Makalah PBL 1 Kimia Fisika - Kelompok 8

7/21/2019 Makalah PBL 1 Kimia Fisika - Kelompok 8

http://slidepdf.com/reader/full/makalah-pbl-1-kimia-fisika-kelompok-8 1/24

1

PETA KONSEP



2

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang MasalahKimia fisika merupakan salah satu cabang ilmu kimia yang membahas

mengenai pengaruh faktor-faktor fisika dalam reaksi kimia. Oleh karena itu,

keberadaannya sangat memberi guna bagi kehidupan manusia, karena dengan

merekayasa faktor fisika yang mendukung suatu reaksi atau proses, efisiensi

suatu reaksi dapat ditingkatkan lebih jauh dan lebih baik lagi.

Salah satu bahasan dalam kimia fisika adalah mengenai sifat dari cairan dan

gas. Kedua fasa ini berbeda dengan fasa padat dikarenakan kemampuannya

untuk mengalir dan memindahkan mssanya sendiri dari satu tempat ke tempat

lain, dan karena itu disebut “fluida”. Terlebih lagi, antara fasa cair dan gas pun

memiliki banyak perbedaan pula. alu, terdapat juga teori-teori yang

berhubungan dengan fluida, khususnys gas, seperti teori kinetik gas,

persamaan keadaan, tumbukan molekul, dan lain-lain. Karena sifat dari fluida

yang kompleks ini, para ilmu!an dan insinyur perlu mempelajarinya dengan

lebih dalam lagi, sehingga dapat megetahui dan menanfaatkan sifat-sifat

tersebut dengan cara yang benar.B. Definisi Masalah

"erdasarkan latar belakang masalah yang ada, maka definisi masalah

diberikan sebagai berikut#

$. Konsep dasar kimia fisika dan kegunaannya.

%. &erbedaan dari gas ideal dan gas nyata.

'. (etode untuk mencari berat molekul pada suatu gas.

). *efinisi teori kinetik gas ideal serta penerapannya.

+. *efinisi tekanan total dan parsial, hubungan teori kinetik gas dengan

iskositas gas, serta metode pengukuran iskositas at cair.

. *efinisi peristi!a fluida superkritikal dan penerapannya dalam kehidupan.



3

BAB II

DASAR TEORI

A. Dasar Kimia isika

Kimia fisika adalah cabang ilmu kimia yang mempelajari tentang seluruh

fenomena kimia yang meliputi konteks sub atomik, atomik, dan makroskopik

dalam sistem kimia pada kaitannya dengan hukum dan konsep fisika. /ontoh

bahasannya adalah energi, termodinamika, kinetika, kimia kuantum, dan

kesetimbangan.

0al-hal yang dikaji kimia fisika adalah#

$. 1aya intermolekuler yang mempengaruhi sifat fisik suatu materi, seperti

plastisitas dan kuat tarik polimer, serta tegangan permukaan pada cairan.

%. Kinetika kimia pada laju reaksi.

'. 2dentitas ion dan hubungannya dengan konduktiitas listrik.

). Kimia permukaan.

+. Sel elektrokimia dan redoks.

. 2nteraksi antara sistem dalam kaitannya dengan kerja dan kalor

3termodinamika45. &erpindahan kalor antara sistem kimia dengan lingkungannya pada saat

perubahan fase atau reaksi 3termokimia4.

6. Sifat koligatif larutan.

7. 8umlah fasa dan komponen, serta derajat kebebasan.

B. !as I"eal "an !as N#ata

1as 2deal

1as ideal adalah gas yang mematuhi 0ukum 9os, yaitu &:;n<T, dimana &

adalah tekanan, : adalah olum, n adalah jumlah mol, < adalah konstanta gas,

dan T adalah temperature. 0ukum 9os sendiri merupakan turunan dari '

hukum berbeda, yaitu 0ukum "oyle, 0ukum /harles, dan 0ukum =ogaro.

0ukum "oyle # : ∝ $>& 3n dan T tetap4

0ukum /harles # : ∝ T 3 n dan & konstan4

0ukum =ogadro # :∝ n 3 & dan T tetap4

1as ?yata

1as nyata merupakan gas yang mematuhi 0ukum 9os hanya pada kondisi

tertentu, yaitu pada tekanan rendah dan suhu tinggi. 8ika gas nyata tidak



4

berada pada kondisi tersebut maka gas tersebut akan menyimpang dari 0ukum

9os.

@isika!an "elanda 8ohannes *iderik an der Aaals mengusulkan persamaan

keadaan gas nyata, yang dinyatakan sebagai persamaan keadaan van der

Waals atau persamaan van der Waals. (enurutnya, !alaupun molekul gas

memiliki olume yang sangat kecil, itu tetap saja tidak dapat diabaikan, lebih

lagi karena adanya gaya tarik menarik antar molekul. 2a pun memodifikasi

persamaan gas ideal dengan menambahkan & koreksi dan : koreksi.

P Koreksi= P+a n

2

V 2

V Koreksi= (V −nb )

Sehingga persamaan gas ideal yang telah dimodifikasi pun menjadi

( P+a n

2

V 2 ) (V −nb )=nRT

*i sini konstanta a merupakan gaya tarik antar molekul gas, dan b merupakan

olum atau ukuran molekul gas. a dan b adalah nilai yang ditentukan secara

eksperimen untuk setiap gas dan disebut dengan tetapan van der Waals.

$. Massa M%lek&l Relatif

Bnsur dan senya!a yang partikelnya berupa molekul, massanya dinyatakandalam massa molekul relatif 3(r 4. &ada dasarnya massa molekul relatif 3(r 4

adalah perbandingan massa rata-rata satu molekul unsur atau senya!a dengan

$>$% massa rata-rata satu atom karbon-$%.

8enis molekul sangat banyak, sehingga tidak ada tabel massa molekul relatif.

=kan tetapi, massa molekul relatif dapat dihitung dengan menjumlahkan

massa atom relatif atom-atom pembentuk molekulnya. Mr=∑ Ar

Bntuk senya!a yang partikelnya bukan berbentuk molekul, melainkan

pasangan ion-ion, misalnya ?a/l maka (r senya!a tersebut disebut massa

rumus relatif. (assa rumus relatif dihitung dengan cara yang sama dengan

seperti perhitungan massa molekul relatif, yaitu dengan menjumlahkan massa

atom relatif unsur-unsur dalam rumus senya!a itu.

D. Te%ri Kinetik !as

Teori kinetik gas menjelaskan sifat-sifat makroskopik gas, seperti tekanan,

suhu, atau olume, dengan memperhatikan komposisi molekular mereka



5

dan gerakannya. Teori kinetik beranggapan bah!a gas berada dalam kondisi

yang ideal, seperti#

$. 1as terdiri dari partikel-partikel kecil baik atom maupun molekul dalam

jumlah yang sangat banyak.

%. Karena terlalu kecil, ukuran molekul gas dapat diabaikan terhadap ukuran

!adahnya.

'. Setiap molekul gas bergerak secara acak ke segala arah.

). &ersebaran molekul gas merata di dalam !adah.

+. Tidak terjadi interaksi antar molekul gas.

. &ergerakan molekul-molekul gas memenuhi hukum ne!ton tentang gerak.

Setiap tumbukan yang terjadi merupakan tumbukan yang lenting sempurna.

E. Tekanan T%tal "an Parsial Sistem' serta (isk%sitas $airan ) !as

Tekanan Total dan &arsial Sistem

*alam suatu sistem gas ideal dengan komponen gas yang berjumlah lebih dari

satu, terdapat apa yang disebut dengan tekanan total dan tekanan parsial.

Tekanan total merujuk pada tekanan keseluruhan yang dimiliki suatu sistem,

sedangkan tekanan parsial merujuk pada tekanan yang dimiliki oleh masing-

masing komponen gas dalam sistem tersebut. 0al ini didasari oleh hukum

*alton yang mengatakan bah!a pada suatu sistem gas ideal, tekanan total

dalam suatu sistem tertutup akan sama dengan tekanan parsial dari setiap

komponen gas di dalamnya.:iskositas /airan dan 1as

Setiap jenis fluida memiliki nilai yang disebut dengan iskositas atau

kekentalan, yang didefinisikan sebagai tingkat kemudahan>kesulitan suatu

fluida untuk mengalir. *alam penjabarannya, iskositas dihubungkan dengan

gaya gesek antar “lapisan” fluida dan transfer momentum antarlapisan

tersebut. &ada fasa gas, penjabaran dari iskositas dihubungkan dengan teori

kinetik gas ideal yang diteliti oleh 8ames /lerk (aC!ell. 2a pertama-tama

meneliti mengenai distribusi kecepatan molekul gas dalam suatu sistem 3yang

melahirkan fungsi distribusi kecepatan (aC!ell-"oltmann4, dan mampu

mendefinisikan kecepatan dari suatu molekul gas dalam suatu sistem. *ari

sini, didapatkan hubungan antara kecepatan molekul dengan tumbukan

antarmolekul, sehingga nantinya dapat dihubungkan dengan nilai iskositas

gas. &ada fasa cair, terdapat dua penelitian yang dilakukan masing-masing

oleh &oiseille dan Stokes. &oiseille meneliti mengenai kecepatan alir suatu



6

cairan dalam pipa kapiler, sedangkan Stokes meneliti mengenai seberapa cepat

suatu benda padat bergerak dalam fluida tersebut.

(eskipun sama-sama memiliki nilai iskositas, korelasinya dengan suhu

berbeda antara fasa cair dan gas. &ada fasa cair, iskositas akan menurun bila

suhu naik, namun pada fasa gas, iskositas akan ikut naik bila suhu naik.

. l&i"a S&*erkritikal

S ifat Bmum /airan

Seperti halnya gas, cairan juga memiliki sifat umum. /airan memiliki gaya

tarik antar molekul yang lebih kuat dibandingkan gas. 1aya kohesif cairan

juga lebih besar dibandingkan gas bahkan pada temperatur yang tinggi. =kibat

dari gaya tarik antar molekul yang lebih kuat dibandingkan dengan gas, cairan

memiliki ruang gerak yang lebih sedikit atau dengan kata lain, gerak molekuldari cairan tidak sebebas gerak molekul gas. Selain itu, suatu caiaran juga

memiliki tegangan permukaan dan iskositas.

& encairan 1as

(etode pencairan gas bergantung pada jenis gas yang akan dicairkan. Secara

umum, suatu senya!a yang ber!ujud gas pada suhu ruangan dapat mengalami

kondensasi apabila didinginkan. Suatu gas juga dapat dicairkan dengan

mengubah tekanan atau mengkombinasikan perubahan suhu dan tekanan.

&ada umumnya ada dua metode untuk mencairkan gas. (etode pertama

menggunakan ekspansi adiabatik dengan menerapkan konsep 8oule-Thomson

untuk mendinginkan gas. (etode yang kedua adalah dengan ekspansi

adiabatik menggunakan piston. Kedua metode ini dicontohkan oleh proses

inde dan /laude untuk pencairan gas.

BAB III

PEMBAHASAN

A. Pem+ahasan Part A

$. Kimia fisika adalah cabang ilmu kimia yang mempelajari tentang seluruh

fenomena kimia yang meliputi konteks sub atomik, atomik, dan

makroskopik dalam sistem kimia pada kaitannya dengan hukum dan

konsep fisika. "eberapa contoh bahasan kimia fisika adalah energi,

termodinamika, kinetika, kimia kuantum, dan kesetimbangan.

0al-hal yang dikaji kimia fisika adalah#



7

a. 1aya intermolekuler yang mempengaruhi sifat fisik suatu materi,

seperti plastisitas dan kuat tarik polimer, serta tegangan

permukaan pada cairan.

b. Kinetika kimia pada laju reaksi.c. 2dentitas ion dan hubungannya dengan konduktiitas listrik.

d. Kimia permukaan.

e. Sel elektrokimia dan redoks.

f. 2nteraksi antara sistem dalam kaitannya dengan kerja dan kalor

3termodinamika4

g. &erpindahan kalor antara sistem kimia dengan lingkungannya pada

saat perubahan fase atau reaksi 3termokimia4.

h. Sifat koligatif larutan.

i. 8umlah fasa dan komponen, serta derajat kebebasan.

/abang-cabang dari kimia fisika adalah kimia teoritis, kimia

termodinamik, kimia kinetik, elektrokimia, fotokimia, dan kimia

permukaan.

B. Pem+ahasan Part B

$. Secara umum gas dapat dibagi menjadi %, yaitu gas ideal dan gas nyata.

"agaimanakah kita dapat mengatakan bah!a gas tersebut ideal, dan kapan

kita mengatakan gas tersebut adalah gas nyata. 8elaskan juga kenapa gas

nyata tidak bisa memenuhi hukum-hukum gas ideal.

Suatu gas dapat dikatakan memenuhi hukum gas ideal bila gas tersebut

terdapat pada kondisi tertentu, yaitu tekanan rendah dan suhu tinggi.

Ketika pada kondisi ini, jarak antar molekul cukup besar sehingga gaya

tarik menarik antar molekul dapat diabaikan. Ketika suatu gas tidak pada

kondisi ini maka gas tersebut tidak lagi mengikuti hukum gas ideal,

dikarenakan jarak antar molekulnya cukup kecil sehingga gaya tarik

menarik antar molekul tidak lagi dapat diabaikan.%. Salah satu persamaan gas nyata yang banyak digunakan adalah persamaan

an der Aaals. *engan berdasarkan kepada persamaan gas ideal,

terangkan bagaimana kita bisa mendapatkan persamaan an der Aaals.

*alam persamaan an der Aaals, terdapat dua konstanta yang sangat

tergantung kepada karakteristik dari masing-masing gas. Terangkan

bagaimana cara menentukan nilai konstanta an der Aaals tersebut.

(enurut an der Aaals, gaya antar molekul tidak bisa selalu diabaikan

karena ketika jarak antar molekul cukup dekat maka gaya antar molekul



8

harus ikut diperhitungkan. 1aya antar molekul ini memengaruhi tekanan

dan olum, sehingga an der Aaals pun membuat persamaan untuk

tekanan dan olum yang di koreksi yaitu#

P Koreksi= P+a n

2

V 2

V Koreksi= (V −nb )

*ari persamaan diatas, an der Aaals pun memodifikasi persamaan gas

ideal menjadi#

( P+a n

2

V 2 ) (V −nb )=nRT

a dan b merupakan konstanta an der Aaals, dimana a adalah gaya tarik

antar molekul gas, sedangkan b adalah olum atau ukuran molekul gas.

Konstanta an der Aaals ini didapatkan melalui eksperimen untuk setiap

gas.

Ta+el ,. $%nt%h nilai a "an + &nt&k +e+era*a -enis gas

1as

a

3atm dm mol-%4

b

3atm dm mol-%4

0e D,D')$ D,D%'5

?e D,%$D5 D,D$5$

0% D,%)) D,D%

?0' ),$5 D,D'5$

?% $,'7 D,D'7$

/%0 ),)5 D,D+5$

/O% ',+7 D,D)%5

0%O +,) D,D'D+

/O $,)7 D,D'77

0g 6,D7 D,D$5D

O% $,' D,D'$6

'. Selain persamaan an der Aaals, ada beberapa persamaan lain yang

menjelaskan deiasi gas nyata dari gas ideal. *engan menggunakan

persamaan gas nyata tersebut, tentukanlah propertis dari molekul-molekul

penyusun udara.



9

&ersamaan lain yang menjelaskan deiasi gas nyata dari gas ideal adalah

persamaan Beattie-Bridgeman. &ersamaan ini berdasarkan lima konstanta

yang telah ditentukan melalui eksperimen. &ersamaan ini berbunyi

P= RT v

2 (1− cv T

3 )( v+B )− Av

2

*i mana

A= Ao(1−a

v )B=Bo(1−b

v )&ersamaan ini cukup akurat untuk densitas sampai D.6Ecr. dimana Ecr adalah

densitas dari senya!a pada titik kritisnya. Konstanta untuk persamaan

diatas tersedia pada tabel diba!ah dimana & dalam K&a, dalam

m3

Kmol , T dalam Kelin, dan <;6.'$) KPa. m

3

Kmol . K .

Ta+le . Nilai A/' a' B/' +' "an $ &nt&k +e+era*a gas

1as A/ = B/ b /

Air $'$.6))

$

D.D$7'$ D.D)$$ -D.DD$$D$ ).')F$D)

Arg%n' Ar $'D.56D

%

D.D%'%6 D.D'7'$ D.D +.77F$D)

$ar+%n Di%0i"e' $O +D5.%6'

D.D5$'% D.$D)5 D.D5%'+ .DF$D+

Heli&m' He %.$66 D.D+76) D.D$)DD D.D )D

H#"r%gen' H %D.D$$5 -D.DD+D D.D%D7 -D.D)'+7 +D)

Nitr%gen' N $'.%'$

+

D.D%$5 D.D+D) -D.DD7$ ).%DF$D)

O0#gen' O $+$.D6+

5

D.D%+% D.D)%) D.DD)%D6 ).6DF$D)



10

$. Pem+ahasan Part $

$. /ara menentukan berat molekul gas.

(etode <egnault#

(etode <egnault merupakan metode menentukan berat molekul at,

dimana dalam metode ini at yang ditentukan berbentuk gas pada suhu

kamar. /ontohnya adalah dengan menggunakan suatu bola gelas

berukuran 'DD G +DD cc. "ola gelas tersebut dikosongkan, lalu ditimbang

kembali. Setelahnya, kita dapat mengukur tekanan dan temperatur gas

tersebut. *engan memakai rumus &: ; n<T, kita dapat menentukan berat

gas, dimana beratnya merupakan selisih antara berat kedua hasil

timbangan.

%. (etode lain menentukan berat molekul gas.

a. (etode *umas#

(etode *umas adalah prosedur yang digunakan untuk menentukan

berat molekul dari at yang tidak diketahui. (etode dumas yang tepat

untuk menentukan berat molekul at organik olatil yang cairan pada

suhu kamar.

(etode *umas masih menjadi subyek latihan laboratorium dalam

kursus kimia. 2ni melibatkan mencari massa, olume, suhu, dan

tekanan dari suatu at dalam fase uap. &enentuan massa molar dalam

metode *umas percobaan modern yang menggunakan hukum gas ideal

adalah dengan mengetahui tekanan, olume, dan suhu dari sampel gas

memungkinkan seseorang untuk mengetahui jumlah mol. *engan kata

lain mengetahui massa yang sesuai dengan jumlah mol memungkinkan

perhitungan massa molar. *engan asumsi senya!a yang tidak

diketahui mematuhi persamaan gas ideal , jumlah mol dari senya!a

yang tidak diketahui, n , dapat ditentukan oleh &: ; n<T di mana

tekanan & adalah tekanan atmosfer, : adalah olume, T adalah

temperatur absolut, dan < adalah konstanta gas ideal. *engan

membagi massa dalam gram dengan jumlah mol dihitung, berat

molekul dapat diperoleh.

b. imit densitas#



11

imit densitas merupakan salah satu metode penentuan berat molekul

gas dengan memanfaatkan rumus yang berlaku pada teori gas ideal,

yaitu &: ; n<T. <umus tersebut dapat diturunkan menjadi sebagai

berikut#

PV =nRT

PV = m

Mr RT

P= m

V Mr RT

P= ρ Mr

RT

*ari penurunan rumus tersebut, kita menemukan hubungan antara massa

jenis dengan berat molekul. *ari situ, dengan menentukan massa jenisnya,

sekalian dengan tekanan dan temperatur, kita dapat menentukan berat

molekul suatu at tersebut.

D. Pem+ahasan Part D

$. &ostulat kecepatan molekul, frekuensi tumbukan, dan jalan bebas rata-rata.

Kecepatan molekul rata-rata terhadap molekul sejenis#

C = 8 RT

1

2π Mr

@rekuensi tumbukan molekul per satu detik#

´Z AA=√ 2 π d AA

2C AA N

V

8alan bebas rata-rata molekul#

λ= C

Z AA

%. (enghitung tumbukan molekul gas dan energi kinetik gas.

a. Tumbukan gas total tiap menit#



12

C AA= 8 RT

1

2π Mr

C AA=√ 8 × 8.13× 1000 K

1

2× 3.14 28 10

−3k! /m

3

C AA=1230m

s

´Z AA=√ 2 π d AA

2C AA N

V

5 10

√ 2× 3.14 ×(¿¿−10)2

×1230 m /s ×5.44 1011

1m3

´Z AA=¿

´Z AA=7 . 4 3 ×10−4 n

s × 60 s

´Z AA=0.045

n

1meni"

b. 9nergi kinetik gas total#

EK =3

2 KT

#K =3

2×1.38 ×10

−23×1000 K

#K =2.07 ×10−20

$

∑ #K =2.07 ×10−20

$ × 0.045 n

1 meni"

∑ #K =9.3 ×10−22

$

E. Pem+ahasan Part E

$. "erdasarkan soal yang diberikan, diketahui bah!a olume reaktor yang

digunakan adalah sebesar %.%) F $D)

cc, atau sama dengan %.%) F $D-%

m'

.



13

"anyak mol 0% yang digunakan sebesar %.D mol, dan ?% sebesar $.D mol.

Suhu reaksi bersifat tetap, yaitu pada %5'.$+ K. *ari sini, dapat dicari nilai

tekanan total dan tekanan parsial dari masing-masing komponen gas pada

akhir reaksi menggunakan 0ukum Tekanan &arsial *alton. PTo"al= P

1+ P

2+ P

3+%

(aka, pertama-tama persamaan reaksi serta perhitungan stoikiometrinya

harus dibuat terlebih dahulu. N

2+3 &

2' 2 N&

3

m2.01.0

b 1

31.0

2

3

s 5

3−

2

3

*ari persamaan stoikiometri di atas, dapat dilihat bah!a pada akhir reaksi,

terdapat +>' mol gas ?% dan %>' mol gas ?0'. *ari sini, dapat dicari

tekanan parsial dari masing-masing gas.

a. 1as ?%# P Ni"ro!en V =n Ni"ro!en RT

P Ni"ro!en=n Ni"ro!en RT

V

P Ni"ro!en=

5

3×8.31×273.15

2.24×10−2

=168889.62 Pa

b. 1as ?0'# P AmoniaV =n Amonia RT

P Amonia=

n Amonia RT

V

P Ni"ro!en=

2

3× 8.31× 273.15

2.24 ×10−2

=67555.85 Pa

*engan demikian, tekanan total sistem pada akhir reaksi juga dapat dicari,

yaitu# PTo"al= P Ni"ro!en+ P Amonia=168889.62+67555.85

¿236445.47 Pa



14

%. :iskositas dari suatu gas dapat ditentukan dengan beberapa metode, yang

salah satu metodenya memanfaatkan teori kinetik gas ideal. (etode

tersebut ditemukan oleh 8ames /lerk (aC!ell. *asar teori dari metode

yang digunakannya adalah persamaan distribusi kecepatan (aC!ell-

"oltmann, yang menjelaskan mengenai distribusi kecepatan molekul gas

pada suhu T, yang dinyatakan dalam bentuk fungsi sebagai berikut.

( ( v )=4 π ( M

2 πRT )3 /2

v2

e− M v

2/2 RT

"erdasarkan fungsi distribusi kecepatan (aC!ell-"oltmann tersebut,

dapat ditemukan ' jenis nilai kecepatan molekul, yaitu#

a. Kecepatan yang paling mungkin, yaitu# v¿

=

√2 RT

M

b. Kecepatan rata-rata, yaitu# v=√8 RT

πM

c. Kecepatan root mean square 3rms4, yaitu# v RM)=√3 RT

M

*ari nilai kecepatan tersebut, dapat ditentukan pula nilai frekuensi

tumbukan, yang siberi simbol z . @rekuensi tumbukan yaitu jumlah

terjadinya tumbukan pada tiap molekul dibagi dengan interal !aktu, yang

didefinisikan sebagai *=+ v n¿

. *engan penjabaran nilai H sebagai 1"

dan nilai nI sebagai ?>: , persamaan di atas dapat didefinisikan sebagai

berikut.

*=+ v P N A

RT

Kemudian, setelah menemukan nilai frekuensi tumbukan, dapat ditemukan

pula nilai jalan bebas rata-rata 3mean free path4, yang menyatakan jarak

rata-rata yang ditempuh oleh molekul antar tumbukan. ?ilai ini diberi

simbol J, dan didefinisikan sebagai berikut.

λ=v , " = v *=

RT

+P N A=

1

+ n¿



15

&ersamaan di atas direisi dengan pendefinisian kecepatan rata-rata relatif,

yang didefinisikan sebagai vrel=√ 2 v . Oleh karena itu, rumus jalan

bebas rata-rata mendapat tambahan konstanta sebagai berikut.

λ= 1

√ 2+ n¿=

1

√ 2π d2

n¿

*ari sini, dapat ditemukan relasi antara iskositas dengan jalan bebas rata-

rata, yang tergambar dalam rumus berikut. @aktor =L menunjukkan nilai

konsentrasi molar gas di dalam ruang sistem, dan ( menunjukkan massa

molar gas.

-=1

3

Mλ v [ A ]

(etode yang dilakukan oleh (aC!ell adalah dengan menggunakan

peralatan sebagai berikut.

&ada alat tersebut, sampel gas dimasukkan ke dalam pipa kapiler yang

kecil. &erubahan tekanan dari sistem diukur dengan menggunakan

manometer sebagai fungsi dari !aktu. Sebuah labu kalibrasi dengan

olume yang sudah diketahui digunakan untuk mementukan olume dari

sistem.

Cara menentukan diameter rata-rata dari NH 3:

Bntuk menemukan diameter rata-rata dari molekul ?0' yang dihasilkan,

dapat digunakan rumus yang merelasikan iskositas dengan kecepatan

molekul, jalan bebas rata-rata 3mean free path4, massa molar, dan

konsentrasi, yaitu seperti yang diberikan pada bagian sebelumnya. *engan

begitu, maka nilai mean free path 3J4 dapat ditemukan, dan selanjutnya

dapat digunakan untuk mencari diameter rata-rata dari molekul ?0'.

!am+ar ,. Skema Kasar "ari S&s&nan Alat #ang "ig&nakan Ma02ell "alam meng&k&r

(isk%sitas !as



16

λ= 3-

M v [ N& 3]=

3-

M n

V √8 RT

πM

λ= 3 ×9.08 ×10−6

17 × 2/3

2.24 × 10−2

×√ 8× 8.13 ×270

3.14 ×17

=2.97 ×10−9

m

(aka ditemukanlah nilai mean free path dari molekul ?0' , yaitu sebesar

%.75 F $D-7 m. *ari nilai ini dapat ditemukan nilai diameter dari molekul

?0', yaitu#

λ= 1

√ 2 π d2

n¿

d2=

1

√ 2 πλ n¿=

R T

√ 2 π λ N A P

d2=

8.13 × 270

√ 2× 3.14 ×2.97 ×10−9

× 6.02×1023

×105 =2.76 × 10

−18m

2

d=1.66 × 10−9

m

0asil di atas merupakan diameter dari molekul ?0' bila menggunakan

nilai koefisien iskositas sebesar 7.D6 F $D- kg>m.s pada suhu %5D K dan

tekanan $.DD bar. "erikut merupakan penghitungan diameter molekul ?0 '

bila menggunakan hasil pengukuran iskositas sebesar $.5)7 F $D -+ kg>m.s

pada suhu )7D K dan tekanan $D.D bar.

λ= 3-

M v [ N& 3]=

3-

M n

V √8 RT

πM

λ= 3 ×1.749×10

−5

17 × 2/3

2.24 × 10−2

×

√

8× 8.13 × 490

3.14 ×17

=4.24 ×10−9

m

λ= 1

√ 2 π d2

n¿

d2=

1

√ 2 πλ n¿=

R T

√ 2 π λ N A P

d2=

8.13× 490

√ 2× 3.14 ×4.24 ×10−9

×6.02 ×1023

× 106 =3.51 ×10

−19m

2



17

d=5.93×10−10

m

"erdasarkan kedua nilai diameter di atas yang dihitung pada suhu dan

tekanan yang berbeda, maka dapat dicari nilai diameter rata-rata dari

molekul ?0'.

d=1.66 ×10

−9+5.93 ×10−10

2=1.1265 ×10

−9m=1.1265 nm

(aka, diameter rata-rata dari molekul ?0' yang dihasilkan adalah $.$%+

F $D-7 m, atau $.$%+ nm.

Metode untuk menentukan viskositas airan:

Secara umum, metode-metode yang digunakan untuk mencari koefisien

iskositas dari cairan didasari pada persamaan &oiseille atau Stokes.

&ada, persamaan &oiseille, dirumuskan bah!a koefisien iskositas dari

suatu cairan dapat ditemukan dengan menggunakan rumus sebagai berikut.

-= πP r

4"

8 V

Bntuk menghitung koefisien iskositas dari suatu cairan, tidak semua

kuantitas yang ada perlu dicari, namun dapat dilakukan metoda

perbandingan sebagai berikut.

-1

-2=

π P1r4

" 1

8 .V ×

8 .V

π P2

r4 " 2=

P1 " 1

P2

" 2=

ρ1" 1

ρ2

" 2

&ada perbandingan di atas, tekanan dari suatu cairan akan sebanding

dengan massa jenisnya. Oleh karena itu, kuantitas massa jenis dapat

digunakan untuk menggantikan tekanan. Bntuk menghitung !aktu yang

dibutuhkan, digunakanlah alat bernama :iskometer Os!ald, suatu alat

nerupa pipa kapiler untuk menghitung !aktu tempuh cairan dalam pipa

itu. *engan demikian, nilai iskositas dari cairan yang diuji dapat

ditemukan.

(etode lain yang ada adalah dengan menggunakan falling sphere

visometer 3iscometer bola jatuh4, yang menggunakan hukum Stokes.

0ukum Stokes membicarakan dan berfokus mengenai bagaimana suatu

benda sferis 3berbentuk bola4 bergerak dalam media fluida. 1eorge 1.

Stokes merumuskan bah!a gaya graitasi yang berlaku pada benda dan

gaya gesek yang terjadi terhadap benda oleh fluida dapat didefinisikan

sebagai berikut.



18

( 1=

4

3π r

3 ( ρ− ρ( ) ! / ( 2=6 πr-v

"ila gaya graitasi dan gaya gesek disamakan, maka akan terlihat sebagai

berikut.4

3π r

3 ( ρ− ρ( ) !=6 πr-v

-=2 r

2 ( ρ− ρ ( ) !

9 v

<umus di atas disebut juga sebagai hukum Stokes, dan merupakan dasar

dari alat ukur iskometer bola jatuh. &ada alat ini, fluida yang diuji

ditampung pada alat, lalu sebuah bola baja dengan diameter relatif kecil

dijatuhkan pada fluida dalam alat, sehingga !aktu yang diperlukan untuk

menempuh % titik yang ditentukan dapat ditemukan. "ila prosedur yang

sama diterapkan pada suatu cairan referensi yang sudah diketahui

iskositasnya, maka dapat ditemukan nilai iskositas cairan yang diuji

melalui perbandingan sebagai berikut.

-1

-2

= ( ρ− ρ( 1) "

1

( ρ− ρ( 2) " 2

*engan demikian, nilai iskositas cairan yang diuji dapat ditemukan, bila

nilai iskositas cairan referensi dan bola baja sudah diketahui sebelumnya.

. Pem+ahasan Part

$. 1rafik &-T dari 0%O#

1ambar di atas menunjukkan kura tekanan terhadap temperatur untuk

0%O. &ada gambar diatas titik = adalah triple point dari 0%O sedangkan

titik / adalah titik kritisnya. Tekanan dan temperatur pada titik ini disebut

sebagai tekan kritis dan temperatur kritis, &c dan Tc. Bntuk 0%4,

!am+ar . Diagram asa P3T "ari Air



19

temperatur kritisnya adalah )5 K dan tekanan kritisnya adalah %$6 atm.

*i setiap temperatur di atas Tc, fasa cair dan uap tidak dapat

berdampingan di kesetimbangan dan kompresi isothermal dari uap tidak

akan menyebabkan kondensasi. &ada keadaan ini, memungkinkan terjadi

perubahan dari titik < 3uap4 menuju titik M 3cair4 tanpa terjadi kondensasi.

&ada proses tersebut, densitas berubah secara terus-menerus dan terjadi

transisi uap ke cairan tidak seperti pada transisi biasanya dengan

kondensasi.

=pabila T N Tc dan & N &c , maka suatu fluida akan mengalami kondisi

superkritis. *ensitas dari fluida superkritis lebih menyerupai fasa cair

dibandngkan fasa uapnya, tetapi densitasnya jauh lebih rendahdibandingkan cairan pada konsisi normal. &ada kondisi superkritis, suatu

fluida memiliki jarak antar molekul yang lebih besar dibandingkan cairan

pada kondisi normal dan iskositas yang jauh lebih rendah dibandingkan

cairan pada kondisi normal.

%. Suatu fluida yang berada pada kondisi superkritis memiliki sifat yang

sangat unik, yang mana fluida tersebut memiliki kerapatan seperti cairan

sekaligus memiliki kemampuan difusi seperti gas dan juga memiliki

tegangan permukaan yang sangat kecil mendekati tidak ada.

*engan kerapatan yang menyerupai cairan, suatu fluida superkritis bisa

dimanfaatkan sebagai alternatif pelarut, /ontohnya /O% superkritis yang

bisa dimanfaatkan sebagai pelarut organik. <endahnya tegangan

permukaan membuat fluida superkritis bisa melakukn kontak dengan

sempurna dengan material lain.

Selain itu, fluida superkritis juga bermanfaat pada bidang biomedis. *alam

biomedis, diperlukan material berpori yang dapat menjadi media tumbuh

dari sel dalam tubuh manusia. *engan kemampuan difusi seperti gas,

fluida superkritis dapat dengan mudah masuk ke dalam bahan polimer

sehingga terbentuk pori-pori.

&ada industri makanan, fluida superkritis /O% juga dapat digunakan untuk

memisahkan senya!a-senya!a yang tidak diperlukan oleh tubuh manusia.

@luida superkritis /O% dapat memisahkan cafein dari kopi tanpa

mengurangi kekhasan dari aroma kopi sendiri. 2ndonesia merupakan

negara yang kaya sumber daya alam yang mengandung senya!a-senya!a



20

aktif yang bermanfaat untuk kehidupan manusia. @luida superkritis /O%

dapat digunakan sebagai pelarut alternatif ”green solent” nuntuk

mengekstrak>mengambil senya!aGsenya!a aktif yang dapat digunakan

untuk kehidupan manusia.

'. Keadaan kritis adalah olume, temperatur dan tekanan pada titik belok

kura kritis dari kura :an der Aalls. *iasumsikan bah!a persamaan :an

der Aaals dapat diaplikasikan pada titik kritis, sehingga konstanta :an der

Aaals dari setiap gas dapat dihitung berdasarkan konstanta kritis gas

tersebut. *engan menguraikan persamaannya, kita memiliki#

P= RT

V −b−

a

V 2

P ( V −b ) V 2− RT V

2+a ( V −b )=0

P V 3−( Pb− RT ) V 2+a V −ab=0

V 3−(b−

RT

P ) V

2+ a

PV −

ab

P =0

&ada kondisi kritis tekanan dan temperaturnya menjadi &c dan Tc,

sehingga persamaan di atas akan menjadi#

´V

3

−(b−

R T C

PC ) ´V

2

+

a

PC

´V −

ab

PC =0

Tampak bah!a persamaan di atas sudah sama bentuknya dengan bentuk

umum persamaan orde '. Kita tahu bah!a jika persamaan orde '

mempunyai ' buah akar dan bentuk umumnya juga dapat berupa#

( V − V 1) ( V − V

2 ) ( V − V 3 )=0

&ada kondisi kritis, ketiga persamaan itu akan berharga sama, yaitu V C ,

sehingga#

( V − V C )( V − V C ) ( V − V C )=0 /( V − V C )3=0

V 3−3 V C V

2+3 V C 2

V − V C 3=0

*engan membandingkan persamaan di atas dengan prsamaan orde baru

sebelumnya, maka diperoleh#

3 V C =b− R T C

PC



21

V C =3 b / PC = a

27 b2

/ T C = 8 a

27 Rb

3 V C = a

P C

/ V C

3= ab

PC

atau# R T C

PC V C

=8

3

&ersamaan di atas inilah yang disebut dengan persamaan keadaan kritis

:an der Aaals.

BAB I(

KESIMPULAN

=. Kesimpulan &art =

Kimia fisika adalah cabang ilmu kimia yang mempelajari tentang seluruh

fenomena kimia yang meliputi konteks sub atomik, atomik, dan makroskopik

dalam sistem kimia pada kaitannya dengan hukum dan konsep fisika.

"eberapa contoh bahasan kimia fisika adalah energi, termodinamika, kinetika,

kimia kuantum, dan kesetimbangan. Kimia fisik mengukur, menghubungkan

dan menjelaskan aspek kuantitatif dari proses kimia.

". Kesimpulan &art "

Secara umum gas terbagi dua, yaitu gas ideal dan gas nyata. 1as ideal

menuruti hukum persamaan gas umum &:;n<T pada seluruh kondisi,

sedangkan gas nyata hanya menuruti hukum persamaan gas umum pada

tekanan rendah dan suhu tinggi dan akan menyimpang dari persamaan gas

umum ketika tidak pada kondisi tersebut. 2ni dikarenakan pada gas nyata

hubungan antar molekul dan olum molekul diperhitungkan. Sehingga pada

gas nyata digunakan hukum an der Aaals dimana & dan : diubah menjadi

&koreksi dan :koreksi.

/. Kesimpulan &art /

(olekul relatif 3(r 4 adalah perbandingan massa rata-rata satu molekul unsur

atau senya!a dengan $>$% massa rata-rata satu atom karbon-$%. (olekul

relatif juga dapat disebut berat molekul 3"(4. "erat molekul suatu at,

terutama gas, dapat dicari atau ditentukan dengan berbagai macam metode,

yaitu metode <egnault, metode *umas, dan limit densitas. (etode-metode



22

tersebut memiliki berbagai macam percobaan yang berbeda, tetapi pada

dasarnya berpatokan dan menggunakan rumus gas ideal, yaitu &: ; n<T,

sebagai perhitungan yang akan menghasilkan berat molekul at yang dicari.

*. Kesimpulan &art *Teori kinetik gas menjelaskan tentang sifat-sifat makroskopis gas, seperti

tekanan, temperatur, olume dengan menganggap komposisi dan gerak

molekul. Secara esensial, teori ini mengungkapkan bah!a tekanan bukan

tolakan antara molekul diam, namun tumbukanantara molekul-molekul yang

bergerak dengan kecepatan tertentu. Teori kinetik disebut juga teori kinetik

molekul atau teori tumbukan. *ari teori kinetik gasm kita dapat menentukan

nilai kecepatan rata-rata molekul gas, frekuensi tumbukan yang dialami oleh

gas, dan energi kinetik yang dihasilkan oleh gas.

9. Kesimpulan &art 9

Tekanan total dari suatu sistem merupakan jumlah dari tekanan parsial seluruh

komponen gas yang ada dalam sistem, seperti yang telah dinyatakan oleh

hukum *alton. alu, iskositas suatu gas dapat dicari dengan menggunakan

teori kinetik gas ideal, seperti yang telah dilakukan oleh (aC!ell dalam

fungsi distribusi kecepatan (aC!ell-"oltmann, teori tumbukan molekul gas,

mean free path! sehingga dapat ditemukan persamaan untuk mencari

iskositas suatu gas. &ada fasa cair, terdapat dua metode untuk mencari

iskositas, yang didasari oleh hukum &oiseille dan hukum Stokes. 0ukum

&oiseille membicarakan laju aliran cairan dalam pipa kapiler, dan hukum

Stokes membicarakan bagaimana suatu benda padat bergerak dalam at cair.

@. Kesimpulan &art @

/airan memiliki karakteristik umum, diantaranya memiliki gaya tarik

antarmolekul yang lebih kuat dibandingkan gas memiliki iskositas, memiliki

tegangan permukaan, dan menempati ruang sehingga memiliki olume.Suatu gas dapat dicairkan. Secara umum, metode pencairan gas ada dua, yaitu

dengan menggunakan metode inde dan /laude. 1as dapat diubah menjadi

cairan dengan menurunkan suhunya atau dengan kompresi suatu gas sehingga

tekanannya meningkat atau dengan kombinasi keduanya.

/airan dapat mengalami kondisi kritis. Kondisi kritis setiap cairan berbeda-

beda tergantung jenis cairannya. Tekanan suatu cairan pada kondisi kritis

disebut sebagai tekanan kritis dan temperatur cairan pada kondisi kritis disebut

temperatur kritis. Suatu cairan juga dapat mengalami kondisi superkritis.



23

Superkritis terjadi apabila suhu atau tekanan cairan tersebut sudah berada di

atas suhu dan tekanan kritisnya.



24

DATAR PUSTAKA

. Bab "": #as $eal onlineL =ailable at# kimia.unnes.ac.id>kasmui>

ebook>kf$>bab%.pdf %D September %D$)L=tkins, &. dan de &aula, 8. 3%D$D4 %h&sial Chemistr&! 'th edition. ?e! Mork#

A.0. @reeman and /ompany

eine, 2ra ?. 3%DD74 %h&sial Chemistr& (th )d. ?e! Mork# 0igher

9ducation

(aron, S.0., ando, 8."., &rutton, /.@. 3$75)4 *undamentals of %h&sial

Chemistr&. ondon# (acmillan

?ae, /.<. 3$7764 Mean *ree %ath! Moleular Collisions onlineL =ailable at

http#>>hyperphysics.phy-astr.gsu.edu>hbase>kinetic>menfre.html 6

September %D$)L

&olik, A.@. 3%DDD4 +isosit& of #ases onlineL =ailable at

http#>>!!!.chem.hope.edu>Ppolik>/hem')+-%DD'>gasiscosity.htm

$$ September %D$)L

&urnama, &urba. ,uperkritis arbon ioksida: %emanfaatan #as $umah

aa sebagai /#reen ,olvent/ onlineL =ailable at#

http#>>purbapurnama.com>science>Qp;$+ %D September %D$)L

Tahir, 2. 3%D$'4 "N)0"1 "M"1: 0eori inetika #as onlineL =ailable at

http#>>iRmal.staff.ugm.ac.id>!p-content>uploads>iRmal-kinetika-$'-

teori-kinetika-gas.pdf $% September %D$)L

Takeuchi, M. 3%DD64 #as "deal dan #as N&ata onlineL =ailable at

http#>>!!!.chem-is-try.org>materikimia>kimiadasar>gas$>gas-ideal-

dan-gas-nyata> $' September %D$)L

Makalah PBL 1 Kimia Fisika - Kelompok 8

Documents

Transcript of Makalah PBL 1 Kimia Fisika - Kelompok 8