Chapter 6 Gas Copyright The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display. Beberapa zat yang berwujud gas pada suhu 25 0 C dan tekanan 1 Atm 5.1 1
5.1 Sifat-sifat fisis yang khas dari gas Gas mempunyai volume dan bentuk menyerupai wadahnya. Gas merupakan wujud materi yang paling mudah dimampatkan. Gas-gas akan segera bercampur secara merata dan sempurna jika ditempatkan dalam wadah yang sama. Gas memiliki kerapatan yang jauh lebih rendah dibandingkan cairan dan padatan. 5.1 2
Tekanan = Gaya Luas (gaya = massa x percepatan) Satuan SI untuk tekanan 1 pascal (Pa) = 1 N/m 2 1 atm = 760 mmhg = 760 torr 1 atm = 101.325 Pa Barometer 5.2 10 mil 0,2 atm 4 mil 0,5 atm Muka laut 1 atm 5.2 3
Gambar 5.4 5.2 Ketika P (h) meningkat V menurun 4
Hukum Boyle P α 1/V P x V = konstan P 1 x V 1 = P 2 x V 2 Suhu konstan Jumlah gas konstan Suatu sampel gas klorin memiliki volume 946 ml pada tekanan 726 mmhg. Berapa tekanan gas (dlm mmhg) Jika volume berkurang pada suhu konstan menjadi 154 ml? P 1 x V 1 = P 2 x V 2 P 1 = 726 mmhg V 1 = 946 ml P 2 =? V 2 = 154 ml P 2 = P 1 x V 1 V 2 726 mmhg x 946 ml = = 4460 mmhg 154 ml 5
Ketika T menurun V meningkat Variasi volume sample gas terhadap perubahan suhu, pada tekanan konstan. Hukum Charles & Gay-Lussac V α T Suhu harus dalam V = konstan x T skala Kelvin V 1 /T 1 = V 2 /T 2 T (K) = t ( 0 C) + 273,15 6
Suatu sampel gas karbon monoksida 3,20 L pada 125 0 C. Pada suhu berapakah volume gas tsb. akan menjadi 1,54 L jika tekanan konstan? V 1 /T 1 = V 2 /T 2 V 1 = 3,20 L T 1 = 398,15 K V 2 = 1,54 L T 2 =? T 1 = 125 ( 0 C) + 273,15 (K) = 398,15 K T 2 = V 2 x T 1 V 1 1,54 L x 398,15 K = = 192 K 3,20 L Hukum Avogadro V α jumlah mol (n) V = konstan x n Suhu konstan Tekanan konstan V 1 /n 1 = V 2 /n 2 7
Amonium terbakar pada oksigen membentuk nitrik oksida (NO) dan uap air. Berapa banyak volume NO dihasilkan dari 1 volume amonium pada kondisi suhu dan tekanan konstan? 4NH 3 + 5O 2 4NO + 6H 2 O 1 mol NH 3 1 mol NO Pada T dan P konstan 1 volume NH 3 1 volume NO 8
9
Hukum Boyle: V α Persamaan Gas Ideal 1 P (pada n dan T konstan) Hukum Charles: V α T (pada n dan P konstan) Hukum Avogadro: V α n (pada P dan T konstan) V α nt P V = konstan x nt P = R nt P R adalah konstanta gas PV = nrt 5.4 Kondisi 0 0 C dan 1 atm disebut suhu dan tekanan standar (STP). Perbandingan volume molar pada STP (yaitu sekitar 22,4 L) dengan bola basket. PV = nrt R = PV nt = (1 atm)(22,414l) (1 mol)(273,15 K) R = 0,082057 L atm / (mol K) 5.4 10
PV = nrt V = nrt P V = Berapakah volume (dlm liter) dari 49,8 g HCl pd STP? T = 0 0 C = 273,15 K P = 1 atm n = 49,8 g x 1 atm 1 mol HCl 36,45 g HCl L atm 1,37 mol x 0,0821 x 273,15 K mol K V = 30,6 L = 1,37 mol 5.4 PV = nrt Argon merupakan gas inert yang digunakan pada bola lampu untuk menghindari penguapan dari filamen. Suatu bola lampu yang berisikan argon pd 1,20 atm dan 18 0 C dipanaskan sampai 85 0 C pada volume konstan. Berapakah tekanan akhir argon pada bola lampu tsb. (dlm atm)? nr V = P T = konstan P 1 P 2 = T 1 T 2 n, V dan R konstan P 1 = 1,20 atm T 1 = 291 K P 2 = P 1 x T 2 T 1 = 1,20 atm x 358 K 291 K P 2 =? T 2 = 358 K = 1,48 atm 5.4 11
Kerapatan zat berbentuk gas (d) d = m V = PM RT m adalah massa gas dlm g M adalah massa molar gas Massa Molar (M ) suatu wujud berbentuk gas M = drt P d adalah kerapatan gas dlm g/l 5.4 Suatu ruangan bervolume 2,10-L mempunyai suatu gas dengan berat 4,65 g pd 1,00 atm dan 27,0 0 C. Berapa massa molar dari gas tsb.? M = drt P d = m V 4,65 g = = 2,21 g 2,10 L L M = 2,21 g L x 0,0821 1 atm L atm mol K x 300,15 K M = 54,6 g/mol 12
Stoikiometri Gas Berapakah volume CO 2 yg dihasilkan pd 37 0 C dan 1,00 atm jika dengan menggunakan 5,60 g glukosa dalam reaksi: 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 = 0,187 mol CO 1 mol C 6 H 12 O 2 6 V = nrt P L atm 0,187 mol x 0,0821 x 310,15 K mol K = = 4,76 L 1,00 atm 5.5 Hukum Dalton tentang Tekanan Parsial V dan T konstan P 1 P 2 P total = P 1 + P 2 5.6 13
Perhatikan suatu kasus ketika dua gas, A dan B, berada dalam wadah dengan volume V. P A = n ART V P B = n BRT V P T = P A + P B X A = n A jumlah mol gas A n B jumlah mol gas B 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 (X i ) = n i n T 5.6 Suatu sampel gas alam memiliki 8,24 mol CH 4, 0,421 mol C 2 H 6, dan 0,116 mol C 3 H 8. Jika tekanan total gas adalah 1,37 atm, Berapakah tekanan parsial dari propana (C 3 H 8 )? P i = X i P T X propana = P T = 1,37 atm 0,116 8,24 + 0,421 + 0,116 = 0,0132 P propana = 0,0132 x 1,37 atm = 0,0181 atm 5.6 14
Botol yg sedang diisi dg gas oksigen 2KClO 3 (s) 2KCl (s) + 3O 2 (g) P T = P O + P H O 2 2 5.6 5.6 15
Kimia Dalam Kehidupan: Scuba Diving dan Hukum Gas Kedlmn (ft) 0 33 66 Tekanan (atm) 1 2 3 P V 5.6 Teori Kinetik Molekul Gas 1. Gas terdiri dari molekul2 yg satu sama lainnya dipisahkan oleh jarak yang lebih besar dari dimensinya sendiri. Molekul2 dapat dianggap titik2 yang memiliki massa, namun memiliki volume yg dapat diabaikan. 2. Molekul2 gas senantiasa bergerak secara tetap dengan arah yg acak. Tumbukan diantara molekul2 bersifat elastis sempurna. 3. Molekul2 gas tidak mengalami baik gaya tarik-menarik atau gaya tolak-menolak antara satu dengan yang lainnya. 4. Energi kinetik rata2 molekul sebanding dengan suhu gas dala kelvin. Dua gas apapun dalam suhu yang sama memiliki energi kinetik rata2 yang sama. 5.7 16
Penerapan Hukum-hukum Gas Ketermampatan Gas Hukum Boyle P α tumbukan molekul2 dg dinding wadah Laju tumbukan α besarnya kerapatan Besarnya kerapatan α 1/V P α 1/V Hukum Charles P α tumbukan molekul2 dg dinding wadah Laju tumbukan α energi kinetik rata2 dari molekul gas Energi kinetik rata2 α T P α T 5.7 Penerapan Hukum-hukum Gas Hukum Avogadro P α tumbukan molekul2 dg dinding wadah Laju tumbukan α besarnya kerapatan Besarnya kerapatan α n P α n Hukum Dalton tentang Tekanan Parsial Molekul tidak saling tarik-menarik atau tolak-menolak P yang ditimbulkan oleh satu jenis molekul tidak dipengaruhi oleh kehadiran gas lain P total = ΣP i 5.7 17
Peralatan utk mempelajari distribusi kecepatan molekul 5.7 Distribusi kecepatan untuk 3 macam gas pada suhu kamar 300 K Distribusi kecepatan gas Nitrogen pada tiga suhu yang berbeda u rms = 3RT M 5.7 18
Kimia dalam Kehidupan: Atom Super Dingin Atom2 Gas Rb 1,7 x 10-7 K Kondensor Bose-Einstein 5.7 Difusi gas yakni campuran antara molekul satu gas dengan molekul gas lainnya yang terjadi secara sedikit demi sedikit berdasarkan sifat kinetiknya. NH 4 Cl NH 3 17 g/mol HCl 36 g/mol 5.7 19
Penyimpangan Perilaku Ideal 1 mol gas ideal PV = nrt n = PV RT = 1,0 Gaya Tolak-menolak Gaya Tarik-menarik 5.8 Efek gaya tarik-menarik antar molekul terhadap tekanan yang ditimbulkan oleh gas. 5.8 20
Persamaan Van der Waals Untuk gas nonideal P + an ( 2 (V nb) = nrt V ) 2 } tekanan terkoreksi } volume terkoreksi 5.8 21