gas nyata

PENYIMPANGAN HUKUM GAS IDEAL

Hukum gas ideal, PV = nRT merupakan contoh sederhana suatu persamaaan kedaan yang menghubungkan tekanan, suhu, jumlah bahan kimia dan volume. Berdasarkan sifat dan prilakunya, molekul-molekul gas ideal bergerak ke segala arah dalam suatu ruangan sehingga terjadi tumbukan antar partikel dengan wadah dimana tumbukannya bersifat lenting sempurna. Selain itu juga pada gas ideal, tidak terdapat gaya tarik menrik antar molekul dan volume molekulnya sangat kecil, bahkan dapat diabaikan. Berbeda dengan gas ideal, volume molekul gas nyata tidak dapat diabaikan. Adanya interaksi atau gaya tarik menarik antar molekul gas nyata yang sangat kuat, menyebabkan gerakan molekulnya tidak lurus, dan tekana ke dinding menjadi kecil, lebih kecil daripada gas ideal.

Adanya perbedaan sifat antara gas`ideal dengan gas nyata menyebabkan persamaan tau hukum gas`ideal tidak dapat digunakan untuk gas`nyata pada kondisi tertentu. Pada kenyataannya gas` yang kita jumpai yakni gas gas alam, tidak secara ketat mengikuti hukum gas ideal. Gas nyata hanya mengikuti persamaan gas ideal hanya pada suhu dan tekanan standar, sedangkan pada keadaan suhu dan tekanan tinggi, gas nyata tidak mengikuti persamaan gas`ideal.

Penyimpangan persamaan gas`ideal muncul dalam berbagai bentuk, antara lain :

a).

Gambar 1

Keterangan : apabila gas didinginkan ( semakin rendah suhu), isipadunya mengecil lebih rendah dari nilai Charles, kemudian bahan tersebut akan terkondensasi, sedangkan untuk gas yang bersifat unggul, maka akan mematuhi hukum Charles V/T =konstan dan mengikuti garis lurus (menunjukkan prilaku gas ideal ).

b).

Gambar 2a Gambar 2b.

Apabila gas bertekanan semakin tinggi, maka semakin kecil jarak intermolukulnya sehingga semakin jauh atau semakin besar` deviaasinya dari prilaku gas`ideal seperti ditunjukkan pada Gambar 2a dan Gambar 2b. hal ini tidak sesuai dengan hukum Boyle. Hukum Avogadro pun tidak dapat dipegang secara ketat pada tekanan menengah.

Pada tekanan atmosfer, hukum gas ideal memuaskan atau sesuai untuk kebanyakan gas, tetapi untuk beberapa (misalnya uapaiar dan amonia) ada penyimpangan sebesar 1 sampai 2%. Penyimpangan ini disebut faktor ketermampatan kompresibilitas (Z), dengan persamaan

Z=PV/nRT

Dengan perubahan suhu dan tekanan seperti yang telah disebutkan, maka Z ≠ 1. Artinya pada kondisi tertentu Z bisa kurang ataupun lebih dari satuy. Ini menunjukkan penyimpangan hukum gas ideal.

 Persamaan keadaan Van der Waals

Untuk memperbaiki keadaan gas ideal pada suhu dan tekanan tertentu, maka pada tahun 1873, fisiskawan belanda, Johanes diderik Van der Waals mengusulkan persamaan keadaan gas yang dikenal dengan persamaan Van der Waals. Ia memodifikasi persamaan gas ideal dengan cara menambahkan faktor koreksi pada volume dan tekanan.

Volume memerlukan faktor koreksi karena partikel-partikel gas nyata mempunyai volume yang tidak dapat diabaikan, sehuingga Van der Waals mengurangi volume gas terukur dengan volume efektif total molekul-molekul gas sebesar nb dengan tujuan untuk memperhitungkan ukuran partikel-partikel gas.

Videal = Veks – nb

Videal = volume gas`ideal

Veks =volume yang terukur pada waktu percobaan

n= jumlah mol gas

b= konstanta Van der Waals

• Faktor koreksi yang kedua yaitu pada tekanan

Gambar 3.

Pada gambar tersebut terlihat perbedaan sifat antara sebuah molekul gas yang terdapat di dalam gas (A) dengan sebuah molekul lain yang hampir bertumbukan dengan dinding wadah. Gaya tarik menarik molekul A samna untuk ke segala arah sehuingga akan saling menghilangkan. Sedangkan molekul B hampir bertubukkan dengan dinding sehingga gaya tarik menarik antar molekul gas tersebut dengan molekul lain cenderung dapat menurunkan momentum molekul gas tersebut ketika bertumbukkan dengan dinding dan akibatnya akan mengurangi tekanan gas tersebut. Oleh karena itu, tekanan gas tersebut akan lebih kecil daripada tekanan gas ideal karena pada gas ideal dianggap tidak terjadi gaya tarik menarik antar molekul.

Makin besar jumlah molekul persatuan volume, makin besar jumlah tumbukan yang dialami oleh dinding wadah serta makin besar pula gaya tarik menarik yang dialami oleh molekul-molekul gas yang hampir menumbuk dinding wadah. Karena itu, faktor koreksi untuk tekanan adalah a(n2/V2) dimana a=konstanta dan n=jumlah mol gas.

Dengan memasukkan kedua faktor koreksi tersebut ke dalam persamaan gas ideal, maka diperoleh persamaan Van der Waals :

[P + (n2a/V2)] (V – nb) = nRT

P = tekanan absolut gas (atm)

V =volume spesifik gas (liter)

R = konstanta gas (0,082 L.atm/mol atau 8,314J/Kmol)

T =suhu /temperatur absolut gas (K)

n =jumlah mol gas

a,b =konstanta Van der Waals

tabel beberapa nilai konstanta Van der Waals a dan b:

gas a

(atm dm6 mol-2) b

(atm dm6 mol-2)

He 0,0341 0,0237

Ne 0,2107 0,0171

H2 0,244 0,0266

NH3 4,17 0,0371

N2 1,39 0,0391

C2H 4,47 0,0571

CO2 3,59 0,0427

H2O 5,46 0,0305

CO 1,49 0,0399

Hg 8,09 0,0170

O2 1,36 0,0318

Bila dibandingkan dengan persamaan gas ideal, persamaan Van der Waals ini dapat digunakan pada gas nyata denga besaran suhu dan tekanan yang lebih besar. Disamping itu juga persamaan Van der Waals juga dapat menjelaskan penyimpangan gas nyata dari gas ideal. Namun walaupun demikian, persamaan Van der Waals ini belum dapat secara sempurna menggambarkan sifat0sifat gas sehingga digunakan persamaan lain yang dikenal persamaan Virial.

 Persamaan Virial

Persamaan virial dapat dirumuskan sebagai berikut :

Dari persamaan di atas terlihat bahwa apabila konstanta Virial mempunyai nilai yang dapat diabaikan ,maka persamaan diatas menjadi persamaan gas ideal. Pada tekanan 1 atm, nalai B>>C>>D dan seterusnya sehingga pada tekanan yang rendah hanya nilia B yang berperan. Pada tekanan yang lebih tinggi, koefisien C,D, dst menjadi semakin besar sehingga harus dimasukkan ke dalam persamaan. Nilai-nilai B,C,D dst harus diperoleh dari percobaan dan berbeda dengan konstanta pada persamaan Van dxer Waals. Tidak terdapat hubungan yang jelas antara besaran B,C,D dengan sifat-sifat miolekular, tetapi persamaan Virial ini dapat digunakan untuk mengetahui secara jelas mengenai sifat-sifat gas nyata secara tepat.

Untuk melengkapi kekurangan pada kedua persamaan di atas maka digunakan persamaan tiga persamaan keadaan yang lain yaitu :

1. Persamaan Berthelot

P =

2. Persamaan Dieterici

P =

3. Persamaan Virial

P =

4. Persamaan Redlich-Kwong

persamaan Redlich-Kwong adalah persamaan dua-konstanta yang dianggap paling baik oleh banyak pihak. Persamaannya yaitu :

Persamaan ini yang diajukan pada tahun 1949bersifat empiris dan tidak memilki pembuktianyang menyeluruh dalam argumentasi molekul. Persamaan Redlich-Kwongbersifat ekplisit untuk tekanan tetapi tidak untuk volume spesifik maupun temperature.

Walawpun persamaan Redlich-Kwong lebih sulit untuk dimanipulasi secara matematis dibandingkan persamaan Van der Waals, tapi persamaan ini lebih akurat, terutama pada tekanan tinggi. Persamaan Redlich-Kwong dua konstanta memberikan hasil yang lebih baik daripada beberapa persaman keadaan yang lain yang memeliki konstanata yang dapat diubah-ubah.walawpu demikian persamaan dua-konstanta ttap hanya memberikan nilaiakurasi yang terbatas apabila tekanan (atau kerapatan ) ditingkatkan.

 Hukum atau persamaan keadaan gas nyata lainnya yang dapat digunakan yaitu :

 Hukum Boyle (Hubungan antara volume dan tekanan gas (suhu gas konstan))

Robert Boyle (1627-1691) melakukan eksperimen alias percobaan untuk menyelidiki hubungan kuantitaif antara tekanan dan volume gas. Percobaan ini dilakukan dengan memasukan sejumlah gas tertentu ke dalam sebuah wadah tertutup. Sampai pendekatan yang cukup baik, om obet menemukan bahwa apabila suhu gas dijaga agar selalu konstan, maka ketika tekanan gas bertambah, volume gas semakin berkurang. Demikian juga sebaliknya ketika tekanan gas berkurang, volume gas semakin bertambah. Istilah kerennya tekanan gas berbanding terbalik dengan volume gas. Hubungan ini dikenal dengan julukan Hukum Boyle. Secara matematis ditulis sebagai berikut :

P1V1=P2V2

Arti dari persamaan 1 adalah : pada suhu (T) konstan, apabila tekanan (P) gas berubah maka volume (V) gas juga berubah sehingga hasil kali antara tekanan dan volume selalu konstan. Dengan kata lain, apabila tekanan gas bertambah, maka volume gas berkurang atau sebaliknya jika tekanan gas berkurang maka volume gas bertambah, sehingga hasil kali antara tekanan dan volume selalu konstanCatatan :

 Hukum Charles (Hubungan antara suhu dan volume gas (tekanan gas bernilai tetap))

Seorang ilmuwan berkebangsaan Perancis yang bernama Jacques Charles (1746-1823) menyelidiki hubungan antara suhu dan volume gas. Berdasarkan hasil percobaannya, ia menemukan bahwa apabila tekanan gas selalu konstan, maka ketika suhu gas bertambah, volume gas pun bertambah. Sebaliknya ketika suhu gas berkurang, volume gas pun berkurang atau V/T= konstan sehingga secara matenatis dapat ditulis sebagai baerikut:

V1/T1 = V2/T2

Arti dari persamaan 1 adalah : pada tekanan (P) konstan, apabila suhu mutlak (T) gas berubah maka volume (V) gas juga berubah sehingga hasil perbandingan antara suhu mutlak dan volume selalu konstan. Dengan kata lain, jika suhu mutlak gas bertambah, maka volume gas juga bertambah atau sebaliknya jika suhu mutlak gas berkurang maka volume gas juga berkurang, sehingga hasil perbandingan antara suhu dan volume selalu konstan.

 Hukum Gay-Lussac(Hubungan antara Tekanan gas dan Suhu gas (volume gas bernilai tetap)

. Berdasarkan percobaan yang dilakukannya, Gay-Lussac menemukan bahwa apabila volume gas dijaga agar selalu konstan, maka ketika tekanan gas bertambah, suhu mutlak gas pun ikut2an bertambah. Demikian juga sebaliknya ketika tekanan gas berkurang, suhu mutlak gas pun ikut2an berkurang. Istilah kerennya, pada volume konstan, tekanan gas berbanding lurus dengan suhu mutlak gas. Hubungan ini dikenal dengan julukan Hukum Gay-Lussac. Secara matematis ditulis sebagai berikut :

P1/T1=P2/T2

Arti dari persamaan 1 adalah : pada volume (V) konstan, apabila tekanan (P) gas berubah maka suhu mutlak (T) gas juga berubah sehingga hasil perbandingan antara tekanan dan suhu mutlak selalu konstan. Dengan kata lain, jika tekanan gas bertambah, maka suhu mutlak gas juga bertambah atau sebaliknya jika tekanan gas berkurang maka suhu mutlak gas juga berkurang, sehingga hasil perbandingan antara tekanan dan suhu selalu konstan.

Perlu diketahui bahwa hukum Boyle, hukum Charles dan hukum Gay-Lussac memberikan hasil yang akurat apabila tekanan dan massa jenis gas tidak terlalu besar. Di samping itu, ketiga hukum tersebut juga hanya berlaku untuk gas yang suhunya tidak mendekati titik didih. Berdasarkan kenyataan ini, bisa disimpulkan bahwa hukum Boyle, hukum Charles dan hukum Gay-Lussac tidak bisa diterapkan untuk semua kondisi gas. Namun hukum Boyle, Hukum Charles dan hukum Gay-Lussac tidak bisa berlaku untuk semua kondisi gas nyata.

DAFTAR PUSTAKA

Atkins, P.W. 1986.Physical Chemistry Third Edition.Oxford:Oxford Univeristy Press.

Bird, Tony.1987.Kimia Fisika untuk Universitas.Jakarta:Gramedia.

Dogra,S.K dan Dogra S.1990.Kimia Fisika dan Soal-Soal.Jakarta:UI Press.

Http/gasidealdangasnyata-Chem-is-try-Org-SituskimiaIndonesia.com

Diambil pada tanggal10 September.Waktu:11.45 WITA.

Tim Penyusun.2004.Kimia 1a SMA.Klaten:PT Intan Pariwara.

TUGAS KIMIA FISIKA III

GAS NYATA (PENYIMPANGAN GAS IDEAL)