NIM : ACC 115 026
RANGKUMAN GAS IDEAL
PENGERTIAN GAS IDEAL
Gas ideal merupakan kumpulan dari partikel-partikel suatu zat yang jaraknya cukup jauh dibandingkan dengan ukuran partikelnya.Partikel-partikel itu selalu bergerak secara acak ke segala arah.Pada saat partikel-partikel gas ideal itu bertumbukan antar partikel atau dengan dinding akan terjadi tumbukan lenting sempurna sehingga tidak terjadi kehilangan energi.
Gas ideal merupakan gas yang memenuhi asumsi-asumsi berikut:
1.Suatu gas terdiri atas molekul-molekul yang disebut molekul.Setiap molekul identik(sama) sehingga tidak dapat dibedakan dengan molekul lainnya.
2.Molekul-molekul gas ideal bergerak secara acak ke segala arah.
3.Molekul-molekul gas ideal tersebar merata di selruh bagian.
4.Jarak antara molekul gas jauh lebih besar dari pada ukuran molekulnya.
5.Tidak ada gaya interaksi antarmolekul;kecuali jika antar molekul saling bertumbukanatau terjadi tumbukan antara molekul dengan dinding.
6.Semua tumbukan yang terjadi baik antar molekul maupun antara molekul dengan dinding merupakan tumbukan lenting sempurna dan terjadi pada waktu yang sangat singkat (molekul dapat di pandang seperti bola keras yang licin).
7.Hukum-hukum Newton tentang gerak berlaku pada molekul gas ideal.
a.
Tekanan
(P)
Tekanan adalah besarnya gaya yang bekerja tiap satuan luas.Gas
adalah zat yang sifatnya peka terhadap tekanan ataupun suhu.Bila tekanan
berubah,mkaa volume berubah demikian juga kerapatannya.
b.
Volume
gas (V)
Volume gas
sangat dipengaruhi oleh tekanan.Karena sifat molekul gas yang mudah mengisi
ruangan,maka yang dimaksud volume (isi) adalah seluruh ruangan yang di tempati
gas tersebut.
Hubungan antara
volume (V) dan tekanan (P) gas adalah:
PV=k (suatu
tetapan)
c. Mol
1
mol adalah banyaknya gram suatu unsur atau molekul yang besarnya sama dengan
angka masa atom relatif (Ar)
atau masa angka molekul relatif (Mr)nya.
d.
Bilangan
Avogadro (NA )
1 mol adalah
banyak atom dalam 1 mol unsur atau banyaknya molekul dalam 1 mol suatu senyawa.
NA=6,02
×
1023
Hukum gas ideal: tekanan
absolut/mutlak p dari n kilomole
gas yang mempunyai volume V ada hubungan dengan temperatur mutlak T sesuai
pV=nRT
dimana R=8324J/kmol.K disebut
konstanta gas universal.Bila volume tersebut berisi m kilogram gas yang
mempunyai massa molekul (atau massa atomik)M,maka n=m/M.keadaan-keadaan khusus
dari hukum gas ideal,yang diperoleh dengan mempertahankan semua besaran,kecuali
dua buah,dalam keadaan konstan,adalah
Ø Hukum Boyle (n,T konstan): pV
= konstan
Ø Hukum Charles (n,p konstan): V/T = konstan Ø Hukum Gay-lussac (n,V konstan) (p )/(T )= konstan
NOL ABSOLUT (NOL MUTLAK): Dengan n
dan p konstan (hukum Charles),volume berkurang secara liniear dengan T dan
(bila gas dipertahankan dalam keadaan ideal) akan mencapai nol pada T=0 K.Mirip
dengan itu,dengan n dan V konstan (hukum
Gay-Lussac),tekanan akan berkurang menjadi nol dengan temperatur.Temperatur
khas ini,dimana p dan V akan mencapai nol,disebut nol mutlak.
KEADAAN NORMAL.Keadaan normal suatu
gas didefinisikan sebagai berikut:
T
= 273,15 k = 0°C p =
1,013 × 105 pa = 1 atm
Dalam keadaan normal,1 kmol gas
ideal bervolume 22,4 m3.
Hukum Dalton Tentang Tekanan
Parsial: Definisi: tekanan parsial atau suatu komponen dalam campuran gas
adalah tekanan dari komponen itu seandainya sendirian mengisi seluruh volume
gas yang tersedia.Maka dari itu,jumlah tekanan suatu campuran gas yang tidak
reaktif dari bersifat ideal,adalah sama dengan jumlah tekanan parsial semua
komponen gas.
Soal-Soal Tentang Hukum Gas yang
membicarakan perubahan keadaan dari p1,V1,T1
menjadi p2,V2,T2 dengan mudah dapat
diselesaikan dengan menulis hukum gas ideal dalam bentuk:
(p1 V1)/T
= (p2 V2)/T2 (untuk n konstan)
Hukum-Hukum
Gas Ideal
•Hukum boyle : Hasil percobaan Boyle
menyatakan apabila suhu gas yang berada dalam bejana tertutup dipertahankan
konstan,maka tekanan gas berbanding terbalik dengan volumenya.
p1V1 =
p2V2
•Hukum Charles : Charles meyatakan
bahwa jika tekanan gas yang berada dalam bejana tertutup dipertahankan
konstan,maka volume gas sebanding dengan suhu mutlaknya.
V1/T1
= V2/T2
•Hukum Gay Lussac : Gay Lussac
menyatakan bahwa jika voume gas yang berada dalam bejana tertutup dipertahankan
konstan,maka tekanan gas sebanding dengan suhu mutlaknya.
P1/T1 = P2/T2
•Hukum Boyle-Gay Lussac
Apabila
hukum Boyle,hukum Charles,dan hukum Gay Lussac digabungkan,maka di peroleh persamaan sebagai berkut.
(p1 V1)/T1
= (P2 V2)/T2
•Keterangan:
Þ Pompa sepeda
p1
: tekanan gas pada keadaan 1 (N/m2)
p2
: tekanan
gas pada keadaan 2 (N/m2)
V1:
volume gas pada keadaan 1 (m3)
V2 : volume gas pada keadaan 2 (m3)
T1:
suhu mutlak gas pada keadaan 1 (k)
T2:
: suhu mutlak gas pada keadaan 2 (k)
(Sumber buku : Teori dan soal-soal
Fisika edisi kedelapan oleh Frederick J. Bueche, Ph. D.)
GAS
IDEAL DALAM KIMIA
Menggabungkan hukum Boyle dan charles,persamaan dapat diturunkan
yang memberikan sesuatu yang baru mengenai perubahan tekanan dan suhu pda
volume gas.Hal ini dikenal sebagai persamaan gas ideal gabungan.Menurut hukum
Boyle,jika diberikan massa gas pada suhu konstan,maka menurut hukum charles,jika
V1 adalah volume gas pada suhu T1 dan tekanan p1
dan V2 adalah volume gas yang sama pada suhu
T2 dan tekanan p2.Hubungan diatas sangat berguna
untuk mengubah volume gas dari satu keadaan ke satu keadaan yang lain.Nilai
konstanta proporsionalitas (K) bergantung pada kuantitas gas.Volume gas
berbanding lurus dengan jumlah mol gas pada suhu dan tekanan konstan (hukum
Avogadro).Ini berarti bahwa ‘K’ berbanding lurus dengan jumlah mol ‘n’.
Persamaan gas ideal juga dikenal sebagai persamaan keadaan gas
karena mengungkapkan hubungan kuantitatif antara empat variabel yang
menggambarkan keadaan gas.Hukum gas ideal adalah persamaan matematis.Hukium gas
ideal ini merupakan persamaan empiris yang telah diuji untuk beberapa gas.Gas
yang mengikuti hukum gas ideal ini disebut gas ideal.Hukum gas ideal dapat
digunakan untuk menyelesaikan berbagai permasalahan terutama mengenai sifat
gas.Hubungan yang menunjukan bagaimana volume gas bergantung pada
tekanan,temperatur dan jumlah mol gas dapat ditunjukan oleh persamaan diatas.Gas
ideal dalam kimia adalah kumpulan molekul-molekul dengan gerakan kacau
balau,acak tapi berkesinambungan kecepatannya bertambah jika temperatur
dinaikan.Molekul-molekul gas terpisah jauh satu sama lain,kecuali selama
tabrakan dan bergerak tak bergantung satu sama lain.Nilai V,n,p dan T diketahui
maka keadaan gas dapat diketahui.
Penggunaan yang paling penting yang biasa digunakan dalam ilmu
kimia adalah untuk memprediksi volume suatu gas ketika tekanan berubah,ataupun
sebaliknya.
Fenomena
Terkait Gas Ideal
Þ Botol menjadi kempes setelah
dimasuki air panas
Pernahkah anda memasukan air panas kedalam
botol?misalnya anda pergi kekebun dengan membawa sebuah kopi dan kopi tersebut
anda masukan ke dalam sebuah botol.Tanpa anda sadari botol yang berisi air kopi
hangat itu mengalami kempes,seperti tersedot bukan?jika anda tidak mengetahui
itu tentu saja anda akan mengabaikanbegitu saja.Mengapa hal itu
terjadi?Ternyata ini bisa dijelaskan didalam teori gas ideal.Pada saat kopi
hangat dimasukkan pada botol kemudiaan menutupnya segera dan pergi
kekebun.Selama di perjalanan suhu pada kopi hangat anda sedikit-sedikit akan
turun menyesuaikan dengan lingkungan disekitarnya.Turunnya suhu pada kopi ini
menyebabkan rumus gas ideal bekerja.Yaitu ketika suhu turun menyebabkan tekanan
didalam botol menjadi turun.Jadi hal itulah yang menyebabkan botol kopi anda
menjadi kempes atau seperti tersedot.
Þ Ban motor menjadi kempes jika lama
tidak digunakan
Mengapa
ban motor bisa kempes jika lama yidak digunakan? Ternyata ini dapat di jawab
dengan logis melalaui formula gas ideal ini.Ketika kita sering menggunakan
motor,motor akan menjadi panas.Bukan hanya pada mesin saja yang panas,namun
juga terjadi pada body dan juga pada ban.Ban motor akan sering bersentuhan
dengan aspal yang tentunya panas sekali.Nah pada saat ban ini panas berarti
suhu pada ban ini meningkat bukan?ketika suhu meningkat otomatis tekanan didalam
ban juga ikut meningkat,sesuai dengan formula gas ideal diatas.Ketika motor
lama tidak anda gunakan menyebabkan suhu pada motor menjadi dingin,begitu juga
dengan ban.Bila kita menyimpan motor dirumah,dilantai batu maka ban akan lebih
dingin lagi.Hal ini menyebabkan suhu pada ban motor menurun.Ketika suhu ban ini
turun otomatis tekanan didalam ban berkurang.Hal ini yang menyebabkan ban motor
akan kempes setelah lama tidak digunakan.
Saat
memompa sepeda,udara dari dalam pompa dipaksa masuk pada ban sepeda.Saat
memaksa udara dari pompa menuju ban menyebabkan udara didalam pompa menjadi
tertekan karena harus bergantian masuk pada ban melalui lubang pentil yang
sempit.Tekanan yang tinggi didalam pompa ini menyebabkan udara yang keluar dari
mulut pentil sangat cepat saat memompanya.
Contoh
Soal Gas Ideal
1. Berat gas ideal yang bersuhu
18áµ’C,bertekanan 765 mm Hg dan bervolume 1,29 liter ternyata 2,71 gram.Berapakah
BM gas itu?
Diketahui: T =291 K, m = 0,00271 kg, V = 0,00129 m3,R = 8314 J/kmol ⋅ K
Ditanya : M...?
Penyelesaian:
Dipakai
pV = (m/M)RT maka
M
= mRT/pV
M
= ((0,00271 kg)(8314
J/kmol∙K)(291 K))/([(765/760)(1,01 × 〖10〗^5
N/m^2)](0,00129
m^3)) = 50 kg/kmol
2. Sejumlah
gas oksigen pada tekanan luar 101 kPa,suhu 5℃ ternyata bervolume 0,0200 m3.Berapakah volumenya bila tekanan
diubah menjadi 108 kPa dan suhunya dinaikan menjadi 30℃?
Diketahui
:
P1 = 101 kPa,P 2 = 108 kPa,T1 = 278 K,T2 = 303 K
Ditanya
: V2....?
Penyelesaian:
(P1 V1)/T1 = (P2 V2)/T2 atau V2=V1(P1/P2)(T2/T1)
V2
=
(0,020 m3)(101/108)(303/278) =
0,0204 m3
3.Pada
suhu 16℃ dan tekanan 150 kPa sejumlah gas
hidrogen bervolume 370 mL.Berapakah volumenya pada suhu -21℃ dan tekanan 420 kPa?
Diketahui
: V 1 = 370 mL,P1= 150 kPa,P2=420 kPa,T1=273+16=289,T2=273-21=
Ditanya : V2....?
Penyelesaian:
(P1 V1)/T1 = (P2 V2)/T2 atau V2=V1(P1/P2)(T2/T1)
V2=(370) (150/420)((273-21)/(273+16))= 115
mL
4.Tentukan
volume 4,0 g gas oksigen (M=32 kg/kmol) pada keadaan normal!
Diketahui:
m= 4,0 g , dan M= 32 kg/kmol.
Ditanya : V.....?
Penyelesaian:
Pada keadaan normal,1 kmol bervolume 22,4 m3. Maka,32 kg gas volumenya 22,4 m3,hingga 4gas volumenya:
5 .Sebuah
tangki bervolume 590 liter berisi gas oksigen pada suhu 20℃ dan tekanan 5 atm.Tentukan massa
oksigen dalam tanki itu.M=32kg/kmol untuk oksigen.
Diketaui:
p
= 5
atm,T=20+273=293 K,V= 590
Liter/0,59 m3,M=32kg/kmol.
Ditanya
: m....?
Penyelesaiaan:
Pakai pV= (m/M)
RT maka
m=pVM/RT = ((5×1,01 ×〖10〗^5
N/m^2)(0,59 m^3)(32 kg/mol))/((8314 J/kmol∙K)(293K)) =
3,9 kg
6.Sebuah
tabung bervolume 30 mL berisi setetes nitrogen cair bermassa 2 mg pada suhu
yang rendah sekali.Tabung kemudian ditutup rapat.Jika tabung di panasi sampai
20℃
berapakah tekanan nitrogen dalam tabung?Nyatakan dalam tabung.(M untuk
nitrogen 28 kg/kmol.
Dikeahui:
V = 30
mL, m = 2 mg,M= 28 kg/kmol
Ditanya
: p....?
Penyelesaiaan:
Pakai
pV
= (m/
M)RT maka
p = mRT/MV = ((2×〖10〗^(-6) kg)(8314 J/kmol∙K)(293) )/((28
kg/kmol)(30×〖10〗^(-6) m^3)) = 5800 N/m^3
= (5800 N/m^3) ((1 atm)/(1,01 × 〖10〗^(5 N/m^2 ) ) ) =
0,057 atm
7.Suatu
gas ideal dengan volume 1 liter pada 1 atm dan -20℃.Sampai berapa atmosfir tekanan
harus diberikan kepada gas tersebut agar volumenya menjadi 1/2 liter bila temperatur 40℃?
Diketahui : V1
= 1, V2
= 1/2,T1
= -20℃, T2 = 40℃
Ditanya : p2 ....?
Penyelesaian:
(P1 V1)/T1 = (P2 V2)/T2 atau
p2 = p1 (V1/V2)(T2/T1)
Maka p2 = (1 atm)(1/(1/2))((273+40)/(273-20)) =
2,47 atm
9.Berapakah
volume 8,00 gram gas helium (M=4 kg/kmol)pada suhu 15℃ dan tekanan 480 mm Hg?
Diketahui
: m= 8,00 gram→ 0,0080 kg, p =
480 mm Hg, T = 15℃ , M= 4 kg/kmol
Ditanya : V.....?
Penyelesaian:
V = mRT/Mp = (0,0080 kg)(8314 J/ kmol∙K)(288 K)/(4 kg/kmol)[(480/760)(1,01
× 〖10〗^5 N/ m^2 )] =0,075 m^3= 75 liter
Diketahui: M= 16 kg/mol , T= 20℃ , p = 5
atm
Ditanya : m gas metan.....?
Penyelesaiaan:
Pakai pV = pM/RT = (5 ×1,01× 〖10〗^5
N/m^2 )(16 kg/kmol)/(8314 J/kmol∙K)(293 K) = 3,32 kg/m^3
10.Tekanan
ukur ( gauge pressure ) didalam ban mobil adalah 305 kPa waktu temperaturnya
adalah 15℃.Setelah berjalan pada kecepatan
tinggi,ban menjadi panas dan tekanannya adalah 360 kPa.Berapakah temperatu r gas dalam ban? Misalkan,tekanan atmosfir
(udara luar ) ada;ah 101 kPa.
Diketahui
: p1 = 305 + 101=406 kPa, p2 = 360+101 = 461 kPa, T1 = 15℃
Ditanya : T2....?
Penyelesaiaan:
(P1 V1)/T1 = (P2 V2)/T2 atau T2= T1(p2/p1)(V2/V1)
T2 = (273 + 15 )(461/406)(1) = 327
Maka temperatur akhir dari ban adalah 327- 273
= 54℃
(Sumber buku
: Teori dan soal-soal Fisika edisi kedelapan oleh Frederick J. Bueche, Ph. D.)
