TUGAS KIMIA FISIKA I

KELAS IIIA

OLEH :

Ulfatun Risqi Alawi NIM 1413031009

Ni Komang Ferosi Krystiandini NIM 1413031010

Ni Made Sih Widyasti NIM 1413031024

UNIVERSITAS PENDIDIKAN GANESHA

SINGARAJA

2015

Materi: 1. Sifat-sifat Gas

2. Hukum-hukum Gas

3. Yang Menjelaskan Sifat-Sifat Gas Ideal

1. Sifat-Sifat Gas

Gas adalah suatu fase benda. Seperti cairan, gas mempunyai kemampuan untuk

mengalir dan dapat berubah bentuk. Namun berbeda dari cairan, gas yang tak tertahan tidak

mengisi suatu volume yang telah ditentukan, sebaliknya mereka mengembang dan mengisi

ruang apapun di mana mereka berada. Tenaga gerak/energi kinetis dalam suatu gas adalah

bentuk zat terhebat kedua (setelah plasma). Karena penambahan energi kinetis ini, atom-

atom gas dan molekul sering memantul antara satu sama lain, apalagi jika energi kinetis ini

semakin bertambah.

Kata “gas” kemungkinan diciptakan oleh seorang kimiawan Flandria sebagai pengejaan

ulang dari pelafalannya untuk kata Yunani, chaos (kekacauan). Sifat-sifat gas dapat

dirangkumkan sebagai berikut.

1. Gas bersifat transparan

2. Gas terdistribusi merata dalam ruang apapun bentuk ruangnya.

3. Gas dalam ruang akan memberikan tekanan ke dinding.

4. Volume sejumlah gas sama dengan volume wadahnya. Bila gas tidak diwadahi, volume

gas akan menjadi tak hingga besarnya, dan tekanannya akan menjadi tak hingga

kecilnya.

5. Gas berdifusi ke segala arah tidak peduli ada atau tidak tekanan luar.

6. Bila dua atau lebih gas bercampur, gas-gas itu akan terdistribusi merata.

7. Gaya tarik menarik sangat kecil

8. Susunannya sangat tidak teratur

9. Letak partikelnya saling berjauhan

10. Bergerak sangat bebas

Gas dapat dibagi menjadi dua jenis, yaitu:

a. Gas ideal: gas yang secara sempurna mengikuti hukum-hukum gas.

b. Gas non ideal (gas nyata): gas yang hanya mengikuti hukum-hukum gas pada tekanan

rendah.

Pada gas ideal, keadaan partikel-partikel gas bergerak secara acak dengan kecepatan yang

bertambah jika temperatur dinaikkan. Jarak antar partikel-partikel relatif jauh lebih besar

daripada ukuran partikel, sehingga gaya tarik-menarik antar partikel sangat kecil dan dapat

diabaikan. Molekul-molekul pada gas ideal dianggap tidak tarik menarik dan volume

molekulnya dapat diabaikan terhadap volume wadah yang ditempati gas tersebut. Kecepatan

suatu partikel selalu berubah-ubah karena terjadinya tumbukan yang elastis sempurna antara

partikel satu dengan partikel lainnya ataupun antara partikel dengan dinding wadah, namun

kecepatan rata-rata partikel gas pada suhu tertentu adalah konstan.

Persamaan gas ideal dapat dituliskan sebagai berikut.

PV = nRT

dengan R = konstanta gas (8,314 J K-1 mol-1)

Pada dasarnya semua gas adalah gas nyata, sedangkan gas ideal sebenarnya tidak ada.

Sifat ideal ini hanya didekati oleh gas beratom satu (monoatomik) pada tekanan rendah dan

temperatur yang relatif tinggi.

2. Hukum-Hukum Gas

Gas selalu dipengaruhi oleh perubahan tekanan dan suhu. Berikut macam-macam

hukum-hukum gas:

2.1 Hukum Boyle

Menurut Boyle, pada suhu konstan volume sejumlah gas tertentu berbanding terbalik

dengan tekanan yang dialami gas tersebut. Hukum Boyle hanya berlaku pada gas ideal jadi

dengan menggunakan persamaan gas ideal dimana n dan T dibuat tetap akan diperoleh

persamaan sesuai Hukum Boyle yaitu:

PV = konstan (pada n, T tetap)

Hukum Boyle digunakan untuk meramalkan tekanan gas jika volumenya berubah

(atau sebaliknya). Jika nilai mula - mula tekanan dan volume adalah p1 dan V1 dan karena

hasil kali pV tetap, nilai akhir p2 dan V2 harus memenuhi

P1V1 = P2V2 (pada n, T tetap)

Persamaan diatas dapat dinyatakan dalam bentuk grafik

Penerapannya dalam perhitungan kimia:

Contoh Soal Terkait Hukum Boyle

Suatu ruangan tertutup mengandung gas dengan volume 200 ml. Jika tekanan ruangan tersebut

adalah 60 cmHg, hitunglah tekanan gas pada ruangan yang volumenya 150 ml?

Diketahui: V1 = 200 mL ; P1 = 60 cmHg ; V2 = 150 ml

Ditanya : P2 ?

Jawab :

Jadi, tekanan gas pada ruangan yang volumenya 150 ml berdasarkan hukum boyleadalah 80

cmHg.

2.2 Hukum Charles

Charles menyatakan bahwa pada tekanan konstan, volume sejumlah gas tertentu

sebanding dengan temperatur. Dengan menggunakan rumus gas ideal dimana n dan P dibuat

tetap, akan diperoleh:

V ∞ T atau VT

= konstan

Persamaan diatas dapat digunakan untuk meramalkan volume gas sempurna sewaktu

sejumlah tertentu gas tersebut dipanaskan (atau didinginkan) pada tekanan tetap, sehingga

secara matematis dapat dituliskan:

V 1

T 1

= V 2

T 2

Hasil penemuan Charles ini kemudian dijadikan dasar untuk mendefinisikan suatu

skala suhu yang baru dikenal sebagai skala suhu nol absolut atau skala Kelvin. Hubungan

skala Celcius dengan skala Kelvin dinyatakan dengan persamaan

K = 0C + 273,15

dengan K = suhu absolute (Kelvin), 0C = suhu dalam derajat Celcius

Hukum Charles dapat digambarkan dengan grafik di bawah ini.

Penerapannya dalam perhitungan kimia :

Contoh soal 1: Sejumlah gas ideal pada mulanya mempunyai volume V dan suhu T. Jika

gas tersebut mengalami proses isobarik sehingga suhunya menjadi 2 kali suhu semula maka

volume gas berubah menjadi…

Pembahasan

Diketahui :

Volume awal (V1) = V

Suhu awal (T1) = T

Suhu akhir (T2) = 2T

Ditanya : volume akhir (V2)

Jawab :

Volume gas berubah menjadi 2 kali volume semula.

Contoh Soal 2: Di dalam sebuah bejana tertutup terdapat gas yang mempunyai volume 2

liter dan suhu 27oC. Jika volume gas menjadi 3 liter maka suhu gas menjadi…

Pembahasan

Diketahui   :

Volume awal (V1) = 2 liter = 2 dm3 = 2 x 10-3 m3

Volume akhir (V2) = 3 liter = 3 dm3 = 3 x 10-3 m3

Suhu awal (T1) = 27oC + 273 = 300 K

Ditanya : suhu akhir (T2)

Jawab :

Suhu gas berubah menjadi 450 Kelvin atau 177oC

2.3 Hukum Gay Lussac

Gay Lussac melaporkan hasil penemuannya yang menyatakan bahwa: “Pada volume

konstan, tekanan gas berbanding lurus dengan temperatur absolut”. Secara matematis

dapat dituliskan sebagai berikut.

P T atau PT

= konstan atau P1

T1 =

P2

T 2

Proses yang terjadi pada volume konstan disebut proses isokhoris. Hubungan antara

tekanan dan suhu gas pada volume konstan dapat digambarkan dengan grafik dibawah ini.

Penerapannya dalam perhitungan kimia

Contoh soal 1:Sejumlah gas pada mulanya mempunyai tekanan P dan suhu T. Jika gas

tersebut mengalami proses isokhorik sehingga tekanannya menjadi 4 kali tekanan semula

maka suhu gas berubah menjadi…

Pembahasan

Diketahui :

Tekanan awal (P1) = P

Tekanan akhir (P2) = 4P

Suhu awal (T1) = T

Ditanya : suhu akhir (T2)

Jawab :

Suhu gas berubah menjadi 4 kali suhu awal.

Contoh soal 2: Gas berada di dalam bejana tertutup pada mulanya bersuhu 27°C. Agar

tekanannya menjadi 2 kali semula, maka suhu ruangan tersebut adalah…

Pembahasan

Diketahui :

Tekanan awal (P1) = P

Tekanan akhir (P2) = 2P

Suhu awal (T1) = 27oC + 273 = 300 K

Ditanya : suhu akhir (T2)

Jawab :

Suhu ruangan adalah 327oC.

Contoh soal 3 : Ban sepeda motor mempunyai tekanan ukur 2 atm pada suhu 27oC. Setelah

sepeda motor dikendarai, suhu di dalam ban berubah menjadi 47oC. Jika pemuaian

diabaikan maka tekanan udara di dalam ban berubah menjadi…

Pembahasan

Ubah tekanan ukur menjadi tekanan mutlak. Tekanan mutlak = tekanan ukur + tekanan

atmosfir

Diketahui :

Tekanan atmosfir = 1 atm = 1 x 105 Pascal

Tekanan ukur awal = 2 atm = 2 x 105 Pascal

Tekanan mutlak awal (P1) = 1 atm + 2 atm = 3 atm = 3 x 105 Pascal

Suhu awal (T1) = 27oC + 273 = 300 K

Suhu akhirl (T1) = 47oC + 273 = 320 K

Ditanya : Tekanan ukur akhir

Jawab :

Tekanan ukur akhir = tekanan mutlak akhir – tekanan atmosfir

Tekanan ukur akhir = 3,2 atm – 1 atm

Tekanan ukur akhir = 2,2 atm

2.4 Hukum Charles dan Gay Lussac

Charles dan Gay Lussac telah menyelidiki tentang besarnya koefisien muai ruang

untuk gas ideal adalah 1

273,15. Jika suhu naik pada tekanan tetap, maka volume gas

bertambah besar. Secara matematis pernyataan tersebut dapat dituliskan sebagai berikut.

V 1

T 1

= V 2

T 2

= konstan (proses isobar, sesuai dengan persamaan Charles)

Dalam kondisi kenaikan suhu yang dilakukan pada volume tetap, maka tekanan akan

bertambah besar yang disebabkan oleh bertambah besarnya kecepatan partikel, sehingga

bertambah banyak juga tumbukan yang terjadi pada dinding wadah. Secara matematis

pada proses isokhoris dapat ditulis sebagai berikut.

P1

T1

= P2

T 2

= konstan (sesuai dengan persamaan Gay-Lussac)

2.5 Hukum Boyle-Gay-Lussac

Hukum Boyle dan Gay-Lussac dapat digabungkan menjadi satu, yaitu:

Isoterm isokhorik

Pada perubahan A, menurut hukum Boyle: P1V1 = P*V1 P* = P1V 1

V 2

Pada perubahan B, menurut hukum Gay-Lussac

P1V 1

T 1

= P2V 2

T 2

= C (konstan)

Harga konstan tersebut bukanlah energinya, melainkan energi partikel yang biasanya

disimbolkan dengan huruf n. Sifat konstan dapat dipertahankan jika didalam proses tidak

terjadi reaksi kimia (asosiasi dan disosiasi) atau tabung mengalami kebocoran.

2.6 Hukum Dalton

Besarnya tekanan (P) pada dinding tabung bergantung pada jumlah partikel (n)

disebut dengan parsiil gas. Tekanan parsiil suatu gas tersebut tidak bergantung dari gas

lainnya. Jadi, menurut dalton bahwa tekanan total gas merupakan penjumlahan dari tekanan

parsiil masing-masing gas, sehingga sevara otomatis dapat dituliskan sebagai berikut.

Ptotal = PA + PB + PC + ... dst

Agar tekanan parsiil masing-masing gas dapat dijumlahkan maka suhu dan volume

gas harus dibuat tetap. Tekanan parsiil masing-masing gas sama dengan fraksi mol gas

tersebut dikalikan tekanan total gas.

PA = XA . P1 (dimana XA adalah fraksi mol gas A)

Penerapannya dalam perhitungan kimia

Keadaan I P2, V2, T2

Keadaan peralihan P*. V2. T1

Keadaan I P1, V1, T1

Contoh soal : Sebuah wadah bervolume 1liter diisi dengan gas N2 berasal dari wadah 2 liter

dengan tekanan 300 mmHg, gas H2 berasal dari wadah 2 liter dengan tekanan 80 mmHg.

Hitunglah tekanan total dalam atm.

Jawab :

PN2 = 300 mmHg x 2 liter / 1 liter = 600 mmHg

PH2 = 80 mmHg x 2 liter / 1 liter = 160 mmHg

Pt = PN2 + PH2 = 600 mmHg + 160 mmHg = 760 mmHg = 1 atm

2.7 Hukum Amagat

Menurut hukum Amagat, pada sembarang campuran gas volume total dapat dianggap

merupakan jumlah volume parsial masing-masing komponen dalam campuran.

V =V1 +V2 +V3 + ….

V1, V2, V3, dst. = volume parsiil

Yang dimaksud volume parsial adalah volume dimana masing-masing gas akan menempati

jika ada sendirian pada suhu dan tekanan total yang diberikan.

2.8 Hukum Graham

Gas mempunyai kemampuan untuk mengisi setiap ruangan kosong atau berdifusi dari

daerah yang mempunyai berat jenis tinggi ke daerah yang berat jenisnya rendah sampai

tercapai keadaan homogen. Sifat difusi gas telah dipelajari oleh Thomas Graham pada tahun

1829. Graham menemukan bahwa laju difusi gas pada suhu dan tekanan konstan

berbanding terabalik dengan akar berat jenisnya.

r √ 1d

dengan r = laju difusi

d = berat jenis atau kerapatan gas

Pada suhu tertentu dan tekanan tertentu, berat jenis gas sebanding dengan berat molekulnya

(M). Oleh karena itu untuk dua jenis gas, pada suhu dan tekanan yang sama akan diperoleh

persamaan :

r1

r2 = √ M 2

M 1

= √ d2

d1

Pada proses efusi dalam suatu wadah dalam tekanan rendah akan mengikuti hukum difusi

diatas. Pada prakteknya yang biasa diukur adalah waktu (t detik) yang diperlukan oleh

sejumlah volume gas tertentu untuk berdifusi melalui lubang kecil, karena waktu efusi

berbanding terbalik dengan laju efusi yang secara matematis dapat dilihat sebagai

persamaan berikut :

t1

t2 = √ M 2

M 1

= √ d2

d1

Penerapannya dalam perhitungan kimia

Contoh soal : Waktu yang diperlukan oleh gas X dan gas oksigen dengan volume yang

sama untuk berdifusi melalui suatu celah kcil berturut-turut 45 detik dan 48 detik. Hitung

massa molekul relative X.

Jawab:

tX

tO2

=√ mXmO2

=4548

= √ mX32

= (4548

)2 = mX

32

mX= 32x(4548

)2 = 28

3. Asumsi-Asumsi Yang Menjelaskan Sifat-Sifat Gas Ideal

1. Gas terdiri atas partikel-partikel yang sangat kecil (discrete) yang disebut molekul, yang

massa dan besarnya sama untuk tiap-tiao jenis gas.

2. Suatu gas terdiri dari partikel-partikel yang disebut molekul dan setiap molekul adalah

identik (sama) sehingga tidak dapat dibedakan dengan molekul lainnya.

3. Molekul-molekul ini selalu bergerak ke segalah arah dan selalu bertumbukan dengan

molekul-molekul yang lain serta dengan dinding wadah, sehingga memenuhi hukum

newton.

4. Tumbukan molekul terhadap dinding menyebabkn terjadinya tekanan, yaitu gaya

persatuan luas.

5. Molekul-molekul mengalami tumbukan lenting sempurna satu sama lain dengan

dinding wadahnya. Jadi, dalam tumbukan energi kinetik adalah konstan.

6. Pada tekanan yang relative rendah, jarak antar molekul-molekul gas jauh lebih besar

dari pada diameter molekul-molekul gas sendiri, hingga gaya tarik antar molekul-

molekul gas dapat diabaikan.

7. Temperatur absolut berbanding lurus dengan energi kinetic rata-rata dari semua

molekul dalam system.

DAFTAR PUSTAKA

Kartohadiprojo, I. I. (1991). Kimia Fisika Jilid 1 Edisi Keempat. Jakarta: Erlangga.

Rohman, I. &. (2004). COMON TEXTBOOK (Edisi Revisi) Kimia Fisika 1. Universitas

Pendidikan Indonesia.

Suardana, I. N., Kirna, I. M., & Retug, I. N. (2001). Kimia Fisika I. Singaraja: Jurusan

Pendidikan Kimia.

Triyono. (1994). Kimia Fisika. Jakarta: Departemen Pendidikan dan Kebudayaan.