GAS

1. SIFAT-SIFAT EMPIRIC GAS

1.1 Hukum Boyle dan Hukum Charles

Keadaan suatu gas ditentukan oleh 4 sifat  (besaran) yaitu :  Massa,  volume,  temperatur (suhu) dan tekanan. Persaman keadaan dari suatu sistem adalah persamaan matematik yang menyatakan hubungan antara nilai – nilai keempat sifat ini.  Hanya diperlukan 3 besaran untuk menentukan keadaan sistem,  sedang besaran yang keempat dapat dihitung (tergantung) pada ketiga sifat ini.

Robert Boyle (1662) dalam percobaan-percobannya memperoleh  kesimpulan  bahwa  pada temperatur  konstan volume berbanding terbalik dengan tekanan. Kemudian  Charles  menunjukkan bahwa  konstanta  C  adalah  fungsi temperatur. 

Gay  Lussac  dalam  percobaan-percobannya  mendapatkan  bahwa  volume  dari sejumlah massa tertentu gas pada tekanan konstan akan merupakan fungsi linier dari temperatur. 

Dari  fungsi  linear  tersebut  dapat  disimpulkan  bahwa  b  adalah  slope  pada  kurva dengan absis t dan ordinat V, sedang a adalah intersepnya,  jadi merupakan volume pada nol, Vo, sehingga secara matematika boles ditulis : 

Koefisien Ekspansi Termal (ao)

Koefisien  ekspansi  termal  adalah  bertambahnya  volume  relatif  (terhadap volume awal) akibat pertambahan temperatur pada tekanan tetap. Jadi : 

Kombinasi persamaan 5 dan 6 menghasilkan :

Untuk gas ideal harga α = 1/T, jadi :

αo =  1/T  = 1/273,15

karena T = 273,15 + t, maka persamaan 7 dapat ditulis : 

1.2 Gas Ideal

Robert  Boyle  pada  tahun  1662 menyelidiki  hubungan antara  tekanan  dan  volume gas pada perubahan keadaan dengan masa dan suhu sistem gas yang tetap, yang menunjukkan bahwa tekanan berbanding terbalik dengan volume.  Percobaan Gay Lussac menunjukkan bahwa volume gas adalah fungsi  dari  suhu pada setiap perubahan dimana tekanan dan massa dijaga tetap. 

           Relasi itu dapat dinyatakan ;

dengan Co adalah C pada temperatur 0 C. Dinyatakan bahwa hukum Boyle berlaku untuk temperatur dan massa tertentu. Untuk Co temperatur sudah tertentu, yaitu 0 C, dengan demikian Co hanya ditentukan oleh massa saja atau Co sebanding dengan massa gas dan ditulis 

dengan B adalah konstanta sedang massa gas. Jadi persamaan 11 dapat ditulis sebagai berikut :

Jika dipilih kondisi standar yaitu m = M kg/mol yaitu massa molar, P = 1 Pa dan T = 273,15 K, ternyata volumenya 0,00224 m3 /mol, maka persamaan 13 dapat ditulis :

Substitusi 14 ke dalam 13, menghasilkan : 

Persamaan 15 tersebut biasa disebut persamaan gas ideal. Jika n = 1 mol, persamaan gas ideal ditulis :

Dengan   V  adalah volume molar gas yaitu volume dari 1 mol gas. 

1.3 Distribusi Barometrik

Dalam pembicaraan sebelum ini, kita berasumsi bahwa jika gas ideal berada  dalam sebuah bejana, maka tekanan gas di dalam bejalana tersebut adalah sama di bagian manapun pada bejana itu. Anggapan ini benar,  jika berada di daerah yang bebas medan. Tetapi di bawah pengaruh medan, maka molekul – molekul lebih rapat di bagian bawah daripada di bagian atas.  Akibatnya tekanan gas di bagian bawah tentu lebih besar daripada di bagian atas. Hal seperti ini disebut distribusi barometrik.

Kita bayangkan sebuah kolom berbentuk silinder dengan luas alasnya adalah A,  berada pada temperatur yang merata yaitu T berada di bawah pengaruh medan gravitasi  dengan  percepatan gravitasi  sebesar  g.  koordinat  vertikal  z  diukur  dari bagian bawah sedemikian rupa sehingga z pada dasar kolom adalah (gambar). 

Tekanan di sembarang kedudukan z, ditentukan oleh massa fluida yang dihitung dari z ke atas. Jika massa itu adalah m, maka gaya yang ditimbulkan oleh fluida bermassa m itu, adalah mg. Dengan demikian tekanan pada kedudukan z adalah : 

Sekarang akan kita lihat tekanan pada kedudukan z + dz.  Jika fluida di hitung dari kedudukan ini ke atas adalah m’ dan tekanannya disebut p’, maka : 

Selisih kedua persamaan di atas : 

Jika massa jenis fluida adalah ρ maka m’ = ρ V’ dengan V’ adalah volume dari z + dz ke atas sedang m = ρ V dengan adalah volume dari z ke atas, sehingga :

V’/A adalah tinggi dari z + dz ke atas atau h – (z + dz) sedang V/A adalah tinggi dari 

z ke atas atau h – z, sehingga : 

Selanjutnya perlu diingat, bahwa :

jika diintegralkan dari 0 sampai z diperoleh :

dengan asumsi bahwa fluida mengkuti pola gas ideal, maka persamaan itu juga dapat dinyatakan dalam konsentrasi yaitu : 

Karena konsentrasi  berbanding lurus dengan jumlah partikel,  maka persamaan itu juga boleh dinyatakan dalam bentuk :

Persamaan  31,  dapat  dikembangkan  untuk  menghitung  jumlah  partikel  di seluruh ruangan. Karena n konstan maka hanya z yang tidak konstan pada ruas kanan persamaan 31, sehingga jika diturunkan : 

Jika diintegralkan keseluruhan ruangan :

dengan c adalah tetapan integrasi. Harga n2+ c adalah harga jumlah partikel diseluruh

ruangan atau n, sehingga : 

dengan n = jumlah molekul dari dasar sampai  ketinggian z.  jika harga n ini dibagi dengan  volume dari  dasar  sampai  ketinggian  z,  maka  kita  memperoleh  harga konsentrasi rata – rata partikel.

Jika  persamaan  36  di  atas  digunakan  untuk  menghitung  jumlah  seluruh partikel gas di atmosfer, maka dimasukkan harga z tak terhingga sehingga : 

dengan n adalah jumlah seluruh partikel  gas di atmosfer n0 jumlah partikel  gas dipermukaan  bumi. Sudah  barang  tentu  hitungan  ini  menggunakan  asumsi  bahwa seluruh atmosfer mempunyai temperatur yang seragam yaitu T. Perlu diketahui bahwa persamaan – persamaan distribusi di atas, tidak hanya berlaku  untuk  gas,  tetapi  juga  berlaku  untuk  partikel  koloid  misalnya  suspensi

senyawa polimer dalam suatu medium cair.

KIMIA ITU ASIK COY

INSYAALLAH BERMANFAAT

MUH. FAJRI RAMADHAN