gas ideal

MAKALAH FISIKA

GAS IDEAL

D I S U S U  N OLEH :

KELOMPOK I

 Nama

:

Aulia Annisa Khairana Oktavia M. Riski Pratama Muhammad Sulthon S  Nurci Amalia Putri Retno Sari Rudy

Kelas

:

Program Studi :

XI Kimia 1 Kimia Industri

BAB I PENDAHULUAN

A. Pengertian Pengertian Gas Nyata

Gas nyata adalah gas yang tidak mematuhi persamaan dan hukum gas lainya di semua kondisi suhu dan tekanan. Sifat Gas nyata : 1. Volume gas nyata tidak dapat di abaikan. 2.

Terdapat gaya tarik menarik antara molekul- molekul gas,terutama jika tekanan volume di perbesar atau di perkecil.

B. Pengertian Pengertian Gas Ideal

Gas ideal adalah gas teoritis yang terdiri dari  partikel-partikel titik yang bergerak secara acak dan tidak saling berinteraksi. Konsep gas ideal sangat berguna karena memenuhi hukum memenuhi hukum gas ideal, sebuah ideal, sebuah persamaan  persamaan keadaan yang disederhanakan, sehingga dapat dianalisis dengan mekanika dengan mekanika statistika. Pada kondisi normal seperti temperatur dan tekanan standar,  standar,  kebanyakan gas nyata  berperilaku seperti gas ideal. Banyak gas seperti nitrogen, seperti nitrogen, oksigen,  oksigen, hidrogen, gas hidrogen, gas mulia dan karbon dan karbon dioksida dapat diperlakukan seperti gas ideal dengan perbedaan yang masih dapat ditolerir. Secara umum, gas berperilaku seperti gas ideal pada temperatur tinggi dan tekanan dan tekanan rendah, karena kerja karena kerja yang melawan gaya intermolekuler menjadi jauh lebih kecil bila dibandingkan dengan energi dengan energi kinetik partikel, kinetik  partikel, dan ukuran molekul juga j uga menjadi  jauh lebih kecil bila dibandingkan dengan dengan ruangan kosong antar molekul. Model gas ideal tak dapat dipakai pada suhu rendah atau tekanan tinggi, karena gaya intermolekuler dan ukuran molekuler menjadi penting. Model gas ideal juga tak dapat dipakai pada gas-gas berat seperti  seperti  refrigeran atau gas dengan gaya intermolekuler kuat, seperti uap seperti uap air. Pada air. Pada beberapa titik ketika suhu rendah dan tekanan tinggi,  gas nyata akan menjalani fase transisi menjadi liquid atau solid.  solid.  Model gas ideal tidak dapat menjelaskan atau memperbolehkan fase transisi. Hal ini dapat dijelaskan dengan  persamaan keadaan yang lebih kompleks.

1. Gas ideal adalah gas  yang terdiri dari partikel- 2. Ukuran dari partikel partikel kecil baik atom gas dapat diabaikan maupun molekul dalam terhadap ukuran  jumlah yang sangat wadahnya banyak. 3. Setiap (every) partikel 4. Gaya tarik Menarik gas bergerak random antar partikel gas (acak) ke segala arah dianggap tidak ada 6. Setiap tumbukan yang 5. Persebaran partikel gas terjadi adalah tumbukan merata di dalam wadaah lenting sempurna 7. Partikel gas memenuhi hukum newton tentang gerak

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Ciri-ciri Gas Ideal

Adapun ciri-ciri dari gas ideal adalah sebagai berikut : a.

Suatu gas terdiri dari beberapa partikel.

 b.

Molekul gas semuanya identik

c.

Tumbukan terjadi secara lenting sempurna

d.

Gerakannya acak

e.

Molekul tidak berinteraksi hanya bertumbukan saja

f.

Berlaku hukum newton

g.

Molekul gas mempunyai jarak yang jauh(Lebih dari diameternya) antara molekul lain.

2.2. Persamaan Gas Ideal

Keadaan gas dapat ditinjau dari tiga parameter volume, tekanan, suhu, dan jumlah mol. Gas ideal mempunyai ciri-ciri sbb: a. Molekul gas tidak mempunyai volume.  b. Tidak ada interaksi antara molekul molekul gas, baik tolak-menolak maupun tarikmenarik. Pada proses isobarik, tekanan gas tetap, sedangkan volume dan temperatur gas  berubah. Demikian juga dalam proses isokhorik dan isotermal, terdapat satu sa tu variabel atau  besaran gas yang berada dalam keadaan tetap, sedangkan kedua variabel gas lainnya  berubah. Bagaimanakah jika ketiga besaran yang menyatakan keadaan gas tersebut (tekanan, volume, dan suhu) berubah? Dari ketiga hubungan antara tekanan, volume, dan suhu gas yang didapatkan dari Hukum Boyle dan Hukum Gay-Lussac dapat diturunkan suatu persamaan yang disebut  persamaan keadaan gas ideal. Secara matematis, persamaan keadaan gas ideal i deal dinyatakan dengan persamaan : PV/T = Konstan atau  p1V1/T1 = p2V2/T2

Oleh karena setiap proses yang dilakukan pada gas berada dalam ruang tertutup,  jumlah molekul gas yang terdapat di dalam ruang tersebut dapat ditentukan sebagai jumlah mol gas (n) yang jumlahnya selalu tetap. Karena mol adalah suatu besaran yang digunakan untuk menyatakan massa suatu zat dalam gram yang besarnya sama dengan jumlah molekul zat tersebut. Dengan demikian, persamaan keadaan gas ideal dapat dituliskan menjadi :

    p = tekanan gas (N/m2) V = volume gas (m 3) n = jumlah mol (mol) R = konstanta gas universal (R = 8,315 J/mol.K) T = suhu mutlak gas (K)

Keadaan gas dalam kenyataannya mengalami penyimpangan dari gas ideal. Volume molekul gas dan interaksi antar molekul-molekulnya tidak bisa diabaikan. Oleh karena itu gas ideal hanya merupakan gas hipotetis. Untuk menggambarkan penyimpangannya, dapat dinyatakan dengan perbandingan volum molarnya terhadap volum molar gas ideal. Perbandingan ini disebut faktor kompresibilitas (Z). Gas ideal mempunyai nilai Z=1. Suatu gas akan mendekati sifat gas ideal pada tekanan yang sangat rendah (mendekati nol) dan suhu yang sangat tinggi (suhu menuju tak hingga). Pada keadaan tersebut, volun gas menuju tak hingga sehingga kerapatannya mendekati nol. Pada kerapatan nol, tidak ada interaksi antar molekul gas dan volum molekul dapat diabaikan. Dari definisi mol zat yang menyatakan bahwa : Jumlah mol = massa / massa relatif molekul atau   

Persamaan dapat dituliskan menjadi :

    

(1)

Bahwa massa jenis suatu zat adalah perbandingan antara massa dengan volume zat tersebut. Oleh karena itu, dari Persamaan (1) dapat diperoleh persamaan massa jenis gas : ρ = m/V = p Mr/RT

(2)

Menurut prinsip Avogadro, satu mol gas mengandung jumlah molekul gas yang sama. Jumlah molekul gas ini dinyatakan dengan bilangan Avogadro (NA) yang besarnya sama dengan 6,02 × 1023 molekul/mol. Dengan demikian, Persamaan (2) dapat dinyatakan menjadi :  pV = (N/NA) RT atau  pV = N(R/NA) T dengan:

(3)

 N = Banyak partikel gas, dan  NA = Bilangan avogadro = 6,02 × 10 23 molekul/mol Oleh karena nilai pada Persamaan (3) merupakan suatu nilai tetapan yang disebut konstanta Boltzmann, k, di mana k = 1,38 × 10 -23 J/K maka persamaan keadaan gas ideal dapat juga dituliskan menjadi persamaan berikut :

pV = NkT

(4)

Catatan : Dalam keadaan standar (STP), yaitu tekanan p = 1 atm = 1 × 10 5 Pa, dan suhu gas t = 0° C atau T = 273 K, maka setiap n = 1 mol (gas apa saja) memiliki volume 22,4 liter.

2.3. Hukum-hukum Tentang Gas a.

Hukum Boyle

Perhatikanlah Gambar berikut.

Gambar (a) Gas di dalam tabung memiliki volume V1 dan tekanan P1. (b) Volume gas di dalam tabung diperbesar menjadi V2 sehingga tekanannya P2 menjadi lebih kecil. Suatu gas yang berada di dalam tabung dengan tutup yang dapat diturunkan atau dinaikkan, sedang diukur tekanannya. Dari gambar tersebut dapat dilihat bahwa saat tuas tutup tabung ditekan, volume gas akan mengecil dan mengakibatkan tekanan gas yang terukur oleh alat pengukur menjadi membesar. Hubungan antara tekanan (p) dan volume (V) suatu gas yang berada di ruang tertutup ini diteliti oleh Robert Boyle. Saat melakukan percobaan tentang hubungan antara tekanan dan volume gas dalam suatu ruang tertutup, Robert Boyle menjaga agar tidak terjadi perubahan temperatur pada gas (isotermal). Dari data hasil pengamatannya, Boyle mendapatkan bahwa hasil kali antara tekanan (p) dan volume (V) gas pada suhu tetap adalah konstan. Hasil pengamatan Boyle tersebut kemudian dikenal sebagai Hukum Boyle yang secara matematis dinyatakan dengan persamaan :  pV = konstan atau

     Tekanan gas akan berbanding terbalik dengan volumenya pada ruangan tertutup. Dalam bentuk grafik, hubungan antara tekanan (p) dan volume (V) dapat dilihat pada Gambar:

Gambar : Grafik p-V suatu gas pada dua suhu yang berbeda, di mana T1>T2.

b.

Hukum Gay-Lussac

Gay-Lussac, seorang ilmuwan asal Prancis, meneliti hubungan antara volume gas (V) dan temperatur (T) gas pada tekanan tetap (isobarik). Perhatikanlah Gambar :

Gambar Pada tekanan 1 atm, (a) gas bervolume 4 m3 memiliki temperatur 300 K, sedangkan (b) gas bervolume 3 m3 memiliki temperatur 225 K. Misalnya, Anda memasukkan gas ideal ke dalam tabung yang memiliki tutup  piston di atasnya. Pada keadaan awal, gas tersebut memiliki volume 4 m3 dan temperatur 300 K. Jika kemudian pemanas gas tersebut dimatikan dan gas didinginkan hingga mencapai temperatur 225 K, volume gas itu menurun hingga 3 m 3. Jika Anda membuat perbandingan antara volume terhadap suhu pada kedua keadaan gas tersebut (V/T) , Anda akan mendapatkan suatu nilai konstan (4/300 = 3/225 = 0,013). Berdasarkan hasil penelitiannya mengenai hubungan antara volume dan temperatur gas pada tekanan tetap, Gay-Lussac menyatakan Hukum Gay-Lussac, yaitu hasil bagi antara volume (V) dengan temperatur (T) gas pada tekanan tetap adalah konstan. Gambar Grafik Hubungan V-T

Persamaan matematisnya dituliskan sebagai berikut : V/T = Konstan atau

V1/T1 = V2/T2

c.

Hukum Charles

Seorang ilmuwan Perancis lainnya, Charles, menyatakan hubungan antara tekanan (p) terhadap temperatur (T) suatu gas yang berada pada volume tetap (isokhorik). Hasil penelitiannya kemudian dikenal sebagai Hukum Charles yang menyatakan hasil bagi tekanan (p) dengan temperatur (T) suatu gas pada volume tetap adalah konstan.

Gambar Grafik p-T suatu gas pada volume yang berbeda. Persamaan matematis dari Hukum Charles dinyatakan dengan : P/T = Konstan Atau

p1/T1 = p2/T2

2.4. Pengertian Teori Kinetik Gas

Teori kinetik adalah teori yang menjelaskan perilaku sistem-sistem fisis dengan menganggap bahwa sejumlah besar molekul yang bergerak sangat cepat . Teori kinetik gas tidak mengutamakan kelakuan sebuah partikel, tetapi meninjau sifat zat secara keseluruhan berbagai hasil rata-rata kelakuan partikel tersebut. Teori Kinetik (atau teori kinetik pada gas) berupaya menjelaskan sifat-sifat makroscopik gas, seperti tekanan, suhu, atau volume, dengan memperhatikan komposisi molekular mereka dan gerakannya. Intinya, teori ini menyatakan bahwa tekanan tidaklah disebabkan oleh gerakan vibrasi di antara molekul-molekul, seperti yang diduga Isaac  Newton, melainkan disebabkan oleh tumbukan antarmolekul yang bergerak pada kecepatan yang berbeda-beda. Teori Kinetik dikenal pula sebagai Teori Kinetik-Molekular atau Teori

Tumbukan atau Teori Kinetik pada Gas. Dengan demikian, teroi kinetika gas membahas sifat-sifat gas yang berhubungan dengan gerakan translasi dari atom dan molekul dalam bentuk gas, serta menguji bagaimana sifat-sifat gas tersebut dapat dibahas  berdasarkan pada gerakan translasi yang bebas dan kontinyu dari komponenkomponennya. Untuk dapat membahas sifat-sifat gas dengan lebih sempurna, maka dalam teori kinetika gas digunakan pendekatan gas ideal. Gas terdiri atas molekul  – molekul molekul yang bergerak menurut jalan-jalan yang lurus ke segala arah ,dengan kecepatan yang sangat tinggi .Molekul-molekul gas ini selalu  bertumbukan dengan molekul-molekul yang lain la in atau dengan dinding bejana. Tumbukan terhadap dinding bejana ini yang menyebabkan adanya adanya tekanan. Volume dari molekul  – molekul molekul gas sangat kecil bila dibandingkan dengan volume yang ditempati oleh gas tersebut ,sehingga sebenarnya sebenarnya banyak ruang yang yang kosong antara antara molekul  – molekulnya. molekulnya. Hal ini yang menyebabkan gas mempuyai rapat yang lebih kecil dari pada cairan atau zat padat. Hal ini juga yang menyebabkan gas bersifat kompresibel atau mudah ditekan. Karena molekul  – molekul molekul gas selalu bergerak ke segala arah,maka gas yang satu mudah bercampur dengan gas yang yang lain (diffusi) ,asal keduanya keduanya tidak bereaksi. Misalnya  N2dan O2 ;CO2 dan H 2; dan sebagainya.

2.5. Aplikasi Persamaan Persamaan Keadaan Gas Ideal Ideal pada Pernapasan Pernapasan

Ketika Anda menarik napas, otot-otot mengembangkan dinding dada Anda dan menarik diafragma ke bawah, membiarkan paru-paru yang elastis mengembang (volume udara bertambah) menyebabkan tekanan di dalam paru-paru kira-kira 10 torr (1 torr = 1 mmHg) di bawah tekanan atmosfer. Tekanan dalam paru-paru yang lebih kecil daripada tekanan atmosfer (tekanan udara luar) menyebabkan udara dari luar memasuki paru-paru. Ketika otot relaks, jaringan paru-paru yang tadinya kencang karena ditarik diafragma juga ikut relaks. Diafragma bergerak ke atas dan paru-paru mengempis. Paru-paru mengempis menaikkan tekanan udara di dalam paru-paru, sehingga udara dari paru-paru keluar. Saat Anda menarik napas, paru-paru mengembang, volume membesar, dan tekanan udara dalam paru-paru berada di bawah tekanan atmosfer. Saat menghembuskan napas  paru-paru mengempis, volume mengecil, dan tekanan udara dalam paru-paru meningkat.

2.6. Hukum Tekanan Parsial

Dalam banyak kasus Anda tidak akan berhadapan dengan gas murni tetapi dengan campuran gas yang mengandung dua atau lebih gas. Dalton tertarik dengan masalah kelembaban dan dengan demikian tertarik pada udara basah, yakni campuran udara dengan uap air. Ia menurunkan hubungan berikut dengan menganggap masing-masing gas dalam campuran berperilaku independen satu sama lain. Anggap satu campuran dua jenis gas A (n A mol) dan B (nB mol) memiliki volume V  pada temperatur T. Persamaan berikut dapat diberikan untuk masing-masing gas. gas.

 pA = nART/V  pB = nBRT/V  pA dan pB disebut dengan tekanan parsial gas A dan gas B. Tekanan parsial adalah 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 : P = pA + pB = (nA + nB)RT/V 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. Bila fraksi molar gas A, x A, dalam campuran x A = nA/(nA + nB), maka pA dapat juga dinyatakan dengan x A.  pA = [nA/(nA + nB)]P

2.7. Hubungan antara suhu, volume dan tekanan gas

Hukum Boyle, hukum Charles dan hukum Gay-Lussac baru menurunkan hubungan antara suhu, volume dan tekanan gas secara terpisah. Bagaimanapun ketiga besaran ini memiliki keterkaitan erat dan saling mempengaruhi. Karenanya, dengan berpedoman pada ketiga hukum gas di atas, kita bisa menurunkan hubungan yang lebih umum antara suhu, volume dan tekanan gas.

Jika perbandingan 1, perbandingan 2 dan perbandingan 3 digabung menjadi satu, maka akan tampak seperti ini :

Persamaan ini menyatakan bahwa tekanan (P) dan volume (V) sebanding dengan suhu mutlak (T). Sebaliknya, volume (V) berbanding terbalik dengan tekanan (P). Perbandingan 4 bisa menjadi persamaan :

Keterangan : P1 = tekanan awal (Pa atau N/m 2) P2 = tekanan akhir (Pa atau N/m 2) V1 = volume awal (m 3) V2 = volume akhir (m 3) T1 = suhu awal (K) T2 = suhu akhir (K) (Pa = pascal, N = Newton, m 2 = meter kuadrat, m 3 = meter kubik, K = Kelvin)

2.8. Energi Dalam Gas Ideal

Energi kinetik sejumlah partikel gas yang terdapat di dalam suatu ruang tertutup disebut sebagai energi dalam gas (U). Jika di dalam ruangan tersebut terdapat N partikel gas, energi dalam gas dituliskan dengan persamaan : U = NEK Dengan demikian, energi dalam untuk gas monoatomik atau gas diatomik pada suhu rendah adalah : U = NEK = 3/2 NkT Adapun, energi dalam untuk gas-gas diatomik pada suhu sedang dinyatakan dengan : U = 5/2 NkT dan pada suhu tinggi, besar energi dalam gas adalah : U = 7/2 NkT 2.9. Kecepatan Partikel Gas Ideal Ideal

Besaran lain yang dapat ditentukan melalui prinsip ekuipartisi energi gas adalah akar dari rata-rata kuadrat kelajuan (vrms = root mean square speed) gas, yang dirumuskan dengan :

Telah diketahui bahwa EK = 3/2 kT. Dengan demikian dapat dirumuskan bahwa : 1/2 mv2 = 3/2 kT v2 = 3kT / m

(1) Berdasarkan persamaan gas ideal, Anda pun telah mengetahui bahwa pV = NkT. Jika hanya terdapat satu mol gas, persamaan gas ideal tersebut dapat dinyatakan pV = kT. Dengan demikian, Persamaan (1) dapat dituliskan menjadi :

(2) Anda tentu masih ingat bahwa massa jenis ( ρ  ) adalah perbandingan antara massa terhadap volume zat tersebut ( ρ = m / v) ). Oleh karena itu, Persamaan (2) dapat dituliskan menjadi :

(3) Berdasarkan Persamaan (3) tersebut, Anda dapat menyatakan bahwa massa jenis gas  berbanding terbalik terbali k dengan kelajuan partikelnya. Jadi, jika massa jenis ( ρ ) gas di dalam ruangan tertutup besar, kelajuan partikel gas tersebut akan semakin kecil.