BAHAN PRESENTASI UNTUK MATAKULIAH KIMIA 2020
OLEH:
Rahmi Syafrianda
2010952013
Dosen Pengampu:
Dr.Darwison,MT
Referensi
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 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
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 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
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
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
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:
di mana m adalah massa gas dalam gram dan ℳ 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