G A S _KIMIA INDUSTRI_ DEWI HARDININGTYAS, ST, MT, MBA WIDHA KUSUMA NINGDYAH, ST, MT AGUSTINA EUNIKE, ST, MT, MBA

Transkripsi

1 G A S _KIMIA INDUSTRI_ DEWI HARDININGTYAS, ST, MT, MBA WIDHA KUSUMA NINGDYAH, ST, MT AGUSTINA EUNIKE, ST, MT, MBA

2 Elemen Berwujud Gas pada 25 0 C dan 1 atm

3 Karakteristik Fisika dari Gas Gas diasumsikan mempunyai volume dan bentuk sesuai tempatnya. Gas adalah wujud materi yang (paling) dapat terkompresi (mendapat variasi tekanan) untuk mampat (atau memuai). Gas akan bercampur jika tergabung dalam satu tempat. Gas mempunyai kerapatan dan berat jenis lebih ringan dibandingkan wujud cair atau padat. Terpengaruh tekanan pada lingkungannya.

4 Perubahan Tekanan

5 Satuan Tekanan Tekanan = Gaya Area Satuan Tekanan 1 pascal (Pa) = 1 N/m 2 1 atm = 760 mmhg = 760 torr 1 atm = Pa

6 Tekanan Udara 6 10 miles 0.2 atm 4 miles 0.5 atm Sea level 1 atm

7 Manometer

8 Barometer

9 Hukum Boyle (Boyle s Law) Dikemukakan pada 1660 oleh Robert Boyle Jika temperatur tetap konstan, volume suatu gas dengan massa tertentu, berbanding terbalik dengan tekanan V 1 / P P.V = konstan V1 / V2 = P2 / P1

10 Hukum Boyle (Boyle s Law)

11 Hukum Boyle (Boyle s Law) As P (h) increases V decreases

12 Hukum Boyle (Boyle s Law) P 1/V P x V = constant P 1 x V 1 = P 2 x V 2 Constant temperature Constant amount of gas

13 Hukum Boyle (Boyle s Law) Pressure x Volume = Constant (T = constant) P 1 V 1 = P 2 V 2 (T = constant) V 1/P (T = constant) ( * Holds precisely only at very low pressures.)

14 Tekanan ditambah, volume SO 2 menurun

15 Contoh Perhitungan A sample of chlorine gas occupies a volume of 946 ml at a pressure of 726 mmhg. What is the pressure of the gas (in mmhg) if the volume is reduced at constant temperature to 154 ml? P 1 = 726 mmhg P 1 x V 1 = P 2 x V 2 P 2 =? V 1 = 946 ml V 2 = 154 ml P 2 = P 1 x V 1 V mmhg x 946 ml = = 4460 mmhg 154 ml

16 Hukum Charles (Charles s Law) Dikemukakan pada 1787 oleh Jacques Charles dan dirumuskan pada 1802 oleh Joseph L. Gay Lussac Jika tekanan tak berubah, volume gas dengan massa tertentu, berbanding lurus dengan temperatur V T

17 Hukum Charles (Charles s Law) As T increases V increases

18 Hukum Charles (Charles s Law)

19 Hukum Charles (Charles s Law) The volume of a gas is directly proportional to temperature, and extrapolates to zero at zero Kelvin. V = bt (P = constant) b = a proportionality constant

20 Hukum Charles (Charles s Law) V 1 V 2 ( P constant) T 1 T 2

21 Contoh Perhitungan A sample of carbon monoxide gas occupies 3.20 L at C. At what temperature will the gas occupy a volume of 1.54 L if thepressure remains constant? V 1 /T 1 = V 2 /T 2 V 1 = 3.20 L T 1 = K V 2 = 1.54 L T 2 =? T 2 = V 2 x T 1 V L x K = = 192 K 3.20 L

22 Hukum Gay Lussac Dikemukakan pada 1703 oleh Joseph L. Gay Lussac dan Guillaume Amontons Tekanan suatu gas dengan massa tertentu berbanding lurus dengan temperatur P T

23 Hukum Avogadro Dikemukakan pada 1811 oleh Amadeo Avogadro Molekul yang sama banyak terdapat dalam gas-gas berlainan yang volumenya sama, jika tekanan dan temperaturnya sama V n

24 Hukum Avogadro V number of moles (n) V = constant x n V 1 /n 1 = V 2 /n 2 Constant temperature Constant pressure

25 Efek penambahan mol partikel gas pada temperatur dan tekanan konstan.

26 Persamaan Gas Ideal Boyle s law : V 1 P (at constant n and T) Charles law : V T (at constant n and P) Gay Lussac law : P T (at constant n and V) Avogadro s law : V n (at constant P and T) V nt P nt V = constant x = R nt P P R is the gas constant PV = nrt

27 Hukum Gas Ideal PV = nrt P = pressure in atm V = volume in liters n = moles R = proportionality constant = L atm K -1 mol -1 T = temperature in Kelvins Holds closely at P < 1 atm

28 Tetapan R Gas Rumus Volume Tetapan R Ideal 22,414 0, Hydrogen H 2 22,428 0, Helium He 22,426 0, Neon Ne 22,425 0, Nitrogen N 2 22,404 0, Carbon Monoxide CO 22,403 0, Oxygen O 2 22,394 0, Argon Ar 22,393 0, Gas Rumus Volume Tetapan R Nitrogen Oxyde NO 22,389 0, Methane CH 4 22,360 0, Carbon Dioxide Hydrogen Chloride CO 2 22,256 0, HCl 22,249 0, Ethilene C 2 H 4 22,241 0, Asetilene C 2 H 2 22,190 0, Ammonia NH 3 22,094 0, Chloride Cl 2 22,063 0,080760

29 Tetapan R PV = nrt R = The conditions 0 0 C and 1 atm are called standard temperature and pressure (STP). Experiments show that at STP, 1 mole of an ideal gas occupies L. PV nt = (1 atm)(22.42l) (1 mol)( K) R = L atm / (mol K)

30 Contoh Perhitungan What is the volume (in liters) occupied by 49.8 g of HCl at STP? T = 0 0 C = K PV = nrt V = nrt P V = P = 1 atm n = 49.8 g x 1 atm L atm mol K 1 mol HCl g HCl 1.37 mol x x K V = 30.6 L = 1.37 mol

31 Contoh Perhitungan Argon is an inert gas used in lightbulbs to retard the vaporization of the filament. A certain lightbulb containing argon at 1.20 atm and 18 0 C is heated to 85 0 C at constant volume. What is the final pressure of argon in the lightbulb (in atm)? PV = nrt nr V = P T P 1 P 2 = T 1 T 2 P 2 = P 1 x n, V and R are constant = constant P 1 = 1.20 atm T 1 = 291 K T 2 T 1 = 1.20 atm x 358 K 291 K P 2 =? T 2 = 358 K = 1.48 atm

32

33 G A S _KIMIA INDUSTRI_ DEWI HARDININGTYAS, ST, MT, MBA WIDHA KUSUMA NINGDYAH, ST, MT AGUSTINA EUNIKE, ST, MT, MBA

34 Density & Molar Mass Perhitungan kerapatan, Density (d) d = m V = PMr RT m is the mass of the gas in g Mr is the molar mass of the gas Perhitungan Molar Mass (Mr ) Mr = drt P d is the density of the gas in g/l

35 Stoikiometri Gas 35 What is the volume of CO 2 produced at 37 0 C and 1.00 atm when 5.60 g of glucose are used up in the reaction: C 6 H 12 O 6 (s) + 6O 2 (g) 6CO 2 (g) + 6H 2 O (l) g C 6 H 12 O 6 mol C 6 H 12 O 6 mol CO 2 V CO 2 1 mol C 5.60 g C 6 H 12 O 6 H 12 O 6 6 x 180 g C 6 H 12 O 6 6 mol CO x 2 = mol CO 1 mol C 6 H 12 O 2 6 V = nrt P L atm mol x x 310 K mol K = = 4.76 L 1.00 atm

36 SOAL Seorang kimiawan melakukan sintetis senyawa gas berwarna kuning kehijauan yang terdiri dari klorin dan oksigen dan ditemukan bahwa kerapatannya adalah 7,71 g/l pada suhu 36 o C dan tekanan 2,88 atm. Hitunglah Mr serta tentukan rumus molekuldari senyawa tersebut.

37 Hukum Dalton tentang tekanan parsial Dikemukakan pada 1803 oleh Dalton Tekanan parsial merupakan tekanan masingmasing komponen gas didalam campuran. Tekanan total dalam suatu campuran gas adalah jumlah tekanan parsial anggota-anggota campurannya P total = P 1 + P P n

38 Hukum Dalton pada Tekanan Parsial V and T are constant P 1 P 2 P total = P 1 + P 2

39 Ketika 2 gas A dan B berada dalam wadah dengan volume V. P A = n ART V P B = n BRT V n A Jumlah mol gas A n B jumlah mol gas B P T = P A + P B X A = n A n A + n B X B = n B n A + n B P A = X A P T P B = X B P T P i = X i P T Fraksi mol merupakan ukuran jumlah yang tidak memiliki dimensi dan menyatakan rasio jumlah mol komponen terhadap jumlah mol semua komponen yang ada. Total dalam campuran gas harus bernilai satu

40 A sample of natural gas contains 8.24 moles of CH 4, moles of C 2 H 6, and moles of C 3 H 8. If the total pressure of the gases is 1.37 atm, what is the partial pressure of propane (C 3 H 8 )? P i = X i P T X propane = P T = 1.37 atm = P propane = x 1.37 atm = atm

41 Peralatan untuk mengumpulkan gas diatas permukaan air. Oksigen yang dihasilkan dari pemanasan kalium perklorat (KClO 3 ) dengan kehadiran sejumlah kecil mangan dioksida untuk mempercepat laju reaksi berupa gelembung dalam air dan terkumpul dalam botol. P T = P O + P 2 H 2 O Bottle full of oxygen gas and water vapor 2KClO 3 (s) 2KCl (s) + 3O 2 (g) dipanaskan

42

43 Teori Kinetik Molekul Gas 1. Gas mengandung molekul-molekul yang terpisah satu sama lain dengan jarak jauh lebih besar daripada ukuran molekulnya. Molekul dapat dianggap titik-titik yang mempunyai massa tetapi volumenya dapat diabaikan (V zero). 2. Molekul gas bergerak dengan kecepatan konstan dan arah acak. Tumbukan antar molekul elastis sempurna energi dapat dipindahkan dari satu molekul ke molekul lain, namun energi total dalam sistem tetap sama. 3. Molekul gas tidak mengalami baik gaya tarik-menarik maupun tolak-menolak satu sama lain. 4. Energi kinetik rata-rata molekul sebanding dengan temperatur gas ( O K). Dua gas dalam temperatur yang sama akan mempunyai energi kinetik rata-rata yang sama.

44 Penerapan Hukum-hukum Gas Secara kualitatif dimungkinkan untuk menjelaskan sifatsifat umum zat yang berwujud gas Mudah tidaknya gas dimampatkan karena molekul fasa gas diasumsikan dipisahkan oleh jarak yang cukup lebar. Hukum Boyle P a laju tumbukan (jumlah tumbukan molekul tiap detik) Laju tumbukan a besarnya kerapatan gas (jumlah molekul per satuan volume) Besarnya kerapatan gas a 1/V P a 1/V

45 Hukum Charles Karena energi kinetik rata-rata molekul gas sebanding dengan suhu dari sampel (teori poin 4),kenaikan suhu meningkatkan energi kinetik ratarata. T a Energi kinetik rata-rata P a laju tumbukan Laju tumbukan a energi kinetik rata-rata V a T Hukum Avogadro Tekanan berbanding lurus dengan kerapatan dan suhu gas P a laju tumbukan Laju tumbukan a kerapatan Kerapatan a n V a n

46 Hukum Dalton tentang tekanan parsial Pada poin 3 : jika molekul tidak saling tarik menarik atau tolak menolak tekanan yang ditimbulkan satu jenis molekul tidak dipengaruhi kehadiran gas lain tekanan totalnya merupakan tekanan parsial masing-masing gas. P total = SP i

47 Rute (path) pergerakan partikel dalam gas. Partikel bergerak lurus dengan arah terus berubah karena benturan dengan partikel lain atau dengan dinding tempat gas, namun mengikuti Konsep Kecepatan ratarata (concept of Average Speed)

48 Distribusi kecepatan molekul gas nitrogen pada tiga temperatur Distribusi kecepatan tiga gas berbeda pada temperature sama.

49 49 Energi Kinetik Rata-rata 3 (KE) avg 2 RT Hasil teori kinetik gas bahwa energi kinetik total gas apapun = 3/2 RT u rms = 3RT Mr Bila digunakan R = 8,314 J/K.mol dan mengkonversi Mr menjadi kg/mol maka u rms dapat dihitung dalam meter/detik (m/s)

50 SOAL Hitunglah kecepatan akar rata-rata kuadrat untuk atom helium dan molekul nitrogen dalam m/s pada suhu 25 o C (R yang digunakan 8,314 J/K.mol)

51 DIFFUSION Campuran antara molekul satu gas dengan molekul gas lainnya yang terjadi secara sedikit demi sedikit berdasarkan sifat kinetiknya. Berlangsung dari daerah dengan konsentrasi lebih tinggi ke lebih rendah Gambaran difusi gas NH 3 (dari botol yang berisi larutan amonia) yang bergabung dengan gas HCl (berasal dari botol yang berisi asam klorida), menghasilkan padatan NH 4 Cl.

52 Hukum Graham (Graham s Law) Dikemukakan pada 1830 oleh Thomas Graham Laju Difusi dua gas berbanding terbalik dengan akar kuadrat densitas mereka r 1 r 2 2 ρ ρ 1

53 PENYIMPANGAN GAS IDEAL Suatu gas dikatakan memperlihatkan perilaku ideal apabila : Molekul-molekul dalam keadaan gas tidak memiliki gaya apapun baik gaya tarik menarik maupun gaya tolak menolak antara satu dengan lainnya. Volume molekul diabaikan karena begitu kecilnya dibandingkan dengan wadahnya. Anggapan bahwa gas nyata berperilaku mirip dengan gas ideal tidak dapat diberlakukan untuk semua kondisi.

54 Plot antara PV/nRT terhadap P beberapa gas nyata dan 1 gas ideal pada suhu tertentu (200 K).

55 (a)gas at low concentration relatively few interactions between particles. (b)gas at high concentration many more interactions between particles.

56 Gas Nyata [ P a ( n / V) ] V nb nrt obs corrected pressure 2 corrected volume P ideal V ideal Persamaan van der waals merupakan modifikasi dari persamaan gas ideal yang menjelaskan perilaku non ideal gas nyata,mengoreksi 2 fakta molekul-molekul gas nyata melakukan gaya antara satu dengan yang lainnya dan memiliki volume Konstanta van der waals untuk setiap gas ditentukan secara percobaan.

57

58 SOAL Diketahui 3,5 mol NH 3 menempati 5,2 L pada suhu 47 o C. Hitung tekanan gas (atm) dengan menggunakan a). Persamaan gas ideal b). Persamaan van der waals

59 SOAL Oksigen yang dihasilkan dari penguraian kalium perklorat, dikumpulkan, dimana volume oksigen yang terkumpul pada suhu 24 o C dan tekanan atmosfer 762 mmhg adalah 128 ml. Hitunglah massa (gr) gas oksigen yang diperoleh. Tekanan uap air pada suhu 24 o C adalah 22,4mmHg

60