HUKUM GAS DAN TEORI KINETIKA GAS

HUKUM GAS DAN TEORI KINETIKA GAS

A.      Hukum - Hukum Gas

1.       Hukum Boyle

Tekana dan volume dari suatu gas memiliki hubungan matematis tersendiri. Hubungan ini pertama kali diselidiki oleh ilmuan inggris yaitu Robert Boyle pada abad ke-17 . boyle menggunakan peralatan percobaan dengan pipa U untuk menyelidiki hibungan anatara volume dengan tekanan pada gas

Dari eksperimen tersebut, Boyle menyimpulkan bahwa ketika suhu suatu gas dijaga konstan, volume dari gas tersebut akan mengalami penurunan manakala tekanan total yang ada didalam system tersebut naik. Secara matematika dapat dituliskan

P α 1/V  [T dan n tetap]

Dimana symbol α maksudnya “ sebanding dengan” . untuk mengubah tanda tersebut maka persamaannya ditulis dalam bentuk :

PV = Konstan , artinya  volume berbanding terbalik dengan tekanan.

Persamaan diatas merupakan hubungan matematis dari Hukum Boyle yang menyatakan “ pada suhu konstan volume suatu gas dengan massa tertentu , berbanding terbalik dengan tekanan “. Hukum Boyle adalah suatu bentuk yang ideal untuk menyatakan hubungan tekanan dengan volumepada suatu gas.

2.       Hukum Charles

Eksperimen juga menunjukan bahwa volume gas juga bergantung pada suhu tetapi hubungan ini baru diketahui setelah secara terpisah pada awal abad ke-19 dua ilmuan yaitu J.A.C. Charles dan J.L. Gay-Lussac . makna secara fisis yang penting dari pengamatan Charles adalah bahwa pada tekanan yang cukup rendah, semua gas memuai dengan jumlah yang relative sama jika mereka memiliki suhu akhir dan suhu akhir sama. Misalnya, memanaskan sample oksigen dari suhu beku air ke suhu didihnya menyebabkan gas memuaisapai 1,366 kali volume awalnya, dan peningkatan volume yang sama besar 36,6% terjadi juga pada gas nitrogen dan gas lainnya.

V α T [P dan n tetap]

Dalam bentuk lain :

V/T = konstan

Jika PT naik maka V juga naik . begitu juga sebaliknya . untuk P dan mol tertentu.

Secara umum , Hukum Charles dinyatakan sebagai “ pada tekanan konstan, volume gas dengan massa tertentu berbanding lurus dengan temperaturnya”.

Hukum Gay-Lussac “ pada volume konstan, tekanan dengan massa tertentu berbanding lurus dengan temperaturnya “

P α T [V dan n tetap]

Dalam bentuk lain :

P/T = konstan

3.       Hukum Avogadro

Hukum Boyle, Charles dan Gay-Lussac berlaku pada jumlah gas yang konstan. Mengapa demikian? Melalui hukum Avogadro pertanyaan tersebut dapat diketahui. Hukum Avogadro menyatakan bahwa “ pada suhu dan tekanan konstan, volume suatu gas berbanding lurus dengan jumlah zat tersebut “ . secara matematis, hubungan tersebut dapat dituliskan sebagai berikut :

V α n [P dan T tetap]

Dalam bentuk lain :

V/n = konstan

Sehingga jika V naik maka n juga naik, begitu juga sebaliknya.

4.       Hukum Gas Ideal

Hubungan dari ketiga hukum gas diatas dalam satu hubungan tersendiri, hubungan tersebut disebut sebagai hukum gas ideal.

PV α nT

Dari persamaan diatas suatu tetapan proposionalitas (R) ketentuan untuk merubah persamaan diatas

PV = nRT

R didapat dari 1 mol gas yang mendekati 22,414 L pada tekanan rendah ( 1 atm) serta pada suhu beku air ( T = 273,15 K ), sehingga nilai R sebesar 0,08205 L .atm. mol^-1. K^-1

5.       Hukum Dalton

Kita sering sekali mendapati system yang merupakan campuran gas dengan berbagai komposisi yang berbeda. Sebagai contoh adalah kasus pada udara yang merupakan campuran dari beberapa gas. Jumlah dari setia gas pada suatu campuran gas dapat diketahui dari tekanan parsial masing masing gas tersebut dalam campuran. Tekanan total campuran merupakan pejumlahan dari tekanan parsial masing masing gas yang ada dalam campuran.

Dalton menyatakan bahwa “ tekanan total dari suatu campuran gas adalah pejumlahan dari tekanan parsial masing masing gas yang terdapat dalam campuran tersebut “. Tekanan parsial gas A dapat dinyatakan sebagai berikut :

P_A = ( n_A RT ) / V

Tekanan total campuran :

Ptot = P_$ + P₂ + P_n = ( n₁ + n₂ + n_n ) RT/V

Jika ,

X_A = n_A / n_tot

Maka,

P_A = X_A . P_tot

B.      TEORI KINETIKA GAS

Teori kinetika gas didasarkan pada 3 asumsi dasar :

·         Asumsi 1 , volume partikel ; gas terdiri atas sekumpulan molekul. Volume dari masing masing molekul tersebut sangatlah kecil dibandingkan volume dari wadahnya

·         Asumsi 2, pergerakan partikel ; molekul gas terus menerus dalam arah yang acak dan gerakannya lurus dengan kelajuan yang tetap kecuali ketika mereka bertabrakan dengan dinding wadahnya maupun dengan molekul lainnya.

·         Asumsi 3, tumbukan antar partikel ; molekul molekul tidak menimbulkan gaya jika tidak berbenturan, dan tumbukan molekul dengan diniding wadah maupun dengan molekul lainnyabersifat elastic sempurna tanpa adanyakehilangan energy selama tumbukan. Akbatnya energy kinetiknya selalu konstan

1.       Gerakan Molekul dalam Fasa Gas

Dalam asumsi 3, kita ketahui bahwa enegri kinetic dari molekul molekul adalah konstan. Pada suhu tertentu, semua gas memiliki energy kinetic rata rata yang sama, dan kelajuan molekul gas yang dinyatakan melalui besarnya rata rata energy kinetic dari masing masing molekul adalah proporsionaldengan suhu dari gas tersebut. Dengan kata lain dua jenis gas yang memiliki suhu yang sama akan memiliki energy kinetic rata rata yang sama juga :

Ek = 1/2 mv²

Dimana : m adalah massa molekul

                   v adalah kecepatan gerak molekul

                  Ek adalah energy kinetik rata rata

Sebagaimana dinyatakan sebelumnya bahwa energy kinetic adalah proporsional terhadap temperaturnya, maka dapat dituliskan hubungan antara keduanya :

Ek α T

1/2 mv² α T

Sebagaimana teori kinetic molecular, tekanan sustu gas adalha hasil dari tumbukan antara molekul gas dan dinding wadahnya. Hal tersebut tergantung dari frekuensi tumbukan yang terjadi per luas dinding dan seberapa “keras” molekul tersebut menabrak dinding.

PV = 1/3 Nmv_x²

Jika dihubungkan dengan gas ideal maka :

1/3 Nmv_x² = nRT

Karena bilangan Avogadro N_A = N/n , maka :

1/3 N_Amv_x² = RT

Kita ketahui sendiri bahwa m = mol . Mr / N maka Mr = N_A . m , sehingga               :

1/3 Mr. v_x² = RT

v_x² = 3RT / Mr

Dari persamaan tersebut, dapat disimpulkan bahwa semakin tinggi suhu dan semakin ringan molekul tersebut , maka semakin cepat kecepatan geraknya relative dibandingkan dengan yang lain. Sebagai contoh pada suhu yang sama  molekul oksigen bergerak lebih lambat dibandingkann molekul hydrogen dikarenakan molekul hydrogen akan lebih sering bertumbukan dengan dinding wadahnyadibandingkan dengan molekul oksigen, tetapi masing masing tumbukan tersebut memiliki gaya yang kecil . Pada suhu yang sama, molekul yang memiliki massa besar maupun ringan, menabrak dinding dengan energy kinetic rata rata yang sama sehingga keduanya memiliki tekanan yang sama dan oleh karenanya memiliki volume yang sama pula.

2.       Efusi dan Difusi Gas

Efusi adalah proses dimana gas ke luar dari wadahnya melalui lubang yang kecil ke dalam vacuum ( evaquated space ). Pada tahun 1846, Thomas Graham menunjukan secara eksperimen bahwa laju “ efusi suatu gas berbanding terbalik dengan akar kuadrat massa molarnya “, selanjutnya pernyataan tersebut dikenal dengan hukum Graham.

Laju efusi α 1 / akar dari Mr

Difusi merupakan gerakan suatu gas dari konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah sehingga terjadinya persebaran molekul gas secara merata pada setiap bagian wadah.