gas dan sifat nya (materi kimia fisika termodinamika)

Materi kimia fisika termodinamika yang membahas gas dan sifat-sifatnya

1. KIMIA FISIKA Termodinamika dan Kesetimbangan GAS DAN SIFATNYA IMAS EVA WIJAYANTI

2. PENDAHULUAN Gas  zat yang memenuhi segala wadah yang ditempatinya Gas  molekulnya berpisah satu sama lain, bergerak tak tergantung satu sama lain. Kimia Fisika  Bertujuan untuk mengetahui cara menerjemahkan sebuah model menjadi penyataan kuantitatif untuk sifat yang dapat diukur dan diamati Sifat dasar gas dipengaruhi  tekanan (P) dan suhu (T)

3. tekanan Gaya per satuan luas Semakin besar gaya yang bekerja pada permukaan tertentu , makin besar tekanannya Satuan SI tekanan adalah Pascal (Pa) 1 Pa = 1 Nm -2 100 kPa = 100.000 Pa = 1 bar 101,325 kPa = 101.325 Pa = 1 atm Tekanan 1 bar adalah tekanan standar yang digunakan pada persamaan termodinamika , sehingga : 1 atm = 760 Torr , 1 bar = p o

4. Refleksi 1 1 torr = 1 mmHg = tekanan yang diberikan oleh kolom air raksa setinggi 1 mm Tekanan atmosfer diukur dengan barometer Barometer asli adalah tabung raksa yang dibalik , tinggi kolom raksa sebanding dengan tekanan luar Hitunglah tekanan pada dasar sebuah kolom cairan dengan rapatan ρ dan tinggi h pada permukaan tanah !

5. temperatur Energi yang dapat mengalir dari satu zat ke zat yang lain, jika zat-zat itu bersentuhan Temperatur adalah sifat yang menunjukkan arah aliran energi Jika energi mengalir dari A ke B, maka A memiliki temperatur yang lebih tinggi dari B. Jika tidak ada energi yang mengalir ketika A dan B bersentuhan , A dan B mempunyai temperatur yang sama dan sudah mencapai keadaan keseimbangan termal

6. Contoh nyata Jika zat A ada dalam keseimbangan termal dengan zat B dan zat B juga dalam keseimbangan termal dengan zat C. Sehingga zat A dan C juga dalam keseimbangan termal , jika keduanya bersentuhan . Ini adalah hukum Termodinamika ke-nol Asas yang digunakan dalam pembuatan termometer

7. Persamaan Keadaan Gas Ideal

8. Refleksi 2 Bagaimana kondisi gas nyata ? Bagaimana kondisi tekanan dalam paru-paru kita saat kita menggunakan masker secara terus menerus ? Bagaimana persamaan gas ideal dapat ditentukan dengan persamaan PV = nRT ? Adakah gas ideal dalam kehidupan kita sehari-hari ? Bagaimana aplikasi gas ideal?

9. Gas dapat dinyatakan dalam beberapa cara . Gas mengembang mengisi dan mengikuti bentuk tempatnya . Gas saling menyebar dan berdifusi satu sama lain serta bercampur semuanya , jadi campuran gas adalah larutan homogen . Meskipun partikel masing-masing gas tidak tampak , akan tetapi beberapa gas berwarna , seperti klorin ( kuning hijau ), brom ( merah coklat ), dan yod ( ungu ). Beberapa gas mudah terbakar , seperti hidrogen dan metana , dan beberapa gas inert secara kimia , seperti helium dan neon. Ada empat sifat dasar yang menentukan perilaku gas secara fisik , yaitu jumlah gas, volume gas, temperatur gas, dan tekanan gas. Apabila diketahui tiga dari sifat ini , biasanya dapat dihitung harga dari sifat keempat , dengan menggunakan persamaan matematik yang disebut persamaan keadaan . Sifat-sifat Gas

10. Warna gas Sebagian besar tak berwarna ( colorless ) KECUALI: Fluorine (F 2 ), Chlorine (Cl 2 ) keduanya kuning kehijau-hijauan ( green-yellow ) Bromine (Br 2 ) coklat kemerahan ( red-brown ) Iodine (I 2 ) ungu ( violet ) Nitrogen dioxide (NO 2 ), dinitrogen dioxide (N 2 O 3 ) keduanya coklat ( brown ) 11

11. Pergerakan dan perubahan volume gas Gas lambat mengalir Gerakannya menyebar ke semua arah Mampu menembus pori-pori Pemanasan menyebabkan ekspansi gas sehingga volumenya membesar Pendinginan menyusutkan volume gas 12

12. Tekanan gas 1 standard atmosphere = 1 atm = tekanan udara pada suhu o C, ketinggian setara permukaan laut , = tinggi kolom air raksa (mercury/Hg) 760 mm. 1 atm = 760 mmHg 1 mmHg ketinggian air raksa = 1/760 atm = 1 torr ( menghormati Evangelista Torricelli, 1643) 1 atm ( tepatnya 0,99 atm ) = 10 5 Pascal (Pa) ( menghormati Blaise Pascal) 0,99 atm = 1 bar ( dari : barometer) 13

13. Asal mula 1 atm P =  g h P = Pressure = tekanan = 1 atm  ( baca : rho) = massa jenis Hg = 13,5951 g/mL g = percepatan gravitasi bumi = 9,80665 m/sec 2 . (cat a t an : sec = second = detik ) h = height = ketinggian zat dari dasar ke permukaan = 760 mm 1 atm setara beban 1,033228 kg terhadap bidang seluas 1 cm 2 atau 1 kg/cm 2 14

14. Hukum-hukum tentang Gas 16

15. Hukum Boyle Robert Boyle (1627-1691): PV = constant = hasil perkalian tidak berubah P = Pressure ( tekanan gas) V = Volume gas Tekanan diperbesar  Volume turun Volume diperbesar  tekanan turun Dan sebaliknya 17

16. Catatan Boyle: PV = k P = pressure ( tekanan ) atm maupun torr V = volume Liter maupun mL k = konstanta = bilangan tetap ( berlaku pada T dan N konstan ) T = temperature mutlak Kelvin N = banyaknya molekul gas 18

17. Contoh 1 Suatu tabung mem punya i volume 10 L, mengandung gas yang tekanannya 760 torr . Kemudian tabung diperlonggar hingga tekanannya mengecil menjadi 700 torr . Berapa volume gas sekarang ? V 1 = 10 L P 1 = 760 torr P 2 = 700 torr V 2 = .........? V 1 x P 1 = V 2 x P 2 10 L x 760 torr = V 2 x 700 torr V 2 = (10 L x 760 torr ) / 700 torr = 10,9 torr 19

18. Contoh 2 Suatu tabung punya volume 580 mL, mengandung gas yang tekanannya 0,2 atm. Kemudian gas dimampatkan hingga volumenya menjadi 100 mL. Berapa tekanan gas sekarang ? P 1 = 0,2 atm V 1 = 580 mL V 2 = 100 mL P 2 = .........? P 1 x V 1 = P 2 x V 2 0,2 atm x 580 mL = P 2 x 100 mL P 2 = (0,2 atm x 580 mL) /100 mL = 1,16 atm 20

19. Hukum Charles Konstan = V T Jacques Charles (1787) V = Volume gas T = Temperatur gas dalam suhu mutlak (Kelvin) -273,15 o Celcius .....................0 o C...........100 o C 0 Kelvin..............................273,15 K....373,15 K Lord Kelvin (1824-1907) 21

20. Catatan V = Volume (L atau mL) T = Temperature mutlak harus dalam Kelvin k’ = konstanta Berlaku pada P dan N konstan P = Pressure ( atm atau torr ) N = Banyaknya molekul gas k’ = V T 22

21. Standar Temperature and Pressure (STP) Hukum-hukum tentang gas dikoreksi pada kondisi T dan P standard yakni : Temperature (T) = 0 o C atau 273,15 K Pressure (P) = 760 torr atau 1 atm 23

22. Contoh 3 Suatu gas volumenya 10 mL, suhunya 20 o C. Kemudian gas didinginkan menjadi o C. Berapa volumenya sekarang ? V 1 = 10 mL T 1 = 20 o C = (20 + 273,15) K = 293,15 K T 2 = 0 o C = (0 + 273,15) K = 273,15 K V 2 = ........? 24

23. = V 1 T 1 V 2 T 2 = 10 mL 293,15 K V 2 273,15 K V 2 = 10 mL x 293,15 K 273,15 K = 9,32 mL Jawab Contoh 3 25

24. Hukum Penggabungan Volume Gay-Lussac Joseph Louis Gay-Lussac (1808): Pada kondisi Standard Temperature and Pressure (STP) Gas yg bereaksi dan gas hasil reaksi selalu berbanding dengan bilangan sederhana 1 H 2 + ½ O 2  1 H 2 O 1 Liter ½ Liter  1 Liter 2 L 1 L  2 L 4 L 2 L  4 L 8 L 4 L  8 L 26

25. Hukum Avogadro Amedeo Avogadro (1811): Pada temperatur (T) dan tekanan (P) sama , dua macam gas yang volume (V) nya sama , pasti memiliki jumlah molekul (N) yang sama . T = temperature = suhu P = pressure = tekanan V = volume Jumlah molekul = N, hingga N / V = constant , berlaku untuk semua macam gas. 27

26. Catatan V / N = k’’ V = Volume gas (L atau mL) N = Banyaknya molekul gas (“butiran 2 gas”) k’’ = Konstanta = bilangan tetap Berlaku pada T dan P konstan T = Temperature mutlak Kelvin P = Pressure = tekanan ( atm maupun torr ) 28

27. Contoh 4 Satu gram Radium melepaskan partikel alpha berupa ion He 2+ dengan laju 1,16 x 10 18 partikel / tahun . Tiap-tiap partikel tersebut menjadi gas Helium: He 2+ + 2 e -  He Pada kondisi standar , tiap 1,16 x 10 18 molekul He memiliki volume 0,043 mL Berapa banyak molekul dalam 1 Liter He? 29

28. Jawab Contoh 4 N 1 = 1,16 x 10 18 molekul He V 1 = 0,043 mL V 2 = 1 L = 1000 mL N 2 ..............? N 2 / V 2 = N 1 / V 1 N 2 / 1000 mL = 1,16 x 10 18 molekul He / 0,043 mL N 2 = (1,16 x 10 18 molekul He / 0,043 mL) x 1000 mL N 2 = 2,7 x 10 22 molekul He = N 1 V 1 N 2 V 2 30

29. N / V konstan untuk semua gas 2,7 x 10 22 molekul He = 1000 mL He 2,7 x 10 22 molekul Ne = 1000 mL Ne 2,7 x 10 22 molekul O 2 = 1000 mL O 2 2,7 x 10 22 molekul Cl 2 = 1000 mL Cl 2 2,7 x 10 22 molekul H 2 = 1000 mL H 2 pada kondisi Standard berlaku untuk semua macam gas tapi massa masing-masing berbeda 31

30. Bilangan Avogadro Pada kondisi Standard Temperature (0 o C)and Pressure (1 atm ) tiap 1 mol gas apa saja pasti memiliki volume 22,4138 Liter dengan jumlah molekul sebanyak 6,02 x 10 23 . mole  bicara unit reaksi zat molekul  bicara banyaknya “butiran 2 gas” 32

31. Penyederhanaan Hukum Gas Ideal Gabungan Boyle (PV konstan ), Charles (V/T konstan ), dan Avogadro (V/N konstan ) P = tekanan , V = Volume, T = suhu Kelvin, N = banyaknya molekul gas Hukum gas ideal: PV / T = konstan P 1 V 1 / T 1 = P 2 V 2 / T 2 = P 3 V 3 / T 3 = dst Konstan = P V T 33

32. Tire Gauge Test Pengukur Tekanan Ban Ciptaan Gauge Mengandung gas bertekanan 7,25 atm 0,99 atm = 10 5 Pascal 10 3 Pascal = 1 kiloPascal = 1 kPa 1 atm = 101 kPa 1 atm = beban 1,03 kg/cm 2 = 14,7 lb /cm 2 Permukaan tubuh manusia tiap hari menerima tekanan udara 1 kg/cm 2 . 34

33. Hukum Dalton (1803) P total = P 1 + P 2 + P 3 + dst P = Pressure = tekanan gas Berlaku pada Volume (V) dan suhu (T) konstan 35

34. TERIMA KASIH