Pembagian jumlah pertemuan mk KIMIA FISIKA : Dosen : Ir. Siti Tamaroh, MP

Transkripsi

1 Pembagian jumlah pertemuan mk KIMIA FISIKA : Dosen : Ir. Siti Tamaroh, MP 1.Penjelasan umum tentang kimia fisika, pengertian dan ruang lingkup kimia fisika 2.Sifat fisik cairan dan larutan, keadaan gas, keadaan padat, keadaan cair 3. Larutan elektrolit, larutan non elektrolit 4. Viskositas 5. Tegangan permukaan 6. Hukum Termodinamika 7. Makromolekul

2 Jumlah pertemuan = kali pertemuan Penilaian : kehadiran (10%) Tugas/makalah/presentasi /pretest (30%) Makalah dikumpul senin 18 juni 2013 Presentasi 25 juni dan 2 juli 2013 undian dan tentukan topik tugas Ujian midterm ujian akhir (60%) PUSTAKA : Kimia Fisika, Estein Yazid Kimia Fisika, Sukardjo

3 E learning 1 : 18/23 april 2012 E learning 2 : 11/18 juni 2012

4 Ilmu Kimia Fisik adalah ilmu yang mempelajari fenomena makroskopik, mikroskopik, atom, subatom dan partikel dalam sistem dan proses kimia berdasarkan prinsip-prinsip dan konsep-konsep fisika, dengan bidang khusus (a.l. termodinamika kimia, kimia kuantum, dan kinetika). Bagian penting dari ilmu ini termasuk termodinamika kimia, kinetika kimia, kimia kuantum, elektrokimia, kimia permukaan dan kimia padatan, dan spektroskopi.

5 Sejarah Istilah "kimia fisik" mungkin pertama kali digunakan oleh Mikhail Lomonosov pada tahun 1752, ketika ia menyampaikan kuliah berjudul "Pelajaran Kimia Fisika yang Benar" kepada mahasiswa Universitas Petersburg. Landasan Kimia Fisik modern diletakkan pertama kali pada tahun 1876 oleh Josiah Willard Gibbs dalam makalahnya, On the Equilibrium of Heterogeneous Substances, yang memuat beberapa konsep dan prinsip penting kimia fisik, seperti energi Gibbs, potensial kimia, aturan fasa Gibbs. Kimiawan fisika terkemuka Svante Arrhenius Peter Debye J.H. van 't Hoff Lars Onsager Wilhelm Ostwald Linus Pauling

6 Gas adlah salah satu dari 3 keadaan materi Gas mempunyai sifat khusus yg tdk dimiliki oleh zat cair, zat padat. SIFat gas yg menarik : tdk tergantung dr komposisi kimianya, semua gas memperlihatkan sifat yg hampir sama. Sifat gas dinyatakan dalam HUKUM2 Gas Hukum2 ini berlaku utk gas ideal, utk gas nyata (non ideal), rumusannya agak menyimpang, namun dpt didekati oleh gas nyata pada kondisi ttt.

7 Gas td molekul2 yg jaraknya berjauhan shg gaya tariknya lemah. Gaya tarik yg lemah gas bergerak bebas sgt cepat ke sgl arah,saling bertumbukan satu sama lain, tmsk dg dinding wadahnya TEKANAN Molk gas cepat sekali berdifusi/bercampur satu dg lainnya cepat homogen. Gas tdk mempunyai bentuk dan volume tertentu Ukuran molk sgt kecil, jaraknya renggang sensitif perubh tekn dan suhu. Gas mdh dimampatkan (compressed), dikembangkan (expanded), dpt mengisi semua bag ruang yg ditempatinya = vol gas adl vol wadahnya

8 Banyaknya gas ditetapkan dg VOLUME nya, Krn Vol berubah2 tgt tek dan suhu, kedua FAKTOR tsb hrs diukur. 1. TEKANAN = Gaya yg bekerja pd suatu bidang per satuan luas = gaya yg menekan luas bidang tekan P = F A 1 Pa = 1 N m 2 Satuan SI gaya = Newton/N Luas bidang = m 2 Satuan Tek = N/m 2 =Nm -2 Satuan gaya dlm SI = Pascal (Pa) 1 Pa = gy sebsar 1 N yg bekerja pd bdg seluas 1 m 2

9 Untuk membandingkan Volume gas, maka tekn dan suhu harus diambil pd keadaan yg sama. Biasanya yg digunakan adl KEADAAN STANDAR (STP = Standard Temperature and Pressure) yg dinyatakan sbg keadaan pd suhu 0 o C dan Tekn 1 atm (760 mmhg) Berdasarkan SIFATnya GAS ada 2 : 1. Gas IDEAL = yaitu gas hipotetis yg mengikuti semua hukum2 Gas 2. Gas NYATA = yaitu gas yg ada dlm kehidupan sehari2 (N2, CO2,O2 dll) yg mengikuti hukum gas pada tekanan rendah Gas ideal sebenarnya tdk ada, ttp sft2nya bisa didekati oleh gas nyata yg bersifat inert (mis : He, Ne, Ar) pd tekn rendah dan suhu tinggi. Gas disebut IDEAL : jk pd molekul2nya tdk tjd interaksi/gy tarik menarik dan tdk memerlukan ruang

10 Teori ini mula2 diberikan oleh Bernoulli (1738), disempurnakan oleh Clausius, Boltzmann, Van der Waals dan Jeans 1. Gas td atas partikel2 yg kecil (dicrete) yg disebut molekul, masa dan besarnya sama utk tiap2 jenis gas 2. Molk2 ini sll bergerak ke segala arah dan sll bertumbukan dg molk2 lain serta dg dinding2 bejana 3. Tumbukan molk dg dinding bejana menyebabkan tekn pd dinding, yaitu gaya/satuan luas 4. Krn tekn gas tdk tergtg waktu pd tekn dan suhu ttt, mk pd tumbukan tdk ada tenaga yg hilang/tumbukan bersft elastis sempurna

11 5. Pd tekn yg relatif rendah, jarak antara molk2 jauh lbh besar dp diameter molk2 sendiri, hingga gaya tarik antara molk2 dapat diabaikan 6. Krn molk2 sgt kecil dibanding dg jarak antara molk2, mk volume molk2 dpt diabaikn dan molk2 dianggp sbg TITIK-TITIK BERMASSA 7. Temperatur absolut berbanding lurus dg tenaga kinetik rata2 dr semua molk dlm sistem

12 Pada suhu tetap, volume dr sejumlah tertentu gas berbanding terbalik dg tekanannya V = 1/P pd suhu tetap V = k/p PV = konstan, dpt dinyatakan (k = konstanta = tetapan) atau P 1 V 1 = P 2 V 2 atau V 1 = P P1, V1 = tekn dan vol 1 awal V 2 P 2 P2, V2 = tekn dan vol akhir

13 Contoh : Sejumlah tertentu gas diekspansikan dari tekanan 720 mmhg mjd 618 mmhg pada suhu tetap. Jk volume mula-mula 3,73 L, hitung vol akhir gas : Jawab : P 1 V 1 = P 2 V 2 V2 = P1V1 = (720)(3,73) = 4,3 L P 618

14 Pada tekanan tetap, volume suatu gas berbanding lurus dg suhu mutlaknya V = T pd tekn tetap V = k (k konstant) T Hasil penemuan Charles ini kmd dijadikan dasar utk mendefinisikan suatu skala suhu yg baru yg dikenal sbg skala suhu nol absolut atau SKALA KELVIN

15

16 Hubungan skala Celcius dg skala Kelvin dinyatakan sbg : K = o C + 273,15 = K = o C K = suhu absolut/kelvin o C = suhu Celcius Scr terpisah Gay Lussac (1802) : Pada tekanan tetap, semua gas bila dipanaskan volumenya maka akan bertambah 1/273,15 kali volumenya pd 0 o C

17 Pada tekanan konstan, volume sejumlah tertentu gas sebanding dengan suhu absolutnya. Hukum di atas dapat dituliskan sebagai berikut:

18 Hubungan yg ditemukan oleh Charles pada tahun 1787 dan dikenal sebagai Hukum Charles. Secara grafik, hukum Charles dapat dilihat pada gambar. Hubungan antara Celcius dengan skala Kelvin adalah: K = C + 273,15 K = suhu absolut C = suhu dalam derajat Celcius

19 Sama hal-nya dengan hukum Boyle, hukum Charles juga berlaku untuk gas ideal Terlihat bahwa apabila garis-garis grafik diekstrapolasikan hingga memotong sumbu X (suhu), maka garis-garis grafik tersebut akan memotong di satu titik yang sama yaitu 273,15 C. Titik ini dikenal sebagai suhu nol absolute yang nantinya dijadikan sebagai skala Kelvin.

20 Contoh : Seorang ilmuan yang mempelajari sifat hidrogen pada suhu rendah mengambil volume 2,50 liter hidrogen pada tekanan atmosfer dan suhu 25 C dan mendinginkan gas itu pada tekanan tetap sampai 200 C. Perkirakan besar volume hidrogen! Penyelesaian : Langkah pertama untuk mengkonversikan suhu ke Kelvin:

21

22 Jk V 0 adl volume gas pada 0 o C, dan V adl vol gas pd t o C, maka akan diperoleh hubungan : t 273,15 = V 1 = V o o 273,15 273, 15 t

23 Bila T1 = (273,15 + t) dan T = (273,15+0), masing2 suhu dalam derajat Kelvin ( o K), maka : V 1 = V T 1 atau V 1 = T 1 T V T Contoh : Suatu gas neon dlm suatu wadah 200 ml pd 100 o C, jk suhu diturunkan sp 0 o C pd tekn tetap, hitung vol akhir gas. Jawab : V 1 = V T 1 T = (200) (0+273) = 146,4 ml ( )

24 Contoh 2 : Sebuah tanki baja berisi gas CO 2 pd suhu 27 o C dan tekn 12,0 atm. Hitung tekn gas dlm tanki bila suhu dinaikkan mjd 100 o C. Jawab : P 1 = P T 1 T = (12) ( ) = 14,9 atm (27+273)

25 Contoh Gambar partikel partikel gas

26

27 Pada suhu dan tekanan sama, semua gas yg volumenya sama mengandung jumlah molekul yg sama Semua gas yg jumlah molekulnya sama akn mempunyai vol yg sama, asal diukur pd suhu dan tekn yg sama V = n atau V = konstan n n = juml mol gas

28 Avogadro

29

30

31

32 1 mol setiap gas memiliki jumlah molekul yg sama (6,02X10 23 molekul = bil. AVOGADRO, N) Jk diukur pd keadaan STP, 1 mol tiap gas memp vol yg sama = 22,414 L = Vol. AVOGADRO = Vol. MOLAR 1 mol gas (STP) = 22,4 L Jk Vm adl Vol molar gas, mk vol n mol gas pd P dan T yg sama adl : V = n X Vm

33 Contoh : Pd suhu dan tekn ttt, 11 gr gas CO 2 memiliki 2,5 L. Pd suhu dan tekanan yg sama, tentukan : a. vol. 1 mol CO 2 (C = 12, O =16) b. Vol. 1 mol N 2 Jawab : a.1 mol CO 2 = 44 gr 11 gr CO 2 = 11/44 = ¼ mol ¼ mol CO 2 = 2,5 L 1 mol CO 2 = 4 X 2,5 L = 10 L b. Sesuai hk Avogadro, 1 mol setiap gas mempunyai vol yg sama pd P dan T yg sama 1 mol CO2 = 10 L, maka 1 mol N 2 = 10 L

34 Kombinasi dlm satu pernyataan hk Boyle, Charles, Gay Lussac dan Avogadro diperoleh persamaan baru : V = nt P atau PV = R nt Atau PV = n RT Disebut persamaan GAS IDEAL

35 Boyle Robert Boyle pada tahun 1622 melakukan percobaan dengan menggunakan udara. Ia menyatakan bahwa volume sejumlah tertentu gas pada suhu yang konstan berbanding terbalik dengan tekanan yang dialami gas tersebut. Hubungan tersebut dikenal sebagai Hukum Boyle, secara matematis dapat dinyatakan sebagai berikut : Persamaan berlaku untuk gas-gas yang bersifat ideal.

36 Contoh : Silinder panjang pada pompa sepeda mempunyai volume 1131 cm 3 dan diisi dengan udara pada tekanan 1,02 atm. Katup keluar ditutup dan tangkai pompa didorong sampai volume udara 517 cm 3. Hitunglah tekanan di dalam pompa. Kurva hubungan antara P V dan 1/P V

37 Penyelesaian : Perhatikan bahwa suhu dan jumlah gas tidak dinyatakan pada soal ini, jadi nilainya 22,414 L atm tidak dapat digunakan untuk tetapan C. bagaimanapun, yang diperlukan adalah pengandaian bahwa suhu tidak berubah sewaktu tangkai pompa didorong. Jika P 1 dan P 2 merupakan tekanan awal dan akhir, dan V 1 mdan V 2 adalah volume awal dan akhir, maka: P 1.V 1 = P 2.V 2 Sebab suhu dan jumlah udara dalam pompa tidak berubah. Substitusi menghasilkan : (1,02atm)(1131cm 3 )=P 2 (517cm 3 ) Sehingga P 2 dapat diselesaikan: P 2 = 2,23 atm

38 Utk satu jenis gas pd 2 keadaan yg dibandingkan (P,V dan T), mk n adl tetap, persamaannya mjd : PV = nr (suatu tetapan) T Atau PV = konstan T Atau P1V1 = P2V2 (n = tetap) T 1 T 2 T 1 dan T 2 adl suhu, dlm KELVIN P 1 dan P 2, satuan tekanan V 1 dan V 2, satuan volume

39 Berdsr persamaan gas ideal, R adl tetapan universal bagi semua jenis gas yg besarnya dpt ditentukan. Dg mengambil hipotesis Avogadro,bhw vol ttt gas pd suhu dan tekn yg sama akn mengandung juml molk yg sama, berarti utk V,P dan T yg tetap mk memiliki nilai n yg tetap. Utuk memudhkn perhit, nilai numerik R dihitung utk 1 mol gas pd STP ( 0oC, 1 atm), vol = 22,414 L shg : R = PV = (1 atm) (22,414L) = 0,08206 L atm mol -1 K -1 nt (1 mol) (273,15K) Harga R dpt dinyatakan dg satuan lain

40 Tipe satuan Harga R Satuan Mekanik 0,08206 L atm mol -1 K -1 SI 8,314 Joule mol -1 K -1 Cgs 8,314 X 10 7 Erg mol -1 K -1 Panas 1,987 Kal mol -1 K -1

41

42 Pressure What is it? Force per unit area F/A --> N/m 2 --> Pascal (Pa) 1 atm = 760 mm Hg = 760 torr 1 atm = KPa 1 atm = 14.7 psi. What is atmospheric pressure?

43