Seni Rusianti: Gas Ideal dalam Ilmu Kimia

Nama : Seni Rusianti

NIM : ACC 115 049

GAS IDEAL

Sebuah gas ideal adalah keadaan materi secara teoritis yang digunakan oleh fisikawan dalam analisis teori probabilitas. Gas ideal terdiri dari molekul yang memantul dari satu sama lain jika tanpa berinteraksi sama sekali. Tidak ada gaya tarik atau tolak antara molekul, dan tidak ada energi yang hilang selama tumbukan. Gas ideal dapat sepenuhnya dijelaskan oleh volume mereka, kerapatan dan suhu.

Persamaan keadaan untuk gas ideal, umumnya dikenal sebagai hukum gas ideal, adalah PV = NKT. Dalam persamaan, N adalah jumlah molekul dan k adalah konstanta Boltzmann, yang sama dengan sekitar 1.4 x 10^-23 joule per kelvin. Apa yang biasanya lebih penting adalah bahwa tekanan dan volume adalah berbanding terbalik, dan masing-masing sebanding dengan suhu. Ini berarti, misalnya, bahwa jika tekanan dua kali lipat, sementara suhu tetap konstan, maka volume gas harus membagi dua, jika volume gas yang dua kali lipat, sementara tekanan tetap konstan, suhu juga harus dua kali lipat. Dalam kebanyakan contoh, jumlah molekul dalam gas dianggap konstan.

Tentu saja, ini hanya perkiraan. Tumbukan antara moleku gas tidak elastis sempurna, beberapa energi yang hilang, dan gaya elektrostatik antara molekul gas memang ada. Tetapi pada kebanyakan situasi sehari-hari, hukum gas ideal erat mendekati perilaku yang sebenarnya gas. Bahkan jika tidak digunakan untuk melakukan perhitungan, menjaga hubungan antara tekanan, volume dan suhu dalam pikiran dapat membantu ilmuwan untuk memahami perilaku gas intuitif.

GAS IDEAL DALAM ILMU KIMIA

Hukum gas ideal seringkali persamaan pertama yang orang belajar ketika mempelajari gas dalam pengantar fisika atau kelas kimia. Persamaan Van der Waal, yang mencakup koreksi kecil beberapa asumsi dasar hukum gas ideal itu, juga diajarkan di banyak kuliah pendahuluan. Dalam prakteknya, bagaimanapun, koreksi sangat kecil sehingga jika hukum gas ideal tidak cukup akurat untuk aplikasi tertentu, persamaan Van der Waal tidak akan cukup bagus juga.

Seperti dalam kebanyakan termodinamika, gas ideal juga diasumsikan dalam keadaan kesetimbangan. Asumsi ini jelas keliru jika tekanan, volume atau suhu berubah, jika variabel ini berubah perlahan-lahan, keadaan yang disebut keseimbangan statis kuasi, namun mungkin kesalahan kecil diterima. Melepaskan asumsi keseimbangan statis quasi berarti meninggalkan termodinamika di belakang untuk dunia yang lebih rumit dari fisika statistik.

Karakteristik termodinamika gas ideal dapat dijelaskan dengan 2 persamaan: persamaan keadaan gas ideal adalah hukum gas ideal.

$Description: PV = nRT\,$

Persamaan ini diturunkan dari Hukum Boyle:

(pada n dan T konstan); Hukum Charles:

(pada P dan n konstan); dan Hukum Avogadro:

(pada P dan T konstan). Dengan menggabungkan ketiga hukum tersebut, maka menjadi $Description: 3V = kba \left( \frac{Tn}{P} \right)$ yang artinya $Description: V = \left( \frac{kba}{3} \right) \left( \frac{Tn}{P} \right)$ .

Pada kondisi ideal, $Description: V = R \left( \frac{Tn}{P} \right)$ ; maka,

Energi dalam gas ideal dinyatakan dengan: : $Description: U = \hat{c}_V nRT$

dengan

tekanan

volume

jumlah substansi gas dalam mol

konstanta gas

temperatur mutlak

konstanta Hukum Boyle

konstanta proporsional, sama dengan

energi dalam

· $Description: \hat{c}_V$ kapasitas panas spesifik pada volume konstan, ≈ 3/2 untuk gas monoatom, 5/2 untuk gas diatom dan 3 untuk molekul lain yang lebih kompleks. Untuk mengubah dari besaran makroskopik ke mikroskopik, maka digunakan :

$Description: nR=N k_B\$

dengan

adalah jumlah partikel gas

adalah konstanta Boltzmann (1.381×10⁻²³J·K⁻¹).

Kemungkinan distribusi partikel dari kecepatan atau energi dapat menggunakan distribusi kecepatan Maxwell.

Hukum ideal gas adalah lanjutan dari hukum gas yang ditemukan secara percobaan. Fluida nyata pada densitas rendah dan temperatur tinggi hampir mengikuti hukum gas ideal. Namun, pada temperatur rendah atau densitas tinggi, fluida nyata mengalami penyimpangan jauh dari sifat gas ideal, terutama karena terkondensasi menjadi liquid atau terdeposisi menjadi padat. Penyimpangan ini dinyatakan dalam faktor kompresibilitas.

Model gas ideal mengikuti asumsi berikut ini:

· Molekul gas tidak dibedakan, berukuran kecil, dan berbentuk bola

· Semua tabrakan antar gas bersifat elastis dan semua gerakannya tanpa friksi (tidak ada energi hilang pada gerakan atau tabrakan)

· Menggunakan hukum Newton

· Jarak rata-rata antar molekul jauh lebih besar daripada ukuran molekul

· Molekul secara konstan bergerak pada arah acak dengan distribusi kecepatan`

FENOMENA TERKAIT GAS IDEAL

Fisika merupakan ilmu yang mempelajari semua fenomena yang terjadi dialam ini. Mulai dari yang paling kecil (elektron dan lainnya) sampai yang paling besar (jagad raya). Baik yang wujudnya padat, cair maupun gas. Suatu gas dapat dicairkan dengan menurunkan suhu dan meningkatkan tekanan. Pada suhu rendah, molekul gas kehilangan energi kinetik. Molekul-molekul bergerak lambat kemudian menggabungkan atraksi antara mereka dan diubah menjadi cair. Efek yang sama diproduksi oleh kenaikan tekanan. Molekul-molekul gas mendekat dengan kompresi dan bergabung membentuk cairan.

Andres (1869) mempelajari P - kondisi T dari beberapa pencairan gas. Dia menetapkan bahwa untuk setiap gas pada suhu gas dapat diubah menjadi cair tetapi di atas itu gas tidak dapat dicairkan. Suhu ini disebut suhu kritis dari gas. Suhu kritis, Tc, gas yang dapat didefinisikan sebagai suhu yang di atas tidak bisa dicairkan tidak bergantung seberapa besar tekanan yang diberikan. Tekanan kritis, Pc, adalah tekanan minimum yang diperlukan untuk mencairkan gas pada suhu kritis. Volume kritis, Vc, adalah volume yang ditempati oleh satu mol gas pada suhu kritis dan tekanan kritis. Tc, Pc dan Vc secara kolektif disebut konstanta kritis gas. Semua gas nyata memiliki konstanta kritis gas.

Pada suhu kritis dan tekanan kritis, gas lebih identik dengan cairan dan dikatakan dalam keadaan kritis. Kelancaran penggabungan dari gas dengan cairan yang disebut sebagai keadaan kritis. Andrews menunjukkan fenomena penting dalam gas dengan mengambil contoh karbondioksida.