Dalam gas, terdapat beberapa persamaan matematis yang berlaku. Persamaan ini ditentukan menurut serangkaian percobaan ilmiah sehingga dinyatakan sebagai aturan gas. Di bawah ini beberapa hukum aturan gas ideal beserta pola soal:
Hukum Boyle Mengenai Gas
Eksperimen kuantitatif pada gas, pertama kali dilakukan oleh seorang saintis asal irlandia berjulukan Robert Boyle. Hukum Boyle diperoleh menurut eksperimen memakai dua tabung J yang ujungnya tertutup.
Dengan tabung berbentuk J yang ditutup pada cuilan ujungnya (seperti pada gambar), ia memasukkan raksa cair (Hg), lalu diukur tekkanan yang diterima gas di dalam tabung dan volume dari gas. Kemudian dalam tabung J ditambahkan lagi raksa cair, sehingga tekanan dalam gas dalam tabung meninggkat dan volume gas dalam tabung semakin kecil. Pengukuran ini dilakukan sampai diperoleh beberapa data dari eksperimen Boyle:
Dari eksperimen ini, diperoleh kesimpulan berupa hukum gas ideal dari Boyle yakni adanya konstanta k, yang dinyatakan dalam persamaan matematis berikut:
- PV = k
Penggunaan paling penting dari aturan Boyle ini ialah untuk memprediksi volume suatu gas dikala tekanannya berubah, ataupun sebaliknya.
Contoh Soal
Sulfur dioksida (SO2) merupakan gas yang menjadi penyebab hujan asam. Pada pembuangan asap kendaraan ditemukan 1,53 L gas SO2 ditemukan dalam tekanan 5,6 x 10^3 Pa. Jika tekanan berkembang menjadi 1,5 x 10^4 Pa pada temperatur konstan, maka berapakan volume gas SO2 sekarang?
Jawab: Untuk menghitungnya kita telah mempunyai data berikut:
Hukum boyle menyatakan
PV = k
dimana k ialah konstan, sehingga:
P1V1 = P2V2
Maka V2 dapat ditentukan dengan:
Hukum Charles Mengenai Gas
Setelah inovasi Boyle mengenai gas, seorang saintis asal Perancis berjulukan Jacques Charles melaksanakan eksperimen lain mengenai gas. Charles ialah orang pertama yang mengisi ballon udara dengan hidrogen dan juga orang pertama yang melaksanakan perjalanan dengan balon udara.
Hukum Gas ideal yang diajukan oleh Charles didasarkan pada percobaan dengan mengamati perubahan volume terhadap temperatur pada tekanan konstan. Ia menemukan bahwa pada tekanan konstan, volume gas meningkat secara linear dengan peningkatan temperatur. Seperti terlihat pada grafik pengamatan aturan charles berikut:
Yang menarik dari grafik ini ialah; fakta bahwa dikala volume gas mendekati nilai nol, temperatur gas berada pada -273 derajat Celcius. Fakta ini menawarkan satu pengukuran standard untuk temperatur yaitu Kelvin (K), yang mana 0 K = -273°C. Sehingga:
K = 0°C +273
Fakta ini menawarkan kesimpulan bahwa volume gas nol dicapai dikala temperatur 0K atau pada temperatur absulute zero (nol absulut).
Jadi aturan Charles perihal gas ideal menyatakan bahwa volume gas berubah secara linier sesuai perubahan temperatur. Dalam persamaan matematis dinyatakan:
V = bT
yang mana b merupakan konstanta proporsional gas.
Contoh Soal
Suatu gas pada temperatur 15oC dan 1atm mempunyai volume 2,58L. Maka berapakan volume gas tersebut pada temperatur 38oC dan tekanan konstan?
Jawab: Untuk menjawab pertanyaan ini, kita telah mempunyai data:
Hukum charles menyatakan:
b = V/T , alasannya b ialah konstan maka:
V1/T1 = V2/T2
jadi V2 sanggup ditentukan dengan :
Hukum Avogadro mengenai Gas
Pada tahun 1811, seorang kimiawan asal italia bernama Avogadro menyatakan sebuah postulat bahwa pada volume, temperatur, dan tekanan yang sama, gas akan mempunyai jumlah partikel yang sama. Observasi Avogadro ini sanggup diilustrasikan menyerupai pada gambar berikut:
Jika dinyatakan dalam persamaan matematis, aturan avogadro ialah:
- V= an
dimana a= konstanta proporsional gas dan n ialah jumlah partikel dalam gas.
Hukum Avogadro mengenai gas ideal menyatakan bahwa pada temperatur dan tekanan konstan, volume gas akan berbanding lurus secara proporsional dengan jumlah mol dari gas tersebut.
Contoh Soal
Suatu gas 12,2 L mengandung 0,5 mol gas Oksigen (O2) pada tekanan 1 atm dan temperatur 25oC. Jika seluruh mol O2 terkonversi menjadi Ozon pada temperatur dan tekanan yang sama, maka berapakah volume ozon?
Jawab: Untuk menghitung volume Ozon (O3) kita mempunyai data-data:
Bagaimana persamaan reaksi Oksigen menjadi Ozon?
Jumlah mol Ozon yang terbentuk:
Menggunakan aturan Avogadro, maka:
Hasilnya ialah:
Hukum Gas Ideal
Hukum gas ideal merupakan kombinasi dari Hukum Boyle, Hukum Charles dan Hukum Avogadro. Ini merupakan sebuah pencapaian dari serangkaian percobaan dan pengamatan panjang dari tiga kimiwan heba. Berikut ini rangkuman persamaan dari Hukum Gas Ideal yang telah kita peroleh:
Hubungan yang memperlihatkan bagaimana volume gas bergantung pada tekanan, temperatur dan jumlah mol gas sanggup ditunjukkan oleh persamaan matematis:
Dimana R ialah konstanta gas universal. Nilai dari R ialah 0.08206 L atm/K mol. Persamaan diatas lebih dikenal lagi dengan bentuk:
Hukum Gas ideal adalah persamaan keadaan untuk gas, dimana kondisi gas pada waktu tertentu dideskripsikan oleh persamaan matematis. Hukum gas ideal ini merupakan persamaan empiris yang telah diuji untuk beberapa gas. Gas yang mengikuti aturan gas ideal ini disebut gas ideal.
Hukum gas ideal sanggup dipakai untuk menuntaskan banyak sekali permasalahan terutama mengenai sifat gas.
Contoh Soal
1. Suatu sample gas Hidrogen mempunyai volume 8.56 L pada temperatur 0oC dan tekanan 1.5 atm. Hitunglah mol H2 pada sample ini.
Jawab: Untuk menghitung mol H2, kita telah mempunyai data:
Maka penyelesaiannya ialah:
2. Suatu sample gas ammonia dengan volume 7.0 mL pada tekanan 1.68 atm. Gas ini dikompres sampai mencapai volume 2.7 mL pada temperatur konstan. tentukan tekanan gas akhir.
Jawab: Untuk menghitung tekanan gas akhir, kita telah mempunyai data:
Karena n dan T konstan, maka persamaan gas ideal ini sanggup kita ubah ke bentuk lainnya dan menuntaskan soal ini:
Yap.. Itu tadi beberapa Hukum Gas Ideal yang wajib kau ketahui. Semoga adanya pembahasan soal menyerupai ini akan membantu kau untuk lebih memahami mengenai sifat dan Hukum Gas.
Sumber https://mystupidtheory.com