Gas IdealGas idealadalahgasteoritisyang terdiri daripartikel-partikel titikyang bergerak secara acak dan tidak saling berinteraksi. Konsep gas ideal sangat berguna karena memenuhihukum gas ideal, sebuahpersamaan keadaanyang disederhanakan, sehingga dapat dianalisis denganmekanika statistika.Pada kondisi normal sepertitemperatur dan tekanan standar, kebanyakangas nyataberperilaku seperti gas ideal. Banyak gas sepertinitrogen,oksigen,hidrogen,gas muliadankarbon dioksidadapat diperlakukan seperti gas ideal dengan perbedaan yang masih dapat ditolerir.[1]Secara umum, gas berperilaku seperti gas ideal padatemperaturtinggi dantekananrendah,[1]karenakerjayang melawan gaya intermolekuler menjadi jauh lebih kecil bila dibandingkan denganenergi kinetikpartikel, dan ukuran molekul juga menjadi jauh lebih kecil bila dibandingkan dengan ruangan kosong antar molekul.Model gas ideal tak dapat dipakai pada suhu rendah atau tekanan tinggi, karena gaya intermolekuler dan ukuran molekuler menjadi penting. Model gas ideal juga tak dapat dipakai pada gas-gas berat sepertirefrigeranatau gas dengan gaya intermolekuler kuat, sepertiuap air. Pada beberapa titik ketika suhu rendah dan tekanan tinggi,gas nyataakan menjalanifase transisimenjadiliquidatausolid. Model gas ideal tidak dapat menjelaskan atau memperbolehkan fase transisi. Hal ini dapat dijelaskan denganpersamaan keadaanyang lebih kompleks.Gas Ideal Termodinamika KlasikKarakteristik termodinamika gas ideal dapat dijelaskan dengan 2 persamaan:Persamaan keadaangas ideal adalahhukum gas idealPV=nRTPersamaan ini diturunkan dariHukum Boyle:V=k/P(pada n dan T konstan);Hukum Charles:V=bT(pada P dan n konstan); danHukum Avogadro:V=an(pada P dan T konstan). Dengan menggabungkan ketiga hukum tersebut, maka menjadi3V=kba(TnP)yang artinyaV=(kba3)(TnP).Pada kondisi ideal,V=R(TnP); maka,PV=nRT.Energi dalamgas ideal dinyatakan dengan::U=c^VnRTdengan Ptekanan Vvolume njumlah substansigas dalammol Rkonstanta gas Ttemperatur mutlak kkonstanta Hukum Boyle bkonstanta proporsional, sama denganV/T akonstanta proporsional, sama denganV/n Uenergi dalam c^Vkapasitas panasspesifik pada volume konstan, 3/2 untukgas monoatom, 5/2 untukgas diatomdan 3 untuk molekul lain yang lebih kompleks. Untuk mengubah dari besaran makroskopik ke mikroskopik, maka digunakannR=NkBdengan Nadalah jumlah partikel gas kBadalahkonstanta Boltzmann(1.3811023JK1).Kemungkinan distribusi partikel dari kecepatan atau energi dapat menggunakandistribusi kecepatan Maxwell.Hukum ideal gas adalah lanjutan darihukum gasyang ditemukan secara percobaan.Fluidanyata padadensitasrendah dantemperaturtinggi hampir mengikuti hukum gas ideal. Namun, pada temperatur rendah atau densitas tinggi, fluida nyata mengalami penyimpangan jauh dari sifat gas ideal, terutama karenaterkondensasimenjadi liquid atauterdeposisimenjadi padat. Penyimpangan ini dinyatakan dalamfaktor 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 Tidak ada gaya atraktif atau repulsif antara molekul atau sekitarnya

Sifat-sifat gas ideal adalah sebagai berikut.

1. Terdiri atas partikel yang banyak sekali dan bergerak sembarang.2. Setiap partikel mempunyai masa yang sama.3. Tidak ada gaya tarik menarik antara partikel satu dengan partikel lain.4. Jarak antara partikel jauh lebih besar disbanding ukuran sebuah partikel.5. Jika partikel menumbuk dinding atau partikel lain, tumbukan dianggap lenting sempurna.6. Hukum Newton tentang gerak berlaku.7. Gas selalu memenuhi hukum Boyle-Gay LussacGas NyataGas nyata merupakan kebalikan darigas ideal- menjelaskan karakteristik yang tidak dapat dijelaskan olehhukum gas ideal. Untuk memahami perilaku gas nyata, maka faktor-faktor berikut ini mesti diperhitungkan: efek kompresibilitas; kapasitas panas spesifik; Gaya van der Waals;Di banyak perhitungan, analisis mendetail mengenai gas nyata jarang dipergunakan, dan perkiraan dari nilai gas ideal dapat digunakan. Di sisi lain, model gas ideal dapat digunakan digunakan pada kondisi mendekat titikkondensasigas, mendekatitermodinamika, pada tekanan sangat tinggi, dan untuk menjelaskanefek Joule-Thomsonserta beberapa kasus lain yang jarang digunakan.Sifat gas nyata: Volume molekul gas nyata tidak dapat diabaikan Terdapat gaya tarik menarik antara molekul-molekul gas terutama jika tekanan diperbesar atau volum diperkecil Adanya interaksi atau gaya tarik menarik antar molekul gas nyata yang sangat kuat, menyebabkan gerakan molekulnya tidak lurus, dan tekanan ke dinding menjadi kecil, lebih kecil daripada gas ideal. Memenuhi persamaan

P + (an2/V2)] (V nb) = nRT

Dimana :P = Tekanan absolut gas (atm)V = Volume spesifik gas (liter)R = Konstanta gas (0,082 L.atm/mol atau 8,314J/Kmol)T = Suhu /temperatur absolut gas (K)n = Jumlah mol gasa,b = Konstanta Van der Waals

Tabel Nilai tetapan gas yang umum kita jumpai sehari-hari.gasa(atm dm6 mol-2)b(atm dm6 mol-2)

He0,03410,0237

Ne0,21070,0171

H20,2440,0266

NH34,170,0371

N21,390,0391

C2H4,470,0571

CO23,590,0427

H2O5,460,0305

CO1,490,0399

Hg8,090,0170

O21,360,0318

Temperatur dan tekanan kritisKarena uap air mudah mengembun menjadi air, telah lama diharapkan bahwa semua gas dapat dicairkan bila didinginkan dan tekanan diberikan. Namun, ternyata bahwa ada gas yang tidak dapat dicairkan berapa besar tekanan diberikan bila gas berada di atas temperatur tertentu yang disebuttemperatur kritis. Tekanan yang diperlukan untuk mencairkan gas pada temperatur kritis disebut dengantekanan kritis, dan wujud materi pada temperatur dan tekanan kritis disebut dengankeadaan kritis.Temperatur kritis ditentukan oleh atraksi intermolekul antar molekul-molekul gas. Akibatnya temperatur kritis gas nonpolar biasanya rendah. Di atas nilai temperatur kritis, energi kinetik molekul gas jauh lebih besar dari atraksi intermolekular dan dengan demikian pencairan dapat terjadi.

GasTemperaturkritis (K)Tekanankritis (K)GasTemperaturkritis (K)Tekanan kritis (atm)

H2O647,2217,7N2126,133,5

HCl224,481,6NH3405,6111,5

O2153,449,7H233,312,8

Cl241776,1He5,32,26

Tabel Temperatur dan tekanan kritis beberapa gas yang umum dijumpai.

Hukum I TermodinammikaHukum ini terkait dengan kekekalan energi. Hukum ini menyatakan perubahan energi dalam dari suatu sistem termodinamika tertutup sama dengan total dari jumlah energi kalor yang disuplai ke dalam sistem dan kerja yang dilakukan terhadap sistem. Hukum pertama termodinamika adalah suatu pernyataan mengenai hukum universal dari kekekalan energi dan mengidentifikasikan perpindahan panas sebagai suatu bentuk perpindahan energi. Pernyataan paling umum dari hukum pertama termodinamika ini berbunyi: Kenaikan energi internal dari suatu sistem termodinamika sebanding dengan jumlah energi panas yang ditambahkan ke dalam sistem dikurangi dengan kerja yang dilakukan oleh sistem terhadap lingkungannya. Hukum kekekalan energi: Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dihancurkan/dihilangkan. Tetapi dapat ditransfer dengan berbagai cara. Aplikasi: Mesin-mesin pembangkit energi dan pengguna energi. Semuanya hanya mentransfer energi, tidak menciptakan dan menghilangkan.Jika kalor diberikan kepada sistem, volume dan suhu sistem akan bertambah (sistem akan terlihat mengembang dan bertambah panas). Sebaliknya, jika kalor diambil dari sistem, volume dan suhu sistem akan berkurang (sistem tampak mengerut dan terasa lebih dingin). Prinsip ini merupakan hukum alam yang penting dan salah satu bentuk dari hukum kekekalan energi.Sistem yang mengalami perubahan volume akan melakukan usaha dan sistem yang mengalami perubahan suhu akan mengalami perubahan energi dalam. Jadi, kalor yang diberikan kepada sistem akan menyebabkan sistem melakukan usaha dan mengalami perubahan energi dalam. Prinsip ini dikenal sebagai hukum kekekalan energi dalam termodinamika atau disebut hukum I termodinamika. Secara matematis, hukum I termodinamika dituliskan sebagaiQ=W+ UDimanaQadalah kalor,Wadalah usaha, dan Uadalah perubahan energi dalam. Secara sederhana, hukum I termodinamika dapat dinyatakan sebagai berikut.Jika suatu benda dipanaskan yang berarti diberi kalor Q, benda akan mengembang atau bertambah volumenya yang berarti melakukan usaha W dan benda akan bertambah panas yang berarti mengalami perubahan energi dalamU.

Proses IsotermikSuatu sistem dapat mengalami proses termodinamika dimana terjadi perubahan-perubahan di dalam sistem tersebut. Jika proses yang terjadi berlangsung dalam suhu konstan, proses ini dinamakan proses isotermik. Karena berlangsung dalam suhu konstan, tidak terjadi perubahan energi dalam (U= 0) dan berdasarkan hukum I termodinamika kalor yang diberikan sama dengan usaha yang dilakukan sistem (Q=W).Proses isotermik dapat digambarkan dalam grafikpVdi bawah ini. Usaha yang dilakukan sistem dan kalor dapat dinyatakan sebagaiDimanaV2danV1adalah volume akhir dan awal gas.Proses IsokhorikJika gas melakukan proses termodinamika dalam volume yang konstan, gas dikatakan melakukan proses isokhorik. Karena gas berada dalam volume konstan (V =0), gas tidak melakukan usaha (W= 0) dan kalor yang diberikan sama dengan perubahan energi dalamnya. Kalor di sini dapat dinyatakan sebagai kalor gas pada volume konstanQV.QV= UProses IsobarikJika gas melakukan proses termodinamika dengan menjaga tekanan tetap konstan, gas dikatakan melakukan proses isobarik. Karena gas berada dalam tekanan konstan, gas melakukan usaha (W=pV). Kalor di sini dapat dinyatakan sebagai kalor gas pada tekanan konstanQp. Berdasarkan hukum I termodinamika, pada proses isobarik berlakuSebelumnya telah dituliskan bahwa perubahan energi dalam sama dengan kalor yang diserap gas pada volume konstanQV=UDari sini usaha gas dapat dinyatakan sebagaiW=QpQVJadi, usaha yang dilakukan oleh gas (W) dapat dinyatakan sebagai selisih energi (kalor) yang diserap gas pada tekanan konstan (Qp) dengan energi (kalor) yang diserap gas pada volume konstan (QV).Proses AdiabatikDalam proses adiabatik tidak ada kalor yang masuk (diserap) ataupun keluar (dilepaskan) oleh sistem (Q= 0). Dengan demikian, usaha yang dilakukan gas sama dengan perubahan energi dalamnya (W= U).Jika suatu sistem berisi gas yang mula-mula mempunyai tekanan dan volume masing-masingp1danV1mengalami proses adiabatik sehingga tekanan dan volume gas berubah menjadip2danV2, usaha yang dilakukan gas dapat dinyatakan sebagaiDimana adalah konstanta yang diperoleh perbandingan kapasitas kalor molar gas pada tekanan dan volume konstan dan mempunyai nilai yang lebih besar dari 1 ( > 1).Proses adiabatik dapat digambarkan dalam grafikpVdengan bentuk kurva yang mirip dengan grafikpVpada proses isotermik namun dengan kelengkungan yang lebih curam