GAS IDEAL

Gas ideal

Gas ideal adalah gas teoritis yang terdiri dari partikel-partikel titik yang bergerak secara acak dan tidak saling berinteraksi. Konsep gas ideal sangat berguna karena memenuhi hukum gas ideal, sebuah persamaan keadaan yang disederhanakan, sehingga dapat dianalisis dengan mekanika statistika

Suatu gas disebut gas ideal jika memenuhi hukum gas ideal dibawah ini. Pada tekanan rendah sampai menengah, dan pada suhu yang tidak terlalu rendah, gas berikut dapat dianggap merupakan gas ideal, jika keadaannya jauh dari keadaan di managas itu dapat mengembuan atau bahkan membeku.

HUKUM GAS IDEAL

Untuk gas dengan massa m, dengan p, volume V pada suhu untuk T adalah:

pVT = tetap kalau m tidak berubah

T  harus bersifat suhu mutlak, yang skalanya menunjukkan nol pada titik nol mutlak. Pada umumnya T akan dinyatakan dalam kelvin, tetapi derajat Rankine juga tidak dilarang dipakai.

SATUAN MOL

Satu mol zat adalah sejumlah zat yang mengandung jumlah partikel sebanyak jumlah atom karbon yang ada dalam 12 gram karbon-12. Satu kilomol zat adalah massa(dalam kg) yang secara numerik adalah sama dengan berat molekul (atau berat atom) zat tersebut.

TETAPAN GAS UMUM

Jika sejumlah gas ideal bermassa m, pada suhu mutlak T bervolume V dan bertekanan p, maka hukum gas ideal dapat ditulis dalam bentuk :

pV=(mM)RT

Ket : M = berat molekul gas (kg/kmol)

R = tetapan gas umum (kg)

Maka,

R=8314Jkmol∙K

Sering besaran m/M diganti menjadi n, yakni banyaknya kilomol dalam volume V gas.

KEADAAN NORMAL

Dinyatakan sebagai berikut

         T=273,15 K=0°C               p=1,013 x 105 Pa = 1 atm

Dalam keadaan normal, 1 kmol gas ideal bervolume 22,4 m3  . karena itu dalam keadaan normal( atau beku), 2 kg gas H2 volumenya sama dengan 32 kg gas O2 atau 28 kggas N2, yakni 22,4 m3.

HUKUM BOYLE

Hukum boyle didapatkan dari hukum gas ideal untuk T tetap. Maka :

               pV=tetap (T konstan, dan jumlah massa gas m tetap).

HUKUMCHARLES

Hukum charles diperoleh dari hukum gas ideal untuk p tetap. Maka :

V = (konstan). T (pada p dan m konstan)

HUKUM GAY-LUSSAC

Diperoleh dari hukum gas ideal untuk V tetap, maka :

p=(konstan).T (pada V dan m konstan)

HUKUM DALTON TENTANG TEKANAN PERSIAL

Tekanan parsial suatu komponen dalam campuran gas adalah tekanan dari komponen itu seandainya sendirian mengisi seluruh volume gas yang tersedia.oleh karena itu jumlah tekanan suatu campuran gas yang tidak reaktif dan bersifat ideal adalah sama dengan jumlah tekanan persial semua komponen gas.

Soal-soal tentang hukum gas yang membicarakan perubahan keadaan dari p1, V1, T1 menjadi p2, V2, T2 dengan mudah dapat diselesaikan dengan menulis hukum gas ideal dalam bentuk

p1V1T1=p2V2T2 (untuk m konstan)

dikatakan gas ideal jika

1. Gas ideal terdiri dari partikel-partikel(atom-atom maupun molekul-molekul) dalam jumlah yang banyak sekali.
2. Ukuran partikel gas sangat kecil dibanding dengan bejana sehingga dapat diabaikan
3. Setiap partikel gas selalu bergerak dengan arah sembarang (acak)
4. Partikel gas terdistribusi merata pada seluruh ruangan dalam bejana
5. pada partikel gas berlaku hukum hukum Newton tentang gerak setiap tumbukan antar partikel dengan dinding terjadi tumbukan lenting sempurna

“Ban motor menjadi kempes jika lama tidak digunakan”

Nah kenapa ban motor anda  kempes jika lama tidak digunakan? Ternyata ini dapat di jawab dengan logis melalui formula gas ideal ini.
Ketika anda sering menggunakan motor, motor akan mejadi panas. Bukan hanya pada mesin saja yang panas, namun juga terjadi pada body dan juga pada ban. ban motor malah sering bersentuhan dengan aspal yang tentunya panas sekali. Nah pada saat ban ini panas berarti suhu pada ban ini meningkat bukan? Ketika suhu meningkat otomatis tekanan di dalam ban juga ikut meningkat juga. Sesuai dengan formula gas ideal.

Ketika motor lama tidak anda gunakan menyebabkan suhu pada motor menjadi dingin, begitu juga dengan ban. bila anda menyimpan motor anda di rumah di lantai batu maka ban akan lebih dingin lagi. Hal ini menyebabkan suhu pada ban menurun. Ketika suhu ban ini turun otomatis tekanan di dalam ban berkurang. Hal inilah yang menyebabkan ban motor anda kempes setelah lama tidak di gunakan.

CONTOH SOAL:

1. Massa jenis nitrogen 1,25 kg/m3 pada tekanan normal. Tentukan massa jenis nitrogen pada suhu 42º C dan tekanan 0,97 105 N m-2!

            Penyelesaian:

      r1         = 1,25 kg/m3

        p1         = 76 cm Hg

      T1         = 273 K

      T2         = 315 K

      p2         = 0,97 . 105 N m-2

        p1         = 76 cm Hg

                  = 76 . 13,6 . 980 dyne/cm3

                   =

                   = 101292,8 N m-2

                     =

                       =

                         =

                     =

                  r2 = 0,9638 kg/m3

     

2. Di dalam sebuah tangki yang volumenya 50 dm3 terdapat gas oksigen pada suhu 27º C dan tekanan 135 atm. Berapakah massa gas tersebut?

            Penyelesaian:

      R         = 0,821 lt atm/molº k

      p          = 135 atm

      V         = 50 dm3

      T          = 300º K

      n          =

                    =  = 274 mol

      M O2   = 16 + 16 = 32

      m O2    = 32 . 274

                  = 8768 gr

3. Sebuah tangki berisi 8 kg gas oksigen pada tekanan 5 atm. Bila oksigen dipompa keluar lalu diganti dengan 5,5 kg gas karbondioksida pada suhu yang sama, berapakah tekanannya?

            Penyelesaian:

      M O2   = 32                 à n  (8 kg O2 ) =  = 250 mol

      M CO2 = 44                 à n (5,5 kg CO2) =  = 125 mol

      p1         = 5 atm

      p1 V1    = n1 R T1                            T1 = T2

      p2 V2    = n2 R T2                     V1 = V2

        à              =

                  p2         = p1

                                        = 5

                  p2         = 2,5 atm

4. Massa 1 mol air 10 kg. berapa jumlah molekul H2O dalam 1 gr berat air. Berapakah jarak rata- rata antara molekul pada tekanan 1,01 . 105 N m-2 dan pada suhu 500º K?

            Penyelesaian:

      p V      = n R T

      V         =  =  = 4,5 . 10-4 m3

v  Volume tiap molekul =  = 134,4 . 10-26 m3

v  Jarak partikel- partikel dianggap seperti bola, sehingga:

      V = 4/3 p r3

      134,4 . 10-26 = 4/3 . 3,14 r3

      r3 = 32,09 . 1026 à r =

5. Tekanan partial uap air pada suhu 27º C adalah 15 cm Hg. Berapa banyakya uap air yang terdaat dalam 1 m3 udara?

            Penyelesaian:

      p          =    = 0,197 N/m2 

      p V      = n R T

      n          =

                   =  = 0,079 mol

      Uap air (H2O) à M = 18

v  Banyaknya m  H2O = 0,079 . 18 = 0,1422 gr

6. Sebuah tangki yang volumenya 100 lt berisi 3 kg udara pada tekanan 20 atm. Berapa banyaknya udara yang harus dimasukkan dalam tangki itu supaya tekanannya menjadi 25 atm?

            Penyelesaian:

      T1         = T2

      V1        = V2

             =

            =

          =

      m2          =  = 3,75 kg

7. 5 mol gas yang berada dalam tangki yang volumenya 40 lt dan suhu 20º C mengadakan tekanan 3 atm. Berapa tekanan 20 mol gas tersebut jika berada dalam tangki yang volumenya 100 lt dan suhu 87º C?

            Penyelesaian:

      n1         = 5 mol

      V1        = 40 lt

      T1         = 293º K

      p1         = 3 atm

      n2         = 20 mol

      V2        = 100 lt

      T2         = 360º K

      p2................?

        =

      =

      146500 P2        = 864000

      p2                     = 5,9 atm

8. Sejumlah gas oksigen pada tekanan luar 101 kPa, suhu 5o C ternyata bervolume 0,0200 m3. Berapakah volumenya bila tekanannya diubah menjadi 108 kPa serentak suhunya dinaikan menjadi 30o C ?

p1V1T1=p2V2T2

Atau

v2= v1(p1 p2)(T2 T1)  

Tetapi T1 = 5 + 273 =278 K,   T2 = 30 + 273 = 303 K, maka

V2 =(0,020 m3) (101108)(303278) = 0,0204 m3

9. Satu liter gas pada tekanan 1 atm dan suhu -20o C dikompresikan hingga volumenya tinggal ½ liter. Berapa tekanan (dalam atmosfer) diperlukan untuk itu, kalau suhu gas serentak dinaikan sampai 40o C ?

p1V1T1=p2V2T2

Atau

P2 = p1 (V1V2)(T2T1)

Maka P2 =(1 atm) (112)(273+40273-20)= 2,47 atm