GAS : PENGERTIAN, KARAKTERISTIK, SIFAT, PARAMETER, HUKUM DAN TEORI

Dalam kimia fisika prosedur yang langsung digunakan adalah mengisolasi sebagian dari alam semesta oleh suatu batas nyata maupun imaginer.

Materi bumi yang telah diisolasi untuk kepentingan study disebut sistem. Zat di dalam sistem dapat berada dalam satu atau beberapa bentuk yaitu padat,cair dan gas. Pada makalah ini akan membahas zat yang berupa gas.

Definisi Gas ideal

Gas merupakan satu dari tiga wujud zat dan walaupun wujud ini merupakan bagian tak terpisahkan dari studi kimia, bab ini terutama hanya akan membahasa hubungan antara volume, temperatur dan tekanan baik dalam gas ideal maupun dalam gas nyata, dan teori kinetik molekular gas, dan tidak secara langsung kimia. Bahasan utamanya terutama tentang perubahan fisika, dan reaksi kimianya tidak didisuksikan. Namun, sifat fisik gas bergantung pada struktur molekul gasnya dan sifat kimia gas juga bergantung pada strukturnya. Perilaku gas yang ada sebagai molekul tunggal adalah contoh yang baik kebergantungan sifat makroskopik pada struktur mikroskopik.

1. Karakteristik Umum Gas

1. Ekspansibilitas (dapat dikembangkan), Gas dapat mengembang untuk mengisi seluruh ruangan yang ditempatinya.
2. Kompresibilitas (dapat dimampatkan), Gas sangat mudah dimampatkan dengan memberikan tekanan.
3. Mudah berdifusi, Gas dapat berdifusi dengan cepat membentuk campuran homogen.
4. Tekanan, Gas memberikan tekanan ke segala arah.
5. Pengaruh suhu, Jika gas dipanaskan maka tekanan akan meningkat, akibatnya volume juga meningkat.
6. Gas bersifat transparan

2. Sifat Gas Ideal dan Gas Tidak Ideal atau Nyata
Suatu gas dikatakan ideal jika memenuhi kriteria sebagai berikut:

1. Molekul-molekul gas tidak mempunyai volum
2. Tidak ada interaksi antara molekul molekulnya, baik tarik menarik maupun tolak menolak.
3. Gas terdiri atas partikel-partikel dalam jumlah yang besar sekali, yang senantiasa bergerak dengan arah sembarang dan tersebar merata dalam ruang yang kecil. 
4. Jarak antara partikel gas jauh lebih besar daripada ukuran partikel, sehingga ukuran partikel gas dapat diabaikan. 
5. Tumbukan antara partikel-partikel gas dan antara partikel dengan dinding tempatnya adalah elastis sempurna. 
6. Hukum-hukum Newton tentang gerak berlaku. 

Pada kenyataannya, gas-gas yang memenuhi kriteria seperti itu sangat jarang ditemukan. Namun, gas nyata dapat mendekati sifat gas ideal pada tekanan yang rendah dan suhu yang relatif tinggi.


3. Parameter yang Menentukan Keadaan Gas
a. VOLUME (V)
Volume gas adalah volume bejana yang ditempati dan dinyatakan dalam liter (L) atau mililiter (mL).

1 1itre (l) = 1000 ml dan 1 ml = 10^-3l

Satu mililiter praktis sama dengan satu sentimeter kubik (cc). sebenarnya 1 liter (l) = 1000,028 cc
Satuan SI untuk volume adalah meter kubik (m³) dan unit yang lebih kecil adalah decimeter³ (dm³).

b. TEKANAN (P)
Tekanan udara dinyatakan dalam atmosfer atau mmHg.

1 atm = 760 mmHg = 1,013 x 10⁵pa

Tekanan gas didefinisikan sebagai gaya yang diberikan oleh dampak dari molekul per unit luas permukaan kontak. Tekanan dari sampel gas dapat diukur dengan bantuan manometer Merkuri. Demikian pula, tekanan atmosfer dapat ditentukan dengan barometer merkuri.

c. SUHU (T)
Suhu gas dinyatakan dalam derajat celcius (^oC) atau kelvin (K).

K = ^oC + 273

d. JUMLAH MOL (n)

4. Hukum-Hukum Gas Ideal

Hukum ini dipatuhi hanya pada tekanan rendah (P → 0).
Hukum-hukum gas ideal :

a. Hukum Boyle

→ Menurut hukum Boyle, pada suhu tetap, volume sejumlah tertentu gas berbanding terbalik dengan tekanannya.
(T, n tetap)
atau V = k . 1/P        
dimana k adalah tetap
PV = k

→ Jika P dan V berubah dari keadaan 1 ke keadaan 2, maka dapat ditulis:

      P₁V₁= k = P₂V₂          atau     P₁V₁ = P₂V₂

b. Hukum Charles
→ Hukum Charles menyatakan bahwa:
Pada tekanan tetap, sejumlah tertentu gas berbanding lurus dengan suhu mutlak (suhu kelvin).

→ Secara matematis dapat ditulis:
(P, n tetap)
atau V = k T
dimana k adalah konstan, maka:

→ Apabila sejumlah tertentu gas pada tekanan tetap suhunya berubah dari keadaan 1 ke keadaan 2, maka persamaannya menjadi atau

c. Kombinasi Hukum Charles – Boyle
→ Hukum kombinasi dapat dinyatakan :
Untuk sejumlah tertentu gas, volume berbanding lurus dengan suhu kelvin dan berbanding terbalik dengan tekanan.

→ jika k adalah konstan, Atau (n tetap)

→ Jika tekanan, volume dan temperatur gas berubah dari P_{1 ,} V₁ dan T₁ menjadi P_{2 ,} V₂dan T₂

d. Hukum Gay-Lussac
→ Hukum Gay Lussac atau hukum tekanan-suhu berbunyi:

Pada volume tetap, tekanan sejumlah tertentu gas berbanding lurus dengan suhu mutlak (suhu kelvin)
(V, n tetap)

→ Untuk kondisi pada tekanan dan suhu berbeda

e. Prinsip Avogadro

→ Menurut hukum Avogadro
pada suhu dan tekanan tetap, volume sejumlah tertentu gas berbanding lurus dengan jumlah molnya.
(T dan P tetap) atau v = An, dimana A adalah konstan,

→ Untuk dua gas dengan volume V₁, V₂ dan mol n₁, n₂ pada T dan P tetap

5. Keadaan STPPada keadaan standar, yaitu pada suhu 273 K (0^oC) dan tekanan 1 atm (760 mmHg), 1 mol gas sama dengan 22,4 L gas atau dapat ditulis:

1 mol gas pada STP = 22,4 L

6. Persamaan Gas Ideal
Dari tiga hukum yaitu hukum Boyle, hukum Charles dan hukum Avogrado dapat dikombinasikan menjadi satu hukum yang disebut dengan hukum gas ideal. Hukum gas ideal menyebutkan bahwa:

Volume gas berbanding lurus dengan jumlah mol dan suhu serta berbanding terbalik dengan tekanan.

→ Secara matematis dapat ditulis:

Jika R adalah konstan maka:
atau PV = nRT

Nilai R dalam beberapa satuan :

•   0,0821  L-atm K^-1 mol^-1

•   82,1  mL-atm K^-1 mol^-1

• 62,3  L-mmHg K^-1 mol^-1

• 8,314 . 10⁷  erg K^-1 mol^-1

•   8,314  Joule K^-1 mol^-1

• 1,987  kal K^-1 mol^-1

7. Hukum Dalton
Menurut hukum Dalton, tekanan total campuran gas sama dengan jumlah tekanan parsial masing-masing gas pembentuknya atau dapat ditulis sebagai berikut:

            P_total = P₁ + P₂ + P₃...    (V dan T tetap)

Jika diaplikasikan dalam persamaan gas ideal PV = nRT, maka:

dimana n1 , n2 , dan n3 adalah mol gas 1,2 dan 3, maka tekanan total campuran adalah :
atau dengan  n_t = mol total gas

8. Hukum Graham
Ketika dua gas ditempatkan di kontak, mereka bergabung atau menyatu dengan spontan. Hal ini disebabkan pergerakan molekul satu gas ke gas lainnya. Proses pencampuran gas dengan gerakan acak dari molekul disebut Difusi. Thomas Graham mengamati bahwa makin kecil berat molekul gas, maka makin besar kecepatan berdifusi dan sebaliknya.

Menurut hukum Graham, pada suhu dan tekanan yang sama, kecepatan difusi gas yang berbeda adalah berbanding terbalik dengan akar massa molekulnya atau dapat ditulis:

dimana:     
r1= kecepatan difusi gas 1
r2  = kecepatan difusi gas 2

M₁ = massa molekul gas 1

M₂ = massa molekul gas 2

Ketika gas lolos melalui lubang pin-menjadi daerah tekanan rendah vakum, proses ini disebut efusi. Tingkat efusi gas juga tergantung pada massa molekul gas.

9. Teori Kinetik Gas
Anggapan Dasar Teori Kinetik Gas

1. Gas terdiri dari partikel yang disebut dengan molekul yang menyebar pada ruangnya. Molekul gas identik sama dengan massa (m).
2. Molekul gas bergerak tetap ke segala arah dengan kecepatan tinggi. Molekul bergerak dengan kecepatan yang sama dan akan berubah arah jika terjadi tumbukan dengan molekul lain atau dengan dinding wadahnya.
3. Jarak antar molekul sangat besar dan diasumsikan bahwa terjadi gaya van der waals antar molekul sehingga molekul gas dapat bergerak bebas.
4. Semua tumbukan yaang terjadi merupakan lenting sempurna sehingga selama terjadi tumbukan tidak kehilangan energi kinetik.
5. Tekanan pada gas disebabkan tumbukan molekul pada dinding ruangnya.
6. Energi kinetik rata-rata (½ mv²) molekul gas berbanding lurus dengan suhu mutlak (suhu kelvin) atau dapat dikatakan bahwa energi kinetik rata-rata molekul sama dengan suhunya.

10. GAS NYATA
Telah dibahas bahwa gas ideal merupakan gas dengan beberapa postulat, tidak ada gaya tarik menarik antar molekul, volume total molekulnya kecil dibandingkan terhadap volume wadah sehingga volume total molekulnya dapat diabaikan. Oleh karena itu gas ideal hanya merupakan gas hipotesis.

Perilaku gas yang sebenarnya (gas nyata) tidaklah sesuai dengan yang telah dibahas, ia menyimpang dari keadaan ideal, karena adanya gaya tarik menarik antar molekul (terutama pada tekanan tinggi) dan volume molekul-molekulnya tidak dapat diabaikan begitu saja.

11. Keadaan Kritis
Suatu gas dapat dicairkan dengan menurunkan suhu dan meningkatkan tekanan. Pada suhu rendah, molekul gas kehilangan energi kinetik. Molekul-molekul bergerak lambat kemudian menggabungkan atraksi antara mereka dan diubah menjadi cair. Efek yang sama diproduksi oleh kenaikan tekanan. Molekul-molekul gas mendekat dengan kompresi dan bergabung membentuk cairan.

Andres (1869) mempelajari P - kondisi T dari beberapa pencairan gas. Dia menetapkan bahwa untuk setiap gas pada suhu gas dapat diubah menjadi cair tetapi di atas itu gas tidak dapat dicairkan. Suhu ini disebut suhu kritis dari gas.

Suhu kritis, Tc, gas yang dapat didefinisikan sebagai suhu yang di atas tidak bisa dicairkan tidak bergantung seberapa besar tekanan yang diberikan.

Tekanan kritis, Pc, adalah tekanan minimum yang diperlukan untuk mencairkan gas pada suhu kritis.

Volume kritis, Vc, adalah volume yang ditempati oleh satu mol gas pada suhu kritis dan tekanan kritis. Tc, Pc dan Vc secara kolektif disebut konstanta kritis gas. Semua gas nyata memiliki konstanta kritis gas.

Pada suhu kritis dan tekanan kritis, gas lebih identik dengan cairan dan dikatakan dalam keadaan kritis. Kelancaran penggabungan dari gas dengan cairan yang disebut sebagai keadaan kritis. Andrews menunjukkan fenomena penting dalam gas dengan mengambil contoh karbondioksida.