengurangi volume ke sepertiga dari nilai asli [Gambar 5.3(c)]. Kita dapat menulis ekspresi matematika yang menunjukkan hubungan terbalik antara tekanan dan volume:

Tabel 5.3 Data nilai dari penelitian Boyle


Gambar 5.3 Peralatan untuk mempelajari hubungan antara tekanan dan volume gas. (a) Kadar merkuri tetap dan tekanan gas sama dengan tekanan atmosfer (760 mmHg). Volume gas adalah 100 mL. (b) Menggandakan tekanan dengan menambahkan lebih banyak merkuri mengurangi volume gas hingga 50 mL. (c) Tekanan tiga kali lipat menurunkan volume gas hingga sepertiga dari nilai awalnya. Suhu dan jumlah gas dijaga tetap.

Dapat ditulis persamaan matematika yang menunjukkan hubungan terbalik antara tekanan dan volume:

di mana simbol berarti sebanding dengan. Dapat diubah menjadi tanda sama dengan dan menulis

di mana k₁ adalah konstanta yang disebut konstanta proporsionalitas. Persamaan (5.3a) adalah ekspresi matematis dari hukum Boyle. Dapat diatur ulang Persamaan (5.3a) dan diperoleh

PV = k₁  (5.3b)

Gambar teratas pada Gambar 5.4 adalah representasi skematis dari hukum Boyle.

Gambar 5.4 Ilustrasi skematis tentang hukum Boyle, hukum Charles, dan hukum Avogadro.


Gambar 5.5 menunjukkan dua cara konvensional untuk mengekspresikan temuan Boyle secara grafis. Gambar 5.5(a) adalah grafik dari persamaan PV = k₁; Gambar 5.5 (b) adalah grafik persamaan ekuivalen P = k₁ x 1/V. Perhatikan bahwa yang terakhir adalah persamaan linier dari bentuk y = mx + b, di mana b = 0 dan m = k₁.

 Gambar 5.5 Grafik yang menunjukkan variasi volume gas dengan tekanan yang diberikan pada gas, pada suhu tetap. (a) P terhadap V. Perhatikan bahwa volume gas bertambah dua kali lipat saat tekanannya dikurangi setengahnya. (b) P terhadap 1/V. Kemiringan garis sama dengan k₁.

sampel gas tertentu di bawah dua set keadaan yang berbeda pada suhu tetap, diperoleh

                                                        P₁V₁ = k₁ = P₂V₂

atau

                                                        P₁V₁ = P₂V₂

di mana V₁ dan V₂ adalah volume masing-masing pada tekanan P₁ dan P₂.

        5.3.2 Hubungan Suhu-Volume: Hukum Charles dan Gay-Lussac

Hukum Boyle tergantung pada suhu sistem yang tetap. Penelitian dari ilmuwan Prancis, Jacques Charles dan Joseph Gay-Lussac menunjukkan bahwa, pada tekanan tetap, volume sampel gas mengembang ketika dipanaskan dan menyusut saat didinginkan. Hubungan kuantitatif yang terlibat dalam perubahan suhu dan volume gas ternyata sangat konsisten.

Pada tahun 1848 Lord Kelvin menyadari arti penting dari fenomena ini. Ia mengidentifikasi -273,15ºC sebagai nol mutlak, secara teoritis suhu terendah yang dapat dicapai. Kemudian dia mengatur skala suhu mutlak, yang sekarang disebut skala suhu Kelvin, dengan nol mutlak sebagai titik awal.

                           Skala Kelvin            Celsius

Nol mutlak                0 K                  -273,15ºC

Titik beku air        273,15 K                  0ºC

Titik didih air        373,15 K                100ºC


Ketergantungan volume gas pada suhu diberikan oleh

di mana k₂ adalah konstanta proporsionalitas.

Seperti yang dilakukan untuk hubungan tekanan-volume pada suhu tetap, dapat dibandingkan dua set keadaan volume-suhu untuk sampel gas tertentu pada tekanan tetap. Dari Persamaan dapat ditulis

Atau

di mana V₁ dan V₂ adalah volume masing-masing gas pada suhu T₁ dan T₂ (keduanya dalam Kelvin).

Bentuk lain dari hukum Charles menunjukkan bahwa pada jumlah gas dan volume tetap, tekanan gas sebanding dengan suhu

Atau

Akhirnya diperoleh persamaan
Atau

di mana P₁ dan P₂ adalah tekanan gas masing-masing pada suhu T₁ dan T₂.

        5.3.3 Hubungan Volume-Jumlah Mol: Hukum Avogadro

Karya ilmuwan Italia Amedeo Avogadro melengkapi studi tentang Boyle, Charles, dan Gay-Lussac. Pada tahun 1811 ia menerbitkan hipotesis yang menyatakan bahwa pada suhu dan tekanan yang sama, volume gas yang sama memiliki jumlah molekul yang sama (atau atom jika gasnya monatomik). Oleh karena itu, volume gas apa pun yang diberikan harus sebanding dengan jumlah mol molekul yang ada; itu adalah,

di mana n mewakili jumlah mol dan k₄ adalah konstanta proporsionalitas. Persamaan ini adalah ekspresi matematis hukum Avogadro, yang menyatakan bahwa pada tekanan dan suhu tetap, volume gas berbanding lurus dengan jumlah mol gas yang ada.

Menurut hukum Avogadro dapat dilihat bahwa ketika dua gas bereaksi satu sama lain, volume reaksi gas-gas memiliki rasio sederhana antara satu sama lain.



5.4 Persamaan Gas Ideal[kembali]

Dari materi sebelumnya kita mendapatkan kesimpulan bahwa

1. Hukum Boyle: V 1/P (pada n dan T tetap)

2. Hukum Charles: V T (pada n dan P tetap)

3. Hukum Avogadro: V n (pada P dan T tetap)

Kita dapat menggabungkan ketiganya untuk mendapatkan rumus dari persamaan gas ideal, yaitu:

PV = nRT

Contoh 5.2

Sulfur heksafluorida (SF₆) adalah gas yang tidak berwarna, tidak berbau, dan sangat tidak reaktif. Hitung tekanan (dalam atm) yang diberikan oleh 1,82 mol gas dalam bejana baja volume 5,43 L pada 69,5ºC.

Strategi

Soal diketahui jumlah mol gas dan volume serta suhu. Apakah gas mengalami perubahan dalam salah satu perilakunya? Persamaan apa yang harus digunakan untuk mengetahui tekanan? Satuan suhu apa yang harus digunakan?

Penyelesaian


Karena tidak ada perubahan perilaku gas yang terjadi, dapat digunakan persamaan gas ideal untuk menghitung tekanan. Dengan menyusun ulang Persamaan (5.8), dapat dituliskan

        5.4.1 Perhitungan Massa Jenis

Jika diatur ulang persamaan gas ideal, dapat dihitung kerapatan gas:

Jumlah mol gas, n, diberikan oleh persamaan

di mana m adalah massa gas dalam gram dan adalah massa molarnya. Karena itu

Karena kerapatan (d) adalah massa per satuan volume, dapat dituliskan


Contoh 5.3

Hitung kerapatan karbon dioksida (CO₂) dalam gram per liter (g/L) pada 0,990 atm dan 55ºC.

Strategi

Diperlukan Persamaan (5.11) untuk menghitung kerapatan gas. Apakah informasi yang memadai disediakan dalam soal? Apa satuan suhu yang harus digunakan?

Penyelesaian

Untuk menggunakan Persamaan (5.11), dapat diubah suhu menjadi Kelvin (T = 273 + 55 = 328 K) dan menggunakan 44,01 g untuk massa molar CO₂:


5.4.2 Massa Molar Zat Berwujud Gas

Rumusnya adalah :

Dalam percobaan tertentu, bola lampu dengan volume yang diketahui diisi dengan zat gas yang diteliti. Suhu dan tekanan sampel gas dicatat, dan massa total bola lampu ditambah sampel gas ditentukan (Gambar 5.6). Bola lampu kemudian dievakuasi (dikosongkan) dan ditimbang lagi. Perbedaan massa adalah massa gas. Kerapatan gas sama dengan massanya dibagi dengan volume bola lampu. Setelah diketahui kerapatan gas, dapat dihitung massa molar zat menggunakan Persamaan (5.6). Tentu saja, spektrometer massa akan menjadi instrumen ideal untuk menentukan massa molar, tetapi tidak semua ahli kimia mampu membelinya.

Gambar 5.6 Alat untuk mengukur kerapatan gas. Bola dengan volume yang diketahui diisi dengan gas yang diteliti pada suhu dan tekanan tertentu. Pertama bola ditimbang, dan kemudian dikosongkan (dievakuasi) dan ditimbang lagi. Perbedaan massa memberikan massa gas. Dengan mengetahui volume bola lampu, kita bisa menghitung kerapatan gas. Dalam kondisi atmosfer, 100 mL udara memiliki berat sekitar 0,12 g, jumlah yang mudah diukur.



VIDEO 

[kembali]




LINK DOWNLOAD
[kembali]
































 



Tidak ada komentar:

Posting Komentar

Modul 4

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA] DAFTAR ISI 1. Tujuan Perancangan 2. Komponen 3. Dasar Teori 4. Listing Program 5. Flowchart ...