110

6 GAS 1.1. Sifat-sifat Gas

1.2. Konsep Tekanan

1.3. Hukum-hukum Gas Sederhana

1.4. Persamaan Gas Ideal

1.5. Penentuan Berat Molekul

1.6. Densitas Gas

111

Beberapa pengamatan yang berkaitan dengan sifat gas yang sudah diketahui secara umum

diantaranya (1) jangan mengisi ban sepeda dengan udara secara berlebihan dan (2) jangan

membuang kaleng bekas aerosol ke dalam pembakaran, karena pada kedua kasus tersebut akan

terjadi ledakan. Mungkin (3) pernah mengamati aliran dari gas karbon dioksida dari dry ice ke

lantai. Juga telah diketahui (4) bahwa menghangatkan ruangan dengan pemanas ruangan akan

menyebabkan temperatur udara lebih tinggi di atap dibandingkan dengan di lantai. Akhirnya,

(5) jangan pernah mencari kebocoran gas dengan menggunakan api terbuka. Pada Bab ini akan

dipelajari prinsip-prinsip khusus yang terkait dengan sifat gas. Lima pengamatan di atas

sebetulnya didasarkan pada:

1. Hubungan antara tekanan dan jumlah gas pada volume dan temperatur tetap.

2. Hubungan antara tekanan dan volume sejumlah tertentu gas pada volume tetap.

3. Hubungan antara densitas dengan berat molekul gas.

4. Hubungan antara densitas dengan temperatur gas.

5. Kecenderungan gas untuk menyebar atau bercampur.

6-1 Sifat-sifat Gas 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.

6-2 Konsep Tekanan Telah diketahui bahwa kalau balon diisi dengan udara akan mengembang, akan tetapi

pertanyaannya adalah apa yang menyebabkan balon tetap dalam keadaan menggelembung?

Hipotesis yang masuk akal adalah bahwa molekul-molekul gas dalam keadaan bergerak terus

112

menerus, sering bertabrakan satu sama lain dan dengan dinding tempat gas. Pada saat

bertabrakan, molekul gas mengeluarkan gaya pada dinding tempat gas. Gaya ini yang

menyebabkan balon tetap menggelembung. Meskipun demikian, tidak mudah mengukur gaya

total yang dikeluarkan oleh gas. Dari pada fokus pada gaya total, lebih baik dipertimbangkan

tekanan gas. Tekanan adalah gaya per luas permukaan, jadi, gaya dibagi dengan luas

permukaan yang memperoleh tekanan.

Dalam unit SI, gaya dinyatakan dalam newton (N) dan luas permukaan dalam meter persegi

(m2). Maka tekanan yang berkaitan dengan kedua satuan ini adalah pascal (Pa). Jadi, pascal

adalah tekanan 1 N/m2. Paskal termasuk ukuran yang kecil untuk tekanan, yang lebih banyak

digunakan adalah kilopaskal (kPa). Satuan tekanan paskal ini digunakan untuk menghormati

Blaise Pascal (1623 – 1662), yang berkontribusi banyak dalam fisika dan matematik termasuk

ide tentang tekanan dan perpindahan gaya melalui cairan, dasar dari hidrolika modern.

Contoh 6-1

Hitung tekanan sebuah silinder dalam N/m2 bila diketahui diameter silinder adalah 4 cm dan

massa 1 kg.

Luas permukaan silinder adalah πr2 dimana r adalah jari-jari lingkaran. Yang diketahui adalah

diameter, jadi jari-jari adalah diameter dibagi dua yaitu 2 cm. Satuan cm harus dirubah menjadi

m dimana 1 m = 100 cm, maka jari-jari lingkaran adalah .

A = πr2 = 3,14 x (0,02 m)2 = 1,26 x 10–3 m2

Hal lain yang perlu dikenali adalah bahwa gaya yang dikeluarkan oleh silinder tidak sebanding

dengan massanya akan tetapi dengan beratnya (W), dimana

W = gm, dan g = 9,8067 m det–2

Gaya = berat = massa x g = 1 kg x 9,8067 m det–2 = 9,8067 N (Newton)

permukaanluasAdangayaFdimanaAFP ===

m0,02cm100m1

xcm2 =

2323 N/m10x7,78

m10x1,26N9,8067

AFP === -

113

Tekanan Cairan. Tekanan gas biasanya diukur secara tidak langsung, yaitu dengan

membandingkannya dengan tekanan cairan. Konsep tentang tekanan cairan dapat dilihat pada

Gambar 6-1 di bawah ini untuk cairan dengan densitas d, yang berada dalam sebuah silinder

dengan luas permukaan A, dan tinggi cairan h.

Gambar ini menunjukkan bahwa tekanan cairan tergantung hanya pada tinggi kolom

cairan dan densitas cairan.

Untuk menetapkan fakta ini, perlu diingat bahwa:

• Berat (W) adalah gaya.

• Berat (W) dan massa (m) adalah sebanding, dengan tetapan perbandingan yang dipercepat

karena adanya gravitasi (g), W = mg.

• Massa cairan sebanding dengan hasil kali volume dan densitas (m = Vd).

• Volume (V) silinder sebanding dengan hasil kali tinggi (h) dengan luas permukaan (A),

jadi V = hA.

Mengukur Tekanan Gas. Pada tahun 1643 Evangelista Torriceli membangun alat seperti pada

Gambar 6-2 untuk mengukur tekanan yang dikeluarkan oleh atmosfer. Alat ini disebut

barometer air raksa.

ghdAdAhg

AdVg

Amg

AW

AFP ======

Gambar 6-1 Konsep Tekanan Cairan. Semua tabung yang terhubung mempunyai tinggi cairan yang sama yaitu h, dan tekanan yang sama, meskipun bentuk tabung berbeda-beda dan volume cairanpada tiap tabung tidak sama.

114

Apabila tabung dengan kedua ujungnya terbuka diletakkan tegak lurus pada bejana berisi air

raksa seperti pada Gambar 6-2 (a), maka batas air raksa di dalam dan di luar tabung sama. Pada

gambar 6-2 (b), tabung gelas panjang dengan ujung tertutup satu sisi, diisi dengan Hg(c).

Kemudian, ujung yang terbuka ditutup sementara ketika tabung dibalik dan dimasukkan ke

dalam bejana yang berisi Hg(c), dan ujung dibuka kembali. Posisi air raksa tidak turun, sama

dengan tinggi air raksa di luar tabung seperti pada Gambar 6-2 (a). Batas air raksa memang

turun akan tetapi hanya sampai pada ketinggian tertentu dan tetap pada batas tersebut. Pasti ada

sesuatu yang mempertahankan air raksa berada pada posisi yang lebih tinggi di dalam tabung

dibandingkan dengan posisi air raksa di luar tabung. Beberapa ilmuwan mencoba menjelaskan

fenomena ini berdasarkan gaya dalam tabung. Torricelli memahami bahwa gaya yang

dimaksud ada di luar tabung. Pada tabung yang terbuka kedua ujungnya seperti pada Gambar

6-2 (a), atmosfer mengeluarkan tekanan yang sama pada permukaan air raksa baik di luar

maupun di dalam tabung, oleh karena itu tinggi permukaan air raksa sama. Pada tabung dengan

salah satu ujung tertutup seperti pada Gambar 6-2 (b), tidak ada udara di dalam tabung di atas

air raksa (hanya sedikit uap air raksa). Atmosfer mengeluarkan gaya pada permukaan air raksa

yang diteruskan melalui cairan dan menahan air raksa dalam tabung. Kolom air raksa dalam

tabung mengeluarkan tekanan ke bawah yang tergantung pada tinggi dan densitas. Untuk tinggi

tertentu, tekanan pada dasar kolom air raksa sama dengan tekanan atmosfer sehingga kolom

air raksa bertahan. Ketinggian air raksa dalam barometer tidak tetap, akan tetapi bervariasi

terhadap keadaan atmosfer dan pada ketinggian (berkurang sekitar 3% untuk setiap kenaikan

ketinggian 900 feet). Atmosfer standar didefinisikan sebagai tekanan yang dikeluarkan

oleh kolom air raksa pada ketinggian tepat 760 mm dengan kondisi dimana densitas air

raksa adalah 13,5951 g/cm3 dan percepatan karena gravitasi g = 9,80665 m det–2. Pernyataan

ini mengaitkan dua satuan tekanan yang berguna, atmosfer standar (atm) dan milimeter air

raksa (mm Hg).

1 atm = 760 mm Hg

Gambar 6-2 Pengukuran tekanan atmosfer dengan barometer air raksa. Tanda panah menggambarkan tekanan yang dikeluarkan oleh atmosfer. (a) Pada tabung yang terbuka ujungnya, batas air

raksa di dalam dan di luar sama. (b) Pada tabung yang tertutup ujungnya, kolom

air raksa setinggi 760 mm tetap.

115

Untuk menghormati Torricelli, satuan tekanan torr juga digunakan. Torr dinyatakan sebagai

1/760 atmosfer standar.

760 torr = 1 atm

Jadi, satuan tekanan torr dan mm Hg dapat digunakan dengan arti yang sama.

Air raksa sulit di dapat, harganya relatif mahal, dan merupakan cairan yang bersifat racun.

Mengapa tidak menggunakan cairan lain, misal air, sebagai cairan pada barometer? Untuk

menjawab pertanyaan ini, dapat dilihat dari contoh perhitungan.

Contoh 6-2

Berapa tinggi kolom air (dalam meter) yang mengeluarkan tekanan yang sama dengan tekanan

kolom air raksa setinggi 76 cm (760 mm).

tekanan kolom air raksa = g hHg dHg = g x 76 cm x 13,6 g/cm3

tekanan kolom air = g hH2O dH2O = g x hH2O x 1 g/cm3

g x hH2O x 1 g/cm3 = g x 76 cm x 13,6 g/cm3

Di laboratorium, tekanan gas biasanya diukur dengan menggunakan manometer.

m10,3cm10x1,03113,6xcm76h 3

H2O ===

Gambar 6-3 Pengukuran tekanan gas dengan manometer yang terbuka ujungnya. (a) Tekanan gas sama dengan tekanan barometer (Pgas = Pbar). (b) Tekanan gas lebih besar dari tekanan barometer (Pgas = Pbar + ΔP, ΔP > 0). (c) Tekanan gas lebih kecil dari tekanan barometer (Pgas = Pbar + ΔP, ΔP < 0).

116

Gambar 6-3 di atas menggambarkan prinsip manometer dengan ujung terbuka. Selama tekanan

gas yang diukur dan tekanan atmosfer (barometer) sama, tinggi kolom air raksa di kedua sisi

manometer sama. Perbedaan ketinggian pada kedua sisi adalah perbedaan antara tekanan gas

dan tekanan barometer.

Contoh 6-3

Hitung tekanan gas, Pgas, pada manometer Gambar 6-3 (b) kalau tekanan barometer adalah

748,2 mm Hg dan ΔP = 25 mm Hg.

Pgas = Pbar + ΔP = 748,2 mm Hg + 25 mm Hg = 773,2 mm Hg

Contoh 6-4

Hitung tekanan gas, Pgas, kalau manometer Gambar 6-3 (c) diisi dengan gliserol (d = 1,26

g/cm3), Pbar = 762,4 mm Hg, dan ΔP = 8,2 mm.

ΔP yang dinyatakan dengan 8,2 mm gliserol harus diubah menjadi satuan yang sama dengan

air raksa.

Pada perhitungan selanjutnya, ΔP = – 0,76 mm Hg (karena Pgas < Pbar)

Pgas = Pbar + ΔP = 762,4 mm Hg – 0,76 mm Hg = 761,6 mm Hg

6-3 Hukum-hukum Gas Sederhana Hukum Boyle. Pada tahun 1662 Robert Boyle menemukan hubungan antara variabel-variabel

gas yang pertama kali. Hukum Boyle mengaitkan tekanan dengan volume. Untuk sejumlah

gas tertentu pada temperatur tetap, volume gas berbanding terbalik dengan tekanannya.

Hgmm0,7613,61,26xcm8,2hHg ==

117

Gambar 6-4 di atas membantu untuk memahami pernyataan di atas. Silinder ditutup dengan

ring ’tanpa berat’ yang bebas bergerak. Tekanan gas tergantung pada berat total yang

diletakkan di atas ring. (Berat atau gaya, dibagi dengan luas permukaan, menghasilkan tekanan

gas). Kalau berat di atas ring dijadikan dua kali lipat, maka tekanan akan menjadi dua kali

lipat juga dan volume berkurang menjadi setengahnya. Kalau berat di atas ring dijadikan tiga

kali lipat, maka tekanan akan menjadi tiga kali lipat juga dan volume berkurang menjadi

sepertiganya. Sebaliknya, kalau tekanan dikurangi menjadi setengahnya, maka volume

menjadi dua kali lipat, dan seterusnya.

Hubungan terbalik antara tekanan dan volume adalah

Apabila tanda setara pada persamaan diganti dengan tanda sama (=), maka hasil kali tekanan

dan volume dari sejumlah tertentu gas pada temperatur tetap adalah sebuah tetapan (a). Grafik

hubungan PV = a dapat dilihat pada Gambar 6-4, disebut hiperbola sama sisi (atau segiempat).

Dengan menggambarkan P vs , hiperbola dapat diubah menjadi garis lurus yang memotong

titik asal dan dengan kemiringan sama dengan a.

Contoh 6-5

Suatu tangki yang tidak beraturan bentuknya mau diukur volumenya. Mula-mula tangki

dikosongkan dan dihubungkan dengan silinder yang berisi 50 L gas nitrogen. Tekanan gas

mula-mula dalam silinder adalah 21,5 atm. Setelah dihubungkan dengan tangki dan kran

dibuka, tekanan gas menjadi 1,55 atm. Hitung volume tangki.

tetapPVjaditetapan)a(dimanaaPVatauVaPatau

V1P ===µµ

V1

Gambar 6-4 Hukum Boyle – Hubungan antara volume dan tekanan gas. Kalau temperatur dan jumlah gas dipertahankan tetap, mengalikan tekanan dua kali menyebabkan volume berkurang menjadi setengahnya. Semakin tinggi tekanan semakin sulit mengurangi volume gas.

118

Dari persamaan PV = tetap, maka dapat diturunkan persamaan bahwa PV awal (PawlVawl) akan

sama dengan PV akhir (PakhVakh).

PawlVawl = a = PakhVakh

Volume 694 L ini, yang 50 L adalah volume dari silinder.

Jadi, volume tangki adalah 694 L – 50 L = 644 L.

Hukum Charles. Hubungan antara volume gas dengan temperatur ditemukan oleh fisikawan

Perancis Jacques Charles pada tahun 1787 dan secara terpisah oleh Joseph Gay-Lussac yang

dipublikasikan pada tahun 1802.

L694atm1,55atm21,5

xL50PPxVVakh

awlawlakh ===

Gambar 6-5 Aplikasi Hukum Boyle. Volume akhir adalah volume silinder (50 L) ditambah dengan yang dari tangki. Jumlah gas tetap ketika silinder dihubungkan dengan tangki kosong, akan tetapi tekanan berkurang dari 21,5 menjadi 1,55 atm.

119

Gambar 6-6 di atas menunjukkan sejumlah tertentu gas dalam silinder. Tekanan dipertahankan

tetap sedangkan temperatur diubah. Volume gas bertambah seiring dengan kenaikan

temperatur dan berkurang seiring dengan turunnya temperatur. Hubungannya adalah linier

(garis lurus). Tiga kemungkinan ditunjukkan dalam gambar. Tampilan umum dari garis pada

gambar adalah titik dimana garis menembus sumbu temperatur. Meskipun garis-garis itu

berbeda pada temperatur lainnya, volume gas untuk tiga garis pada gambar tampaknya

mencapai nilai nol pada suatu temperatur di bawah – 270 °C (tepatnya – 273,15 °C).

Temperatur – 273,15 °C terkait dengan volume dari gas hipotetis menjadi nol. Ini adalah

temperatur nol absolut. Kalau sumbu volume digeser ke kiri sebanyak 273,15 °C seperti

terlihat pada gambar, garis lurus sekarang menembus titik asal dari sumbu baru. Titik asal

terkait dengan volume nol hipotetis pada temperatur nol absolut. Efek selanjutnya dari

pergeseran sumbu volume adalah penambahan 273,15 derajat pada setiap harga temperatur.

Hal ini mengarah kepada hubungan berikutnya antara Celsius dan Kelvin atau temperatur

absolut.

T (K) = t (°C) + 273,15

Jadi, hukum Charles dapat dinyatakan sebagai berikut: untuk sejumlah tertentu gas pada

tekanan tetap, volume gas berbanding langsung dengan temperatur Kelvin (absolut).

Secara matematis dapat dituliskan

V ~ T atau V = bT (dimana b = tetapan) , jadi = tetap

Dari persamaan di atas, dapat dilihat bahwa mengalikan temperatur Kelvin (absolut) dua kali

akan menyebabkan volume menjadi dua kali, dan menurunkan temperatur Kelvin menjadi

setengahnya (misal dari 300 K menjadi 150 K) akan menyebabkan volume berkurang menjadi

TV

Gambar 6-6 Volume gas sebagai fungsi temperatur (Celsius). Tiga keadaan awal, yaitu A, 10 cm3 gas pada 1 atm dan 100 °C, B, 40 cm3 gas pada 1 atm dan 200 °C, C, 100 cm3 gas pada 1 atm dan 300 °C. Ketika didinginkan dari titik C (300 °C) ke 70 °C, volume gas berkurang dari 100 menjadi 60 cm3. Dan pada temperatur antara 70 sampai – 100 °C, volume gas berkurang menjadi setengahnya, misal dari 60 menjadi 30 cm3. Volume tampaknya menjadi nol pada – 270 °C.

120

setengahnya, dan seterusnya. Tidak sulit melihat bahwa temperatur yang digunakan pada

persamaan di atas harus dalam skala absolut (Kelvin). Karena menaikkan temperatur gas dari

1 °C menjadi 2 °C atau dari 1 °F menjadi 2 °F, dimana temperatur menjadi dua kali lipat, tidak

akan menyebabkan volume menjadi dua kali lipat.

Contoh 6-6

Suatu balon diisi dengan udara pada ruang yang hangat (24 °C) sehingga volumenya 2,5 L.

Balon kemudian dibawa ke luar pada temperatur yang sangat dingin (– 30 °C). Diasumsikan

jumlah udara dalam balon dan tekanannya tetap, berapa volume dari balon tersebut.

Karena temperatur akhir lebih rendah dari pada temperatur awal, maka volume juga akan lebih

kecil dari pada volume awal, 2,5 L. Tuliskan persamaan seperti di atas dua kali, satu untuk

keadaan awal (awl) dan satu lagi untuk keadaan akhir (akh).

Vawl = b x Tawl atau b = Vawl/Tawl

Vakh = b x Takh atau b = Vakh/Takh

Nyatakan kedua persamaan dengan tetapan b.

Selesaikan persamaan untuk Vakh di atas, akan tetapi ingat bahwa perubahan temperatur ke

skala Kelvin, 24 °C menjadi 24 + 273 = 297 K, dan – 30 °C menjadi – 30 + 273 = 243 K.

Seperti telah diduga, volume akhir lebih kecil dibandingkan dengan volume awal.

Temperatur dan Tekanan Standar. Karena sifat gas tergantung pada temperatur dan tekanan,

maka akan bermanfaat kalau bekerja pada temperatur dan tekanan tertentu. Temperatur standar

untuk gas ditetapkan 0 °C = 273,15 K, dan tekanan standar ditetapkan 1 atm = 760 mm Hg.

Keadaan standar disingkat STP.

Hukum Avogadro. Pada tahun 1811 Amadeo Avogadro membuat hipotesis yang disebut

hipotesis ‘sama jumlah – sama volume’, sebagai dasar dari hukum gas sederhana yang ketiga.

akh

akh

awl

awl

TVb

TV

==

L052,K297K243

xL2,5TTxVVawl

akhawlakh ===

121

1. Volume yang sama dari gas yang berbeda pada temperatur dan tekanan yang sama

mengandung jumlah molekul yang sama.

2. Jumlah molekul yang sama dari gas yang berbeda dibandingkan pada temperatur dan

tekanan yang sama menempati volume yang sama.

Arti dari kedua pernyataan di atas, yang dikenal sebagai Hukum Avogadro, adalah pada

temperatur dan tekanan tetap, volume gas sebanding dengan jumlah gas (misal jumlah

molekul atau jumlah mol gas, n).

Kalau jumlah mol gas dikalikan dua, volume menjadi dua kali, dan seterusnya. Tentu saja

karena jumlah mol gas dan massanya adalah sebanding, maka mengalikan massa gas dua kali

juga akan membuat volume gas menjadi dua kali juga. Pernyataan matematis menjadi,

V ~ n dan V = cn (dimana c = tetapan)

Pada STP jumlah molekul yang ada dalam 22,414 L gas adalah 6,02 x 1023 atau 1 mol. Kalau

tiga angka berarti dibulatkan, volume molar gas dapat dinyatakan melalui hubungan

1 mol gas = 22,4 L gas (pada STP)

Contoh 6-7

Berapa gram massa dari 1 L gas siklopropan (C3H6) diukur pada STP? Mr C3H6 = 42

Volume pada STP dapat diubah langsung menjadi jumlah mol gas. Kemudian perubahan mol

gas menjadi gram gas memerlukan massa molar.

6-4 Persamaan Gas Ideal Hukum-hukum gas sederhana menghubungkan volume dengan tekanan, temperatur, dan

jumlah gas seperti dinyatakan di bawah ini.

6363

63

63

6363 HCg1,88

HCmol1HCg42

xHCL22,4HCmol1

xL1HCg ==

122

Hukum Boyle : V ~ (n dan T tetap)

Hukum Charles : V ~ T (n dan P tetap)

Hukum Avogadro : V ~ n (P dan T tetap)

Kalau keempat variabel dipertimbangkan secara bersamaan, maka masuk akal kalau volume

gas berbanding lurus dengan jumlah gas dan temperatur dan berbanding terbalik dengan

tekanan. Jadi,

Bab ini tidak akan membahas tentang pembuktian persamaan di atas, telah dibuktikan melalui

percobaan bahwa gas apa saja yang mengikuti tiga hukum gas sederhana akan mengikuti

persamaan PV = nRT. Gas ini disebut gas ideal (gas sempurna), dan persamaannya disebut

persamaan gas ideal. Sebelum persamaan gas ideal dapat digunakan, terlebih dahulu harus

diketahui harga R, yang disebut tetapan gas ideal. Salah satu cara yang sederhana untuk

memperoleh harga R adalah dengan memasukkan volume molar ke dalam persamaan pada

STP, yaitu 22,414 L.

Harga R di atas akan banyak dipakai pada Bab ini, meskipun demikian ada satuan lain untuk

R. Harga R biasanya dibulatkan menjadi 0,08206 atau 0,0821, dan satuannya adalah L atm

mol–1 K–1. Dalam menggunakan persamaan gas ideal, perhatikan bahwa ada lima faktor dalam

persamaan, P, V, n, R, dan T. Tetapan gas R diketahui, dan kalau tiga dari empat faktor

diketahui, maka faktor keempat dapat dicari.

Contoh 6-8

Hitung volume dari 13,7 g Cl2(g) pada 45 °C dan 745 mm Hg. Mr Cl2 = 71

Semua satuan harus diubah sesuai dengan satuan dari R, maka:

P1

nRTPVatauPnRTVdan

PnTV ==µ

KmolatmL

0,082057273,15xmol1

L22,414xatm1nTPVR ===

atm0,98Hgxmm760

atm1xHgmm745P ==

22

22 Clmol0,193

Clg71Clmol1

xCl13,7n ==

123

R = 0,08206 L atm mol–1 K–1

T = 45 °C + 273 = 318 K

Contoh 6-9

Berapa buah molekul N2 yang masih ada dalam sistem dengan volume 128 mL bila tekanan

diturunkan menjadi 5 x 10–10 mm Hg pada 25 °C. N = tetapan Avogadro = 6,02 x 1023

partikel/mol.

R = 0,08206 L atm mol–1 K–1

T = 25 °C + 273 = 298 K

Hukum Gas Umum. Selama ini hanya digunakan satu set kondisi (P, V, n, dan T), kemudian

digunakan persamaan gas ideal satu kali. Kadang-kadang gas dinyatakan dalam dua set kondisi

yang berbeda. Disini digunakan persamaan gas ideal dua kali, yaitu awal (1) dan akhir (2).

Kondisi awal (1) Kondisi akhir (2)

P1V1 = n1RT1 P2V2 = n2R2T2

Karena masing-masing persamaan mempunyai tetapan R yang sama, maka dapat dituliskan,

L5,14atm0,98

K318xKmolatmL0,08206xmol0,193PnRTVnRTPV

11

===®=--

atm10x7Hgmm760

atm1xHgmm10x5P 1310 -- ==

L0,128mL1000L1

xmL128V ==

mol10x4K298xKmolatmL0,08206

L0,128xatm10x7RTPVnnRTPV 15-

11

-13

===®= --

219

2

223

215

2 Nmolekul10x2Nmol1

Nmolekul10x6,02xNmol10x4Nmolekuljumlah == -

RTnVP

11

11 = RTnVP

22

22 =

umumgaspersamaandisebutkadangkadanginipersamaanTnVP

TnVP

22

22

11

11 -¬=

124

Contoh 6-10

Berapa tekanan 1 L gas O2 pada STP bila temperatur dinaikkan menjadi 100 °C pada volume

dan jumlah mol tetap.

Pada STP artinya temperatur 273 K dan tekanan 1 atm. Disini ada dua set kondisi gas, yang

pertama pada STP dan yang kedua pada 1 L dan 100 °C. Disebutkan bahwa volume dan jumlah

mol gas tetap, jadi kedua faktor tersebut dapat dihilangkan dari persamaan.

6-5 Penentuan Berat Molekul Persamaan gas ideal memberikan pendekatan langsung untuk menetapkan berat molekul

dibandingkan dengan metoda Cannizzaro. Untuk keperluan menghitung berat molekul, akan

membantu kalau persamaan sedikit diubah. Jumlah mol gas biasanya dinyatakan sebagai n,

yang juga sebanding dengan massa gas, m, dibagi dengan massa molar, M, dengan satuan

g/mol. Berat molekul sebanding dengan massa molar.

Penentuan berat molekul gas dengan persamaan ini memerlukan pengukuran volume (V) yang

ditempati oleh gas dengan massa m dan pada temperatur (T) dan tekanan (P) tertentu. Bentuk

persamaan gas ideal tidak hanya untuk menentukan berat molekul. Dapat juga digunakan

dimana jumlah gas diberikan dalam gram bukan mol.

Contoh 6-11

1,27 gram contoh gas nitrogen oksida menempati volume 1,07 liter pada 25 °C dan tekanan

737 mm Hg. Gas tersebut NO atau N2O.

Gas NO mempunyai berat molekul 30 sedangkan gas N2O mempunyai berat molekul 44. Jadi

dengan menghitung berat molekul gas dapat ditentukan rumus molekul gas tersebut.

atm73,1K273K373

xatm1K273

K273)(100xatm1

TTPPdan

TP

TP

TnVP

TnVP

1

212

2

2

1

1

22

22

11

11 ==+

===®=

MmRTPV =

atm0,97Hgmm760

atm1xHgmm737P ==

125

V = 1,07 L

m = 1,27 g

R = 0,08206 L atm mol–1 K–1

T = 25 °C + 273 = 298 K

à

Jadi molekul gas tersebut adalah NO

Latihan 6-1

Sebuah tabung gelas mempunyai berat 40,13 g saat kosong dan kering, dan 138,24 g kalau diisi

dengan air pada 25°C. (densitas air = 0,99 g/cm3), dan 40,29 g kalau diisi dengan gas propilen

pada tekanan 140,4 mm Hg dan temperatur 24 °C. Hitung berat molekul propilen.

6-6 Densitas Gas Untuk mencari massa molar telah digunakan persamaan

Penulisan dapat disusun berbeda seperti berikut

m/V adalah massa gas dibagi dengan volumenya, dan ini adalah densitas gas (d). Densitas gas

berbeda dengan densitas padatan dan cairan sebagai berikut

1. Densitas gas dinyatakan dalam gram/L, bukan g/cm3.

2. Densitas gas sangat tergantung pada tekanan dan temperatur, densitas gas bertambah

dengan meningkatnya tekanan, dan berkurang dengan meningkatnya temperatur (lihat

persamaan di atas). Densitas padatan dan cairan juga tergantung pada temperatur, akan

tetapi hanya sedikit bergantung pada tekanan.

3. Densitas gas berbanding langsung dengan massa molar.

MmRTPV = 309,29

L1,07xatm0,97K298xKmolatmL0,08206xg1,27

PVmRTM

11

»===--

MmRTPV =

RTMP

Vmd ==

126

Densitas gas pada STP dapat dengan mudah dihitung dengan membagi massa molarnya dengan

volume molar (22,414 L/mol). Misal untuk O2(g) pada STP, densitas adalah 32 g/22,4 L = 1,43

g/L.

Contoh 6-12

Hitung densitas gas oksigen (O2) pada 298 K dan 0,987 atm.

6-7 Gas Dalam Reaksi Kimia Sekarang ada cara baru untuk menghitung reaktan dan/atau produk dalam bentuk gas pada

reaksi kimia, yaitu persamaan gas. Secara spesifik, informasi tentang gas tidak hanya dalam

gram dan mol, akan tetapi juga dalam volume, temperatur, dan tekanan. Pada beberapa kasus,

pendekatan terbaik untuk menyelesaikan stoikiometri yang melibatkan gas adalah dengan

menggunakan:

a. Faktor/koefisien stoikiometri untuk mengaitkan mol gas dengan mol reaktan/produk

lainnya.

b. Persamaan gas ideal atau persamaan gas sederhana untuk mengaitkan jumlah mol gas

dengan volume, temperatur, dan tekanan.

Contoh 6-13

Berapa liter gas N2 dihasilkan pada penguraian 125 gram NaN3 pada tekanan 735 mm Hg dan

temperatur 26 °C? Mr NaN3 = 65

2 NaN3(p) à 2 Na(c) + 3 N2(g)

g/L1,29K298xKmolatmL0,08206

atm0,987xmolg32RTMP

Vmd 11

1

==== --

-

23

2

3

332 Nmol2,88

NaNmol2Nmol3

xNaNg65NaNmolx1

xNaNg125Nmol ==

atm0,967Hgmm760

atm1xHgmm735P ==

127

n = 2,88 mol

R = 0,08206 L atm mol–1 K–1

T = 26 °C + 273 = 299 K

Latihan 6-2

Berapa liter gas CO2 dihasilkan dari pembakaran 1 gram C8H18(c) pada tekanan 745 mm Hg dan

temperatur 22 °C?

2 C8H18(c) + 25 O2(g) à 16 CO2(g) + 18 H2O(c)

L73,1atm0,967

K299xKmolatmL0,08206xmol2,88PnRTV

11

===--