15. WUJUD ZAT

1.1. Perbedaan Umum Ketiga Wujud Zat

Keadaannyadiantara gas danpadatanPartikel dapatbergerak, bertabrakan danmenumbuk dindingwadahMemiliki energitranslasi dan energivibrasiPunya energitranslasi FLUIDA

Partikelnya tidakdapat bergerakbebas, terpaku padatempatnya sambilbervibrasi energivibrasiJarak partikelberdekatanPadatan yang berbentuk kristalpartikel tersusunrapih secarageometrik punyapola tertentu

Atom, Ion danmolekul gas bergerak bebas. Bertabrakan danmenumbuk dindingwadah.Jarak lintasan jauhlebih besar daridiameter partikel gasEnergi geraktranslasiEnergi tarik menarikrealatif lemah drpd e. translasi

CAIRANPADATANGAS

1.2. Wujud dan Teori Kinetik

Partikel materi dalam keadaan gerak Gerakan tergantung pada energi kinetik

2Tabel 1. Wujud dan Teori Kinetik

Translasi, vibrasi danrotasiTabrakan lentingsempurnaEk rata-rata berbanding lurusdengan temperatur

Translasi, vibrasi danrotasi

Gerakan vibrasi

Berjauhan, tidakterjadi tarik menarik

Berikatan dengangaya sedang

Saling terikat erat

Bergerak mengikutigaris lurus, sangattidak teratur

Partikelnya relatifmudah bergerak

Partikelnya terletaksecara teratur dlmstruktur kisi

Partikelnya sangatberjauhan

Partikelnya rapatKerapatan relatifbesar (berjejal)

GASCAIRANPADATAN

Tabel 2. Beberapa Sifat Materi

Sangatbesar

Sangatkecil

Sangat kecilKompresibilitas

Relatif kecilLebih rapatdari gas

Umumnyalebih kecildaricairannya

Kerapatan

MengalirMengalirKakuFluiditas

Bergantungtekanan

TertentuTertentuVolume

Sesuaiwadah

Sesuaiwadah

TertentuBentukGASCAIRANPADATANSIFAT

31.3. Perubahan Wujud

PADATAN CAIRAN GAS

meleleh

mencair

menguap

mengembun

Temperatur 0C

Kaloryang diberikan

A

B

C

D

E A. Energi kinetik zat padatnaik

B. Perubahan fasa padatcair (titik leleh a0C)

C. Temperatur cairanbertambah secara teratur

D. Perubahan fasa cair jadigas ( titik didih = b0C)

a b

1. 4. Peralihan dan KesetimbanganFasa

Wujud zat ( gas, padat atau cair) ditentukan olehTEKANAN dan TEMPERATUR

P dan T juga menentukan kapan zat tersebutberada dalam kesetimbangan fasa.

Kesetimbanga fasa :- Sistem punya lebih dari satu fasa walaupun

materinya sama- Terjadi perpindahan reversibel dari satu spesi ke

spesi yang lain- P dan T pada seluruh sistem merata.

41.4.1. Fasa ( P ) Homogen dan dapat dipisahkan dari bagian lain

sistem oleh batas yang jelas Sifat fisik dan/atau sifat kimia berbeda dari baian

lain sistem Dapat dipisahkan secara mekanik Contoh :

Satu Fasa : Campuran gas, dua cairan yang bercampurDua fasa : Gas dan padatan, gas dan cairan, duacairan yang tidak bercampurTiga fasa : padatan,cairan dan gas / dua cairanyang tidak bercampur dan gas

1.4.2. KOMPONEN ( C )

Jumlah komponen adalah jumlah minimum spesi kimia yang membentuk sistemtersebut, yang dapat menentukan susunansetiap fasa sistem

Contoh :- H2O (l) H2O (g) C = 1- Penguraian kalsium karbonat

CaCO3 (s) CaO(s) + CO2(g) C = 2

Dalam keadaan tidak seimbang untuk mengetahuikeadaan sistem perlu 3 komponen. C = 3

Larutan NaCl C = 2

Larutan NaCl jenuh terdapat NaCl (s) dan uap air

P = 3, C = 2

5Derajat Kebebasan (F)

Jumlah derajat kebebasan adalah jumlah variabelyang diperlukan untuk menentukan keadaan suatusistem

Sistem yang mempunyai satu derajat kebebasandisebut UNIVARIAN

Sistem yang mempunyai dua derajat kebebasandisebut BIVARIAN

Sistem yang tidak mempunyai derajat kebebasandisebut INVARIAN

Aturan Fasa

Sistem satu komponen ( C= 1) F = 3-P Jika satu fasa (P = 1), maka F = 2 (BIVARIAN),

ada dua variabel yang dapat bebas bervariasi yaitutekanan (P) dan temperatur (T)

Jika dua fasa ( P = 2), maka F = 1 (UNIVARIAN), hanya ada satu variabel bebas , tekanan (P) atautemperatur (T)

F = C P + 2

Jika terdapat 3 fasa dalam satu sistem (P = 3) maka F = 0 (INVARIAN) tidak adavariabel yang bebas berubah

P

T

padat

gas

cair

Titik tripel

Gambar 4. Diagram Fasa

6Sistem dua komponen ( C = 2) F = 4 P

Jika terdapat satu fasa (P = 1), maka F = 3 (TRIVARIAN) diperlukan 3 variabel , yaituTekanan (P), temperatur (T) dan komposisi.

Tabel Payung Aturan Fasa

332Distribusi zat terlarutantara dua pelarut yang tidak becampur

4.

222Larutan gas dalam air3

123Zat padat (hidrat, karbonat)

2

112Zat murni tunggalCairan uapPadatan uapCairan padatan

1

F=C-P+2CPSistemNo.

1.5. PERUBAHAN TEMPERATUR DAN TEKANAN

A. Perubahan Temperatur

Jika tekanan tetap di atas titik tripel (line 1). Jika dibawah titik tripel (line 2) Sublimasi

P

T

1

2

padat

cair

gas

3

7B. Perubahan Tekanan

Pada temperatur konstan pada umumnya jika

temperatur naik gas jadi cair ( line 3).

1.6. Diagram Fasa Air

0,00603 atm

0,010C

1 atm

Td = 1000C

1.7. Diagram Fasa Karbondioksida

5,2 atm

- 78 - 57 0C

1 atm

1.8 Aturan Troutron Perubahan entropi transisi : (P, T tetap)

S (transisi) = q rev = H(transisi)T T

Padat tahun 1884, F.Trouton menemukan keteraturanH(b) = 21 kal / mol. K S (b) = 21 s.e/molTb

Atau H(b) = 88 J / mol. KTb

Berlaku pada zat yang tidak berasosiasi, Mr kira-kira100, titik didih tidak terlalu tinggi

8Sifat Umum Gas

Empat sifat gas yang dapat diukur adalah tekanan, volume, suhu, dan jumlah (gram atau mol).

Dalam kimia, tekanan adalah gaya per satuan luas, biasanya digambarkan dalam satuan torr atau atmosfir.

Volume gas selalu sama dengan volume wadahnya, karena gas tersebar di setiap penjuru ruang. Simbolnya V, satuannya Liter atau miliLiter.

Suhu gas dilambangkan T, satuannya Kelvin.

Jumlah zat dalam sampel gas biasanya dinyatakan dalam mol (n).

Unsur gas dalam table periodik di bawah ini, berwarna biru

9Tekanan

Tekanan adalah gaya per satuan luas. Gravitasi bumi bekerja pada molekul-molekul udara yang menimbulkan suatu gaya yang dapat menekan permukaan bumi. Gaya tersebut per satuan unit luas disebut tekanan atmosfer.

Barometer adalah suatu alat untuk mengukur tekanan atmosfer. Barometer sederhana adalah barometer Torricelli.

Gambar Barometer Torricelli.

Dalam SI, unit tekanan adalah Pascal (Pa). 1 atm = 101,325 Pa = 760 torr

ManometerManometer digunakan untuk mengukur tekanan

dalamsuatu bejana atau ruang tertutup.

10

Hubungan Tekanan-Volume-Suhu Beberapa Gas Tertentu

Hukum Boyle: Volume sejumlah gas pada suhu konstan berbanding terbalik dengan tekanannya.

V 1/P

Hukum CharlesSesuai dengan Hukum Suhu-Volume atau Hukum

Charles, volume sejumlah gas tertentu berbanding lurus dengan suhu (K) jika tekanan gas dijaga konstan.

V T

11

Hukum Gay-Lussac

Hukum Tekanan-Suhu atau Hukum Gay-Lussac: Tekanan sejumlah gas tertentu pada volume konstan

berbanding langsung dengan suhu (K).

P T

Hukum Kombinasi GasHukum Kombinasi Gas; perbandingan PV/T konstan

untuk sejumlah gas tertentu.

PV/T = konstan

P1V1/T 1= C

P2V2/T 2= C

Sehingga P1V1/T 1= P2V2/T 2

12

Prinsip AvogadroVolume gas berbanding langsung dengan molnya, n:

H2(g) + Cl2(g) 2HCl(g)Koefisien 1 1 2Volume 1 vol 1 vol 2 vol (percobaan)Molekul(mol) 1 1 2

(Prinsip Avogadro)

V n

Volume Standar MolarMembandingkan percobaan volume molar, pada tekanan 1 atm dan suhu 273,15K (0oC) sebagai kondisi standar suhu dan tekanan atau disingkat STP.

Pada keadaan STP volume satu mol gas adalah 22,4 L.

13

Stoikiometri Reaksi Antar GasContoh: Berapa Liter oksigen pada STP yang dibutuhkan untuk bergabung secara tepat dengan hidrogen pada STP?Jawab: 2H2(g)+2O2(g) 2H2O(g)Kalikan 1,5 L H2 dengan menggunakan faktor konversi equivalensi dengan 2 vol H2(g) 1vol O2(g). Gunakan Liter sebagai unit volume.

Liter O2(g) = 1,5 L H2 x 1 L O22 L H2

= 0,750 L O2

Hukum Dalton Untuk Tekanan Parsial

Dalam campuran gas yang tidak bereaksi, masing-masing gas berkontribusi terhadap tekanan total, Dalton mengatakannya tekanan parsial. Hukum Dalton untuk Tekanan Parsial: Tekanan total campuran gas yang tidak bereaksi adalah jumlah tekanan parsial masing-masing gas. Persamaannya ditulis sebagai berikut:

P total = Pa + Pb + Pc +

Hukum Dalton

14

Fraksi Mol dan Persen Mol Campuran Gas dari Tekanan Parsial

Fraksi mol beberapa komponen dalam campuran adalah perbandingan jumlah molmua dengan mol total semua komponen. Bila dituliskan dalam persamaan matematiknya adalah:

XA = nA/(nA + nB + nC + nD + nZ)Kadang-kadang fraksi mol dikali 100 menghasilkan persen mol komponen, dengan simbol mol %.

Hukum Efusi GrahamEfusi : peristiwa

berpindahnya partikel gas dari konsentrasi

besar ke vacuum melalui celah sempit

Kecepatan efusi gas berbanding terbalik

dengan akar densitasnya, d pada P dan T konstan.

= (MA/MB)=Kecepatan efusi (A) dB Kecepatan efusi (B) dA

Teori Kinetika GasPostulat Teori Kinetika Gas

1. Gas terdiri atas partikel-partikel kecil yang konstan dan bergerak

acak.

2. Partikel gas menempati volume bersih sangat kecil dibandingkan

volume wadah, sehingga kontribusinya dapat diabaikan.

3. Partikel-partikel sering bertumbukan elastik dengan

dinding wadah, dan berberak lurus

15

Hukum-hukum Gas diterangkan oleh Teori Kinetika Gas

Teori Kinetika dan Suhu Gas Energi kinetika rata-rata dari partikel-partikel gas

sebanding dengan suhu absolut.

Teori Kinetika dan Hukum Tekanan-Volume (Hukum Boyle)

Molekul-molekul gas sangat kecil dan berjauhan, akibatnya gas dapat ditekan, sehingga molekulnya menjadi berdekatan. Hal ini sesuai dengan Hukum Boyle.

P 1/V atau V 1/P

Teori Kinetika dan Hukum Tekanan-Suhu (Hukum Gay-Lussac)

Dalam teori kinetika disebutkan naiknya suhu gas akan menaikkan kecepatan rata-rata partikel gas. Dengan kata lain teori kinetika menerangkan bagaimana tekanan gas

berbanding lurus dengan suhu gas.

16

Teori Kinetika dan Hukum Suhu-Volume (Hukum Charles)

Dalam teori kinetika disebutkan naiknya suhu gas akan menaikkan rata-rata energi kinetika partikelnya, yang cenderung menaikkan tekanan gas. Gas berekspansi

dengan menaiknya T pada P konstan, dengan kata lain

V T.

Teori Kinetika dan Hukum Dalton Tekanan Parsial

Molekul gas ideal tidak mengenal adanya molekul lain disekitarnya, kecuali bila bertumbukkan, sebab

masing-masing akan berlaku secara bebas, dan memberikan tekanan yang sama, seolah-olah gas

tersebut menempati ruang tersebut sendirian.

Gas NyataGas nyata seperti oksigen, memiliki ciri-ciri gas ideal dalam dua hal, pertama model gas ideal diasumsikan

bahwa molekul gas individual tidak mempunyai volume. Kedua, gas nyata partikel-partikelnya saling berinteraksi

satu sama lain, tidak seperti gas ideal. Akibatnya molekul-molekul suatu gas nyata, perjalanannya akan

lebih panjang untuk mencapai dinding wadah, sehingga tumbukan memakan waktu lebih lama. Artinya,

tumbukan molekul-molekul gas nyata pada dinding tidak sesering gas ideal. Koreksi Van der Waals untuk gas nyata adalah n2a/V2 yang ditambahkan pada tekanan

terukur agar sesuai dengan tekanan gas ideal.

P ideal = P ukur + n2a/V2

17

Padatan Kristalin dan Nonkristalin

Kristal NaCl

Partikel dalam kristal

disusun dengan pola pengulangan yang sangat

teratur, disebut kisi

kristal. Satuan

pengulangan kisi disebut

sel unit.

Tujuh macam sel unit:

18

- (a) Sel unit kubus sederhana atau sel unit kubus sederhana. Bila oksigen dibekukan maka sel unitnya mempunyai bentuk sisi kubus primitif.

- (b) Sel unit kubus pusat badan (body-centered cubic, bcc). Beberapa logam yang umum seperti krom, besi, dan tungsten, adalah contoh kristal bcc.

(c) Sel unit kubus pusat muka (face-centered cubic, fcc) Kisi-kisi semacam ini biasanya terdapat pada kristal seperti logam-logam nikel, tembaga, emas, perak, dan aluminium.

Setiap sel unit tersusun membentuk kisi kristal

19

Jumlah Partikel dalam Satuan Sel

N = 1/8 n pojok + n muka + n badan

CC = 1 BCC = 2 FCC = 4

CC

20

Volume Satuan Sel

CC (a = 2r)Volume sel = 8 r3

BCC ( a3 = 4 r)Volume sel = ( 4r / 3 )3

FCC ( a 2 = 4r)Volume sel = (4r /2)3

Dimana a = panjang rusuk sel, r = jari-jari partikel

CC

Hubungan rapat massa dengan panjang rusuk sel

= n x ArN x a3

= rapat massa ( g / cm3)n = jumlah partikel persatuan sel ( CC = 1, BCC = 2,

FCC = 4)Ar = massa atom relatif ( g / mol)N = Bil. Avogadro = 6,02 x 1023a = panjang rusuk (cm)

Difraksi Sinar X

21

Hubungan ini dikenal dengan persamaan Bragg adalah:n = 2 d sin

n adalah bilangan bulat (n = 1, 2, 3 dst), = panjang gelombang sinar X, d = ruang antara lapisan yang berulang yang memantulkan sinar X, = sudut yang sinar X masuk dan keluar dari lapisan-lapisan bersangkutan.

Kristal IonikPada umumnya keras, titik lelehnya relatif tinggi, dan sangat rapuh. Bila dipukul akan hancur karena sejumlah ion saling lepas satu sama lain maka terjadi perubahan keadaan dari tarik-menarik menjadi tolak-menolak. Pada keadaan padat senyawa ion merupakan konduktor yang buruk, karena ion-ionnya diikat kuat pada tempatnya. Bila dilelehkan ion-ion akan bergerak sehingga menjadi konduktor listrik yang baik.

Sifat Fisik Dan Tipe Kristal

22

Hubungan antara panjang rusuk dengan jari-jari ion

pada kristal garam NaCl.

(a) Kristal CsCl (b) ZnS (c) CaF2, dibeberapa kristal ukuran kation lebih kecil daripada

anion

Kristal MolekularDalam kristal molekular, baik molekul ataupun atom tersendiri mengisi tempat-tempat kisi. Gaya tarik antara molekul atau atomnya lebih lemah dibandingkan dengan ikatan kovalen. Mempunyai titik leleh yang rendah karena gaya intermolekularnya lemah. Merupakan konduktor listrik yan buruk, karena semua elektronnya terikat pada molekulnya sendiri dan tidak bebas bergerak dalam padatan.

23

Kristal KovalenPada kristal kovalen terdapat jaringan ikatan kovalen antara atom-atomnya yang diperluas ke seluruh zat padat. Karena ikatan kovalen yang saling mengunci maka kristal kovalen mempunyai titik leleh yang sangat tinggi dan biasanya sangat keras, titik leleh tinggi, konduktor listrik lemah.

Kristal LogamZat padat terikat satu sama lain karena adanya gaya tarik-menarik elektrostatik antara kisi ion positif dengan semacam lautan elektron. Elektron dapat bergerak bebas, sehingga logam merupakan konduktor lisrik yang baik.

Padatan NonkristalinBeberapa cairan didinginkan membeku, tidak

menjadi padatan kristal, tetapi berbentuk padatan amorf, contoh: gelas.