PERSAMAAN KEADAAN SUATU GAS
D
I
S
U
S
U
N
I
S
U
S
U
N
OLEH:
DEVI KRISTINA HUTAHAEAN
FISIKA DIK A 2015
4153121012
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS NEGERI MEDAN
UNIVERSITAS NEGERI MEDAN
2016
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, atas limpahan rahmat dan
karunia-Nya, sehingga kami dapat menyelesaikan makalah tugas kelompok mata
kuliah Termodinamika yang berjudul “Persamaan Keadaan Gas Suatu Gas”. Tujuan
pembuatan makalah ini adalah untuk memenuhi tugas Mata kuliah Termodinamika dan
sebagai asahan pengetahuan mahasiswa. Makalah ini disusun dari berbagai
referensi yang terkait dengan Termodinamika seperti situs internet dan buku.
Ucapan terimakasih kepada dosen pengampu dan juga kepada teman-teman yang
terkait dalam penyusunan makalah ini. Kami menyadari dalam pembuatan makalah
ini masih banyak kekurangan baik dari segi isi ataupun struktur penyusunan
makalahnya. Oleh karena itu, kami sangat mengharapkan kritik dan saran yang
bersifat membangun untuk pembuatan makalah selanjutnya. Semoga makalah ini
dapat bermanfaat bagi kita semua.
Medan,06 September 2016
Tim Penyusun
DAFTAR ISI
Kata Pengantar............................................................................................................. i
Daftar Isi...................................................................................................................... ii
1. BAB I PENDAHULUAN................................................................................... 1
1.1.Latar Belakang........................................................................................... 1
1.2.Rumusan masalah....................................................................................... 1
1.3.Tujuan......................................................................................................... 1
2. BAB II ISI................................................................................................................. 2
2.1.Persamaan Keadaan.................................................................................... 2
2.2.Persamaan Keadaan Gas Sempurna........................................................... 2
2.3.Persamaan Keadaan Gas Nyata.................................................................. 3
2.4.Sifat – Sifat Gas ........................................................................................ 3
2.5 Hukum – Hukum Gas................................................................................. 5
2.6.Perubahan
Keadaan Gas Ideal................................................................... 10
3.BAB II PENUTUP.................................................................................................. 11
3.1. Kesimpulan................................................................................................... 11
3.2. Daftar Pustaka.............................................................................................. 11
BAB 1
PENDAHULUAN
1.
LATAR BELAKANG
Penggunaan paling umum dari
sebuah persamaan keadaan adalah dalam memprediksi keadaan gas dan cairan. Salah
satu persamaan keadaan paling sederhana dalam penggunaan ini adalah hukum gas ideal, yang cukup akurat dalam
memprediksi keadaan gas pada tekanan rendah dan temperatur tinggi. Tetapi
persamaan ini menjadi semakin tidak akurat pada tekanan yang makin tinggi dan
temperatur yang makin rendah, dan gagal dalam memprediksi kondensasi dari gas
menjadi cairan. Namun demikian, sejumlah persamaan keadaan yang lebih akurat
telah dikembangkan untuk berbagai macam gas dan cairan. Saat ini, tidak ada
persamaan keadaan tunggal yang dapat dengan akurat memperkirakan sifat-sifat
semua zat pada semua kondisi.
Ketika sistem dalam keadaan seimbang dalam kondisi yang ditentukan, ini
disebut dalam keadaan pasti (atau keadaan sistem). Untuk keadaan termodinamika
tertentu, banyak sifat dari sistem dispesifikasikan. Properti yang tidak
tergantung dengan jalur di mana sistem itu membentuk keadaan tersebut, disebut
fungsi keadaan dari sistem. Bagian selanjutnya dalam seksi ini hanya
mempertimbangkan properti, yang merupakan fungsi keadaan.
2.
Rumusan Masalah
2.1
Apa yang dimaksud dengan persamaan keadaan suatu sistem
2.2 Bagimana
persamaan umum gas-gas tersebut?
2.3 Bagaimana sifat - sifat gas tersebut?
2.4 Hukum - hukum apa saja yang digunakan pada gas tersebut?
2.5 Perubahan
keadaan gas ideal ?
3.
Tujuan Penulisan
3.1 Untuk mengetahui pengertian gas ideal dan gas nyata.
3.2 Untuk
mengetahui persamaan umum gas ideal dan gas nyata.
3.3 Untuk mengetahui. sifat - sifat gas.
3.4 Untuk
mengetahui hukum - hukum yang digunakan pada gas ideal dan gas nyata.
3.5 Untuk mengetahui perubahan
keadaan gas ideal
BAB II
PEMBAHASAN
2.1 PERSAMAAN KEADAAN
Persamaan keadaan suatu sistem adalah hubungan antara variabel-variabel
keadaan tau koordinat sistem itu pada keadaan seimbang.Keadaan seimbang suatu
sitem terdiri atas sejumlah gas ditentukan oleh tekanan,volume,suhu dan massa .Besaran
seperti inilah yang disebut variabel keadaan atau koordinat termodinamik.Jadi
persamaan keadaan sistem ini secara umum adalah
f(P,V,T,m)=0
Jika diketahui bukan massa melainkam jumlah molnya,
maka persamaan keadaan secara umum adalah
f(P,V,T,n)=0
Untuk satu mol gas
persamaan keadaan menjadi
f(P,V,T)=0
2.2. PERSAMAAN KEADAAN GAS SEMPURNA
Persamaan keadaan gas sempurna
adalah:
Untuk satu mol
PV=RT
Untuk n mol
PV=nRT
Untuk m kg
PV=
RT
RT
Keterangan:
M : massa tiap 1 mol gas
R : tetapan gas=0,082 atm/mol
K
P :tekanan
V :volume
T : suhu
2.3. PERSAMAAN KEADAAN GAS NYATA
(REAL)
Fisikawan
Belanda Johannes Diderik van der Waals (1837-1923) mengusulkan persamaan
keadaan gas nyata, yang dinyatakan sebagai persamaan keadaan van der Waals atau
persamaan van der Waals. Ia memodifikasi persamaan gas ideal dengan cara
sebagai berikut: dengan menambahkan koreksi pada P untuk mengkompensasi interaksi
antarmolekul; mengurangI dari suku V yang menjelaskan volume real molekul gas.
Sehingga didapat:
[ P+
] (v – nb) =RT
] (v – nb) =RT
[P + (
] (V – nb) = nRT
] (V – nb) = nRT
Keterangan :
P = tekanan
V = volume
n = jumlah mol
zat
Vm = V/n = volume molar, volume 1 mol gas atau
cairan
T = temperatur
(K)
R = tetapan gas
ideal (8.314472 J/(mol·K))
[P + (n2a/V2)] (V – nb) = nRT
(6.12)
a dan b adalah
nilai yang ditentukan secara eksperimen untuk setiap gas dan disebut dengan tetapan
van der Waals (Tabel 2.1). Semakin kecil nilai a dan b menunjukkan
bahwa perilaku gas semakin mendekati perilaku gas ideal. Besarnya nilai tetapan
ini juga berhbungan denagn kemudahan gas tersebut dicairkan.
Tabel 2.1 Nilai tetapan gas yang umum kita jumpai sehari-hari.
|
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
|
Gas nyata (real
gas) bersifat menyimpang dari gas ideal, terutama pada tekanan tinggi dan suhu
rendah. Teori Kinetika gas menjelaskan Postulat 1: massa gas dapat diabaikan
jika dibandingkan dengan volume bejana. Pada tekanan tinggi, atau jika jumlah molekul banyak, volume gas harus
diperhitungkan à volume ideal sebetulnya lebih kecil dari volume real.
à Menurut Van Der Waals, koreksi
volume tergantung dari n (junlah mol gas)
b = tetapan koreksi volume
b = tetapan koreksi volume
Pada tekanan
tinggi à rapatan gas tinggi à molekul2 sangat berdekatan à gaya antar molekul
harus diperhitungkan à karena ada gaya tarik menarik à tekanan yang sebenarnya
lebih rendah dari tekanan ideal.
Pengurangan tekanan karena
kerapatan gas adalah:
1. Berbanding lurus dengan jml
tabrakan dgn dinding atau dengan konsentrasi gas
2. Berbanding lurus dengan gaya
tabrakan à berbanding lurus dengan konsentrasi gas
2.4 SIFAT – SIFAT GAS
2.4.1 Sifat – sifat gas ideal
Gas dianggap terdiri atas molekul-molekul gas yang disebut partikel. Teori
ini tidak mengutamakan kelakuan sebuah partikel tetapi meninjau sifat zat
secara keseluruhan sebagai hasil rata-rata kelakuan partikel tersebut. Untuk menyederhanakan permasalahan teori kinetik gas diambil pengertian
tentang gas ideal, dalam hal ini gas dianggap sebagai
gas ideal.
Sifat-sifat gas ideal adalah sebagai berikut.
1. Terdiri atas
partikel yang banyak sekali dan bergerak sembarang.
2. Setiap partikel
mempunyai masa yang sama.
3. Tidak ada gaya
tarik menarik antara partikel satu dengan partikel lain.
4. Jarak antara
partikel jauh lebih besar disbanding ukuran sebuah partikel.
5. Jika partikel
menumbuk dinding atau partikel lain, tumbukan dianggap lenting sempurna.
6. Hukum Newton
tentang gerak berlaku.
7. Gas selalu
memenuhi hukum Boyle-Gay Lussac.
Dari berbagai sifat di atas, yang paling penting adalah tekanan gas.
Misalkan suatu cairan memenuhi wadah. Bila cairan didinginkan dan volumenya
berkurang, cairan itu tidak akan memenuhi wadah lagi. Namun, gas selalu akan
memenuhi ruang tidak peduli berapapun suhunya. Yang akan berubah adalah
tekanannya.
Alat yang digunakan untuk mengukur tekanan gas adalah manometer.
Prototipe alat pengukur tekanan atmosfer, barometer, diciptakan oleh
Torricelli. Tekanan didefinisikan gaya per satuan luas, jadi tekanan =
gaya/luas.
P=
Dalam SI, satuan gaya adalah Newton (N), satuan luas m2, dan
satuan tekanan adalah Pascal (Pa). 1 atm kira-kira sama dengan tekanan 1013
hPa.
1 atm = 1,01325 x 105 Pa = 1013,25 hPa
Namun, dalam satuan non-SI unit, Torr, kira-kira 1/760 dari 1 atm, sering
digunakan untuk mengukur perubahan tekanan dalam reaksi kimia.
2.4.2 Sifat – sifat gas nyata
Sifat gas nyata sebagai berikut:
a. volume molekul gas nyata tidak dapat diabaikan
b. Terdapat gaya tarik menarik antara molekul-molekul gas terutama jika
tekanan diperbesar atau volum diperkecil
c. Adanya interaksi atau gaya tarik menarik antar
molekul gas nyata yang sangat kuat, menyebabkan gerakan molekulnya tidak lurus,
dan tekanan ke dinding menjadi kecil, lebih kecil daripada gas ideal.
2.5 HUKUM –
HUKUM GAS
Hubungan antara tekanan, temperatur dan volume pada gas telah dibuktikan sedemikian rupa dalam beberapa
hukum gas . Hukum-hukum gas ini
memungkinkan kita untuk menentukan bagaimana pe ngaruh yang disebabkan oleh perubahan salah satu faktor
terhada p faktor lainnya. Gas yang
betul-betul memenuhi hukum-hukum gas sempurna
(perfect gas). Namun tidak satu
gaspun yang benar-benar sempurna, tetapi dari hasil-hasil penelitian ada beberapa gas yang mendekati
kondisi gas sempurna tersebut. Seperti
halnya refrigerant yang digunakan sebagai bahan pendingin dalam teknik pendingin, walaupun dipanasi
sampai di atas titik didihnya, tetap
tidak akan menjadi gas sempurna, karenanya tidak akan mengikuti hukum-hukum tersebut secara tepat. Namun
walaupun demikian secara pendekatan
hukum-hukum gas tersebut tetap bisa digunakan untuk menentukan pengaruh daripada perubahan
tekanan temperatur dan volume.
2.4.1 Hukum Boyle
Hukum Boyle (atau sering
direferensikan sebagai Hukum
Boyle-Mariotte) adalah salah satu dari banyak hukum
kimia dan merupakan kasus khusus dari hukum
kimia ideal. Hukum Boyle mendeskripsikan
kebalikan hubungan proporsi antara tekanan absolut dan volume udara, jika suhu tetap konstan dalam sistem
tertutup. Hukum ini dinamakan setelah kimiawan dan fisikawan Robert Boyle, yang
menerbitkan hukum aslinya pada tahun 1662. Hukumnya sendiri berbunyi:
”Untuk jumlah tetap gas ideal tetap di suhu yang sama, P [tekanan] dan V [volume] merupakan proporsional
terbalik (dimana yang satu ganda, yang satunya setengahnya).”
PV= k
p = berarti sistem tekanan.
k = jumlah konstan tekanan dan volume dari sistem
tersebut.
Hukum Boyle menyatakan bahwa "dalam suhu tetap" untuk massa yang
sama, tekanan absolut dan volume udara terbalik secara proporsional. Hukum ini
juga bisa dinyatakan sebagai: secara agak berbeda, produk dari tekanan absolut
dan volume selalu konstan.
2.5.2 Hukum Gay Lussac
Hukum Gay-Lussac dapat merujuk
kepada salah satu dari dua hukum
kimia yang dikemukakan oleh kimiawan Perancis Joseph Louis Gay-Lussac. Keduanya berhubungan dengan sifat-sifat gas.Pada 1802, Gay-Lussac menemukan bahwa
“Tekanan dari sejumlah tetap gas pada volum yang tetap berbanding
lurus dengan temperaturnya dalam kelvin”
P/T=k
Hukum Gay-Lussac dapat
disusun kembali menjadi dua persamaan berguna lainnya.
P1 / T1 = P2 / T2
P1 adalah tekanan awal
T1 adalah suhu awal
P2 adalah tekanan akhir
T2 adalah suhu akhir
2.5.3 Hukum Charles
Hukum Charles juga kadang-kadang disebut Hukum Gay-Lussac atau Hukum Charles
Gay-Lussac, karena Gay-Lussac lah yang pertama kali mempublikasikan
penemuan ini pada 1802. Jacques
Charles telah menemukannya lebih dahulu
pada 1787, namun tidak mempublikasikannya.
Belakangan hukum ini lebih sering disebut hukum Charles karena kemudian
Gay-Lussac menemukan hukum-hukum lain yang dinamakan sesuai namanya.
Hukum Charles dapat dinyatakan sebagai jika wadah ditempati oleh sampel gas
pada tekanan konstan maka volume berbanding lurus dengan suhu.
V / T = konstan
V adalah volume
T adalah
temperatur (Kelvin)
Hukum Charles dapat disusun kembali menjadi dua persamaan berguna lainnya.
V1 / T1 = V2 / T2
V1 adalah volume awal
T1 adalah suhu awal
V2 adalah volume akhir
T2 adalah suhu akhir
2.5.4 Hukum Dalton
John dalton (1766-1844) adalah seorang ahli fisika dan kimia dari inggris
yang berhasil menemukan hukum proporsi ganda dan hukum gas atau hukum dalton.
Dalton disebut juga sebagai "bapak teori atom" karena menemukan teori
atom yang ilmiah dan bukan teori democritus dari Yunani kuno yang filosofis dan
spekulatif. Dalton menyuguhkan teori atom kuantitatif, jelas, dan jernih yang
dapat di gunakan dalam penafsiran percobaan kimiadan dapat dicoba secara tepat
di laboratorium.
Tahun 1801 Dalton menemukan sebuah hukum empiris, yang kemudian di kenal
dengan nama hukum dalton. Hukum Dalton menyatakan bahwa tekanan total suatu
campuran gas adalah sama dengan jumlah tekanan parsial masing - masing bagian
gas. Tekanan parsial adalah tekanan yang akan dimiliki masing - masing gas bila
berada sendiri dengan volume seluruh campuran gas pada suhu yang sama. Hukum
Dalton dapat diterangkan dengan menggunakan teori kinetik gas yang menyatakan
bahwa gas bersifat ideal dan tidak ada reaksi kimia antara bagian - bagian gas.
2.5.5 Persamaan keadaan van der Waals
Fisikawan Belanda Johannes Diderik van der Waals (1837-1923) mengusulkan
persamaan keadaan gas nyata, yang dinyatakan sebagai persamaan keadaan van
der Waals atau persamaan van der Waals. Ia memodifikasi persamaan
gas ideal dengan cara sebagai berikut: dengan menambahkan koreksi pada P untuk
mengkompensasi interaksi antarmolekul; mengurangi dari suku V yang menjelaskan
volume real molekul gas.
·
Faktor koreksi volume
Volume memerlukan faktor koreksi karena
partikel-partikel gas nyata mempunyai volume yang tidak dapat diabaikan,
sehingga untuk memperhitungkan ukuran partikel – partikel gas Van der Waals
mengurangi volume gas terukur dengan volume efektif total molekul-molekul gas.
Persamaan itu dirumuskan sebagai berikut:
Videal = Veks
– nb
Keterangan :
Videl = volume gas
ideal
Veks = volume yang
terukur pada waktu percobaan
n = jumlah mol gas
b = konstanta Van der
Waals
·
Faktor koreksi tekanan
Perbedaan sifat antara sebuah molekul gas dengan
sebuah molekul lain yang hampir bertumbukan dengan dinding wadah. Gaya tarik
menarik molekul itu sama untuk ke segala arah sehingga akan saling
menghilangkan. Sedangkan molekul yang lain 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 dapat dihitung dengan rumus :
a(n2/V2)
a=konstanta
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
Keterangan :
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
a dan b adalah nilai yang ditentukan secara eksperimen untuk setiap gas dan
disebut dengan tetapan van der Waals .Semakin kecil nilai a dan b
menunjukkan bahwa perilaku gas semakin mendekati perilaku gas ideal. Besarnya
nilai tetapan ini juga berhbungan denagn kemudahan gas tersebut dicairkan.
2.5.6 Persamaan
Kamerlingh Onnes
Pada persamaan ini, PV
didefinisikan sebagai deret geometri penjumlahan koefisien pada temperature
tertentu, yang memiliki rasio “P” (tekanan) dan “Vm” (volume molar),
yaitu sebagai berikut:
PV
m = A + BP + CP 2 + DP 3 + …
Nilai A, B, C, D adalah koefisien virial. Pada
tekanan yang rendah hanya nilai A yang berperan, namun semakin tinggi tekanan
suatu gas maka koefisien B, C, D, dan seterusnya pun akan lebih akurat sehingga
dapat disimpulkan bahwa persamaan Kamerlingh akan memberikan hasil yang semakin
akurat bila tekanan semakin bertambah.
2.6 PERUBAHAN KEADAAN GAS IDEAL
Proses Isotermik
Suatu sistem dapat mengalami proses termodinamika dimana terjadi
perubahan-perubahan di dalam sistem tersebut. Jika proses yang terjadi
berlangsung dalam suhu konstan, proses ini dinamakan proses isotermik. Karena
berlangsung dalam suhu konstan, tidak terjadi perubahan energi dalam (∆U =
0) dan berdasarkan hukum I termodinamika kalor yang diberikan sama dengan usaha
yang dilakukan sistem (Q = W).
Proses isotermik dapat digambarkan dalam grafik p – V di
bawah ini. Usaha yang dilakukan sistem dan kalor dapat dinyatakan sebagai
Dimana V2 dan V1
adalah volume akhir dan awal gas.
Proses Isokhorik
Jika gas melakukan proses termodinamika dalam volume yang konstan, gas
dikatakan melakukan proses isokhorik. Karena gas berada dalam volume konstan (∆V
= 0), gas tidak melakukan usaha (W = 0) dan kalor yang diberikan
sama dengan perubahan energi dalamnya. Kalor di sini dapat dinyatakan sebagai
kalor gas pada volume konstan QV.
QV = ∆U
Proses Isobarik
Jika gas melakukan proses termodinamika dengan menjaga tekanan tetap
konstan, gas dikatakan melakukan proses isobarik. Karena gas berada dalam
tekanan konstan, gas melakukan usaha (W = p∆V). Kalor di
sini dapat dinyatakan sebagai kalor gas pada tekanan konstan Qp.
Berdasarkan hukum I termodinamika, pada proses isobarik berlaku
Sebelumnya telah dituliskan bahwa
perubahan energi dalam sama dengan kalor yang diserap gas pada volume konstan
QV =∆U
Dari sini usaha gas dapat dinyatakan sebagai
W = Qp − QV
Jadi, usaha yang dilakukan oleh gas (W) dapat dinyatakan sebagai
selisih energi (kalor) yang diserap gas pada tekanan konstan (Qp)
dengan energi (kalor) yang diserap gas pada volume konstan (QV).
Proses Adiabatik
Dalam proses adiabatik tidak ada kalor yang masuk (diserap) ataupun keluar
(dilepaskan) oleh sistem (Q = 0). Dengan demikian, usaha yang dilakukan
gas sama dengan perubahan energi dalamnya (W = ∆U).
Jika suatu sistem berisi gas yang mula-mula mempunyai tekanan dan volume
masing-masing p1 dan V1 mengalami proses
adiabatik sehingga tekanan dan volume gas berubah menjadi p2
dan V2, usaha yang dilakukan gas dapat dinyatakan sebagai
Dimana γ adalah konstanta yang
diperoleh perbandingan kapasitas kalor molar gas pada tekanan dan volume
konstan dan mempunyai nilai yang lebih besar dari 1 (γ > 1).
Proses adiabatik dapat digambarkan dalam grafik p – V dengan
bentuk kurva yang mirip dengan grafik p – V pada proses isotermik
namun dengan kelengkungan yang lebih curam.
BAB III
PENUTUP
3.1 Kesimpulan
Kesimpulan dari penulisan di atas
adalah gas dibagi menjadi dua, yaitu gas ideal dan gas nyata. Gas ideal merupakan
sebuah gas yang mematuhi persamaan gas umum dari PV = nRT yang disampaikan secara singkat, sedangkan
gas nyata adalah gas yang tidak mematuhi persamaan gas umum dan menggunakan hukum-hukum gas hanya pada saat
tekanan rendah. Hukum – hukum yang digunakan untuk menetukan gas tersebut
adalah :
1.
Hukum boyle
2.
Hukum Charles
3.
Hukum gay lussac
4.
Hukum dalton
DAFTAR PUSTAKA
Maron, Samuel H dan Jerome B. Lando,2002, Fundamentals of Physical Chemistry, Collier Macmillan Publisher, London.
Mulyanto,dkk,1992,Panas Dan Termodinamika,PT.Inta Parawira,Jakarta.
Hadi,Dimsiki,1993,Termodinamika,Dikti,Jakarta.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar