9 Hubungan t ersebut dikenal sebagai
Hukum Boyl e, secara mat emat is dapat dinyat akan sebagai berikut :
P V
1 |
at au PV = konst an
V = volume P = t ekanan
Persamaan diat as berlaku unt uk gas-gas yang bersif at ideal. Cont oh :
Silinder panj ang pada pompa sepeda mempunyai volume 1131 cm
3
dan diisi dengan udara pada t ekanan 1, 02 at m. Kat up keluar dit ut up dan
t angkai pompa didorong sampai volume udara 517 cm
3
. Hit unglah t ekanan di dalam pompa.
Gambar 1. 11 Kurva hubungan ant ara P – V dan 1 P – V Penyelesaian :
Perhat ikan bahwa suhu dan j umlah gas t idak dinyat akan pada soal ini, j adi nilainya 22, 414 L at m t idak dapat digunakan unt uk
t et apan C. bagaimanapun, yang diperlukan adalah pengandaian bahwa suhu t idak berubah sewakt u t angkai pompa didorong. Jika
P
1
dan P
2
merupakan t ekanan awal dan akhir, dan V
1
dan V
2
adalah volume awal dan akhir, maka:
P
1
. V
1
= P
2
. V
2
10 Sebab suhu dan j umlah udara dalam pompa t idak berubah. Subst it usi
menghasilkan : 1, 02at m1131cm
3
= P
2
517cm
3
Sehingga P
2
dapat diselesaikan:
P
2
= 2, 23 atm 2
Hukum Charles
Pada t ekanan konst an, volume sej umlah t ert ent u gas sebanding dengan suhu absolut nya Gambar 5. 13. Hukum di at as dapat
dit uliskan sebagai berikut : V
≈
T
¸ ¹
· ¨
© §
tan kons
T V
Hubungan di at as dit emukan oleh Charles Gambar 1. 12 pada t ahun 1787 dan dikenal sebagai
Hukum Char l es. Secara graf ik, hukum Charles dapat digambarkan sepert i pada gambar di bawah. Terlihat
bahwa apabila garis-garis graf ik diekst rapolasikan hingga memot ong sumbu X suhu, maka garis-garis graf ik t ersebut akan memot ong di
sat u t it ik yang sama yait u – 273, 15 ° C. Tit ik ini dikenal sebagai suhu nol absolut e yang nant inya dij adikan sebagai
skal a Kel vi n. Hubungan ant ara Celcius dengan skala Kelvin adalah:
K = ° C + 273, 15 K = suhu absolut
° C = suhu dalam deraj at Celcius
Gambar 1. 12 Jacques Charles
11
Gambar 1. 13 Volume suat u gas sebanding dengan suhunya
Sama hal-nya dengan hukum Boyle, hukum Charles j uga berlaku unt uk gas ideal.
Cont oh : Seorang ilmuan yang mempelaj ari sif at hidrogen pada suhu
rendah mengambil volume 2, 50 lit er hidrogen pada t ekanan at mosf er dan suhu 25, 00 ° C dan mendinginkan gas it u pada t ekanan t et ap
sampai – 200, 00 ° C. Perkirakan besar volume hidrogen
Penyelesaian : Langkah pert ama unt uk mengkonversikan suhu ke Kelvin:
T
1
= 25° C
ĺ
T
1
= 298, 15 K T
2
= -200° C
ĺ
T
2
= 73, 15 K
L V
K K
L V
T T
V V
T V
T V
613 ,
15 ,
298 15
, 73
5 ,
2
2 2
1 2
1 2
2 2
1 1
u
12
3 Hukum Avogadro
Pada t ahun 1811, Avogadro Gambar 1. 14 mengemukakan hukum yang pent ing mengenai sif at -sif at gas. Dia menemukan bahwa
pada suhu yang sama, sej umlah volume yang sama dari berbagai gas akan mempunyai j umlah part ikel yang sama pula banyaknya Gambar
5. 15. Hukum Avogadro dapat dinyat akan sebagai berikut :
V
≈
n V n = konst an
n = j umlah mol gas Sat u mol didef inisikan sebagai massa dari suat u senyawa zat
yang mengandung at om at au molekul sebanyak at om yang t erdapat pada dua belas gram karbon
12
C. Sat u mol dari suat u zat mengandung 6, 023 x 10
23
molekul. Bilangan ini dikenal sebagai Bi l angan Avogadr o.
Gambar 1. 14 Avogadro
Dua volume hidrogen
satu volume oksigen
+ Æ Dua volume
air
Gb. 1. 15 Gambaran hukum Avogadro
13
4 Hukum Keadaan Standar
Unt uk melakukan pengukuran t erhadap volume gas, diperlukan suat u keadaan st andar unt uk digunakan sebagai t it ik acuan. Keadaan
ini yang j uga dikenal sebagai STP St andar t Temper at ur e and
Pr essur e yait u keadaan dimana gas mempunyai t ekanan sebesar 1 at m 760 mmHg dan suhu ° C 273, 15 K.
Sat u mol gas i deal , yait u gas yang memenuhi ket ent uan semua
hukum-hukum gas akan mempunyai volume sebanyak 22, 414 lit er pada keadaan st andar ini Gambar 1. 16.
5 Hukum Gas Ideal
Def inisi mikroskopik gas ideal, ant ara lain: a.
Suat u gas yang t erdiri dari part ikel-part ikel yang dinamakan molekul.
b. Molekul-molekul bergerak secara serampangan dan memenuhi
hukum-hukum gerak Newt on. c.
Jumlah seluruh molekul adalah besar d.
Volume molekul adalah pecahan kecil yang diabaikan dari volume yang dit empat i oleh gas t ersebut .
e. Tidak ada gaya yang cukup besar yang beraksi pada molekul
t ersebut kecuali selama t umbukan. f .
Tumbukannya elast ik sempurna dan t erj adi dalam wakt u yang sangat singkat .
Gambar 1. 16 Gambaran gas ideal
Apabila j umlah gas dinyat akan dalam mol n, maka suat u bent uk persamaan umum mengenai sif at -sif at gas dapat dif ormasikan.
Sebenarnya hukum Avogadro menyat akan bahwa 1 mol gas ideal mempunyai volume yang sama apabila suhu dan t ekanannya sama.
Dengan menggabungkan persamaan Boyle, Charles dan persamaan
14 Avogadro akan didapat sebuah persamaan umum yang dikenal sebagai
per samaan gas i deal .
P T
n V
|
at au
P T
Rn V
at au PV = nRT
R adalah konst ant a kesebandingan dan mempunyai suat u nilai t unggal yang berlaku unt uk semua gas yang bersif at ideal. Persamaan di at as
akan sangat berguna dalam perhit ungan-perhit ungan volume gas. Nilai numerik dari konst ant a gas dapat diperoleh dengan
mengasumsikan gas berada pada keadaan STP, maka:
K mol
mol atmK
L R
L atm
15 ,
273 1
082056 ,
414 ,
22 1
1 1
u
Dalam sat uan SI, sat uan t ekanan harus dinyat akan dalam Nm
-2
dan karena 1 at m ekivalen dengan 101, 325 Nm
-2
, maka dengan menggunakan persamaan diat as dapat diperoleh harga
R dalam sat uan SI, sebagai berikut :
K mol
m x
Nm R
15 ,
273 1
10 414
, 22
325 ,
101
3 3
2
= 8, 314 Nm K
-1
mol
-1
= 8, 314 J K
-1
mol
-1
Cont oh : Balon cuaca yang diisi dengan helium mempunyai volume 1, 0 x
10
4
L pada 1, 00 at m dan 30 ° C. Balon ini sampai ket inggian yang t ekanannya t urun menj adi 0, 6 at m dan suhunya –20° C. Berapa volume
balon sekarang? Andaikan balon melent ur sedemikian sehingga t ekanan di dalam t et ap mendekat i t ekanan di luar.
Penyelesaian: Karena j umlah helium t idak berubah, kit a dapat menent ukan n
1
sama dengan n
2
dan menghapusnya dari persamaan gas ideal menj adi:
2 2
2 1
1 1
T V
P T
V P
15
1 2
2 1
1 2
T P
T P
V V
303 6
, 253
00 ,
1 10
, 1
4 2
K atm
K atm
L x
V u
u
V
2
= 14. 000 L
Tekanan dan suhu Tekanan
Gambar 1. 17 Torricelli
Tekanan gas adalah gaya yang diberikan oleh gas pada sat u sat uan luas dinding wadah. Torricelli Gambar 1. 17, ilmuan dari It alia
yang menj adi asist en Galileo adalah orang pert ama yang melakukan penelit ian t ent ang t ekanan gas ia menut up t abung kaca panj ang di
sat u uj ungnya dan mengisi dengan merkuri. Kemudian ia menut up uj ung yang t erbuka dengan ibu j arinya, membalikkan t abung it u dan
mencelupkannya dalam mangkuk berisi merkuri, dengan hat i-hat i agar t idak ada udara yang masuk. Merkuri dalam t abung t urun,
meninggalkan ruang yang nyaris hampa pada uj ung yang t ert ut up, t et api t idak semuanya t urun dari t abung. Merkuri ini berhent i j ika
mencapai 76 cm di at as aras merkuri dalam mangkuk sepert i pada gambar dibawah. Toricelli menunj ukkan bahwa t inggi aras yang t epat
sedikit beragam dari hari ke hari dan dari sat u t empat ke t empat yang lain, hal ini t erj adi karena dipengaruhi oleh at mosf er bergant ung pada
cuaca dit empat t ersebut . Peralat an sederhana ini yang disebut Barometer Gambar 1. 18.
16
Gambar 1. 18 Baromet er
Hubungan ant ara t emuan Toricelli dan t ekanan at mosf er dapat dimengert i berdasarkan hokum kedua Newt on mengenai gerakan,
yang menyat akan bahwa: Gaya
= massa x percepat an F =
m x a Dengan percepat an benda
a adalah laj u yang mengubah kecepat an. Semua benda saling t arik-menarik karena gravit asi, dan gaya t arik
mempengaruhi percepat an set iap benda. Percepat an baku akibat medan gravit asi bumi biasanya dilambangkan dengan
g, bukannya a ialah
g = 9, 80665 m s
-2
. Telah disebut kan di at as bahwa t ekanan adalah gaya persat uan luas, sehingga :
A g
m A
F P
.
Karena volume merkuri dalam t abung adalah V = A
h,
V h
g m
h V
g m
A F
P .
. .
,
V m
U
; di mana
ρ
= massa j enis, sehingga P = . g. h
Tekanan atmosfer
17
Suhu
Dalam kehidupan sehari-hari kit a dapat merasakan panas at au dingin. Kit a bisa mendeskripsikan bahwa kut ub ut ara mempunyai suhu
yang sangat dingin at au mendeskripsikan bahwa Surabaya at au Jakart a mempunyai suhu yang panas pada siang hari. Ilust rasi diat as
merupakan dua ekspresi dari suhu, akan t et api apakah kit a t au def inisi dari suhu it u sendiri? Def inisi suhu merupakan hal yang sepele
t api sulit unt uk disampaikan t et api lebih mudah unt uk dideskripsikan. Penelit ian pert ama mengenai suhu dilakukan oleh ilmuan Perancis
yang bernama Jacques Charles. Campuran Gas
Pengamat an pert ama mengenai perilaku campuran gas dalam sebuah wadah dilakukan oleh Dalt on Gambar 1. 19, ia menyat akan
bahwa t ekanan t ot al, P
t ol
, adalah j umlah t ekanan parsial set iap gas. Pernyat aan ini selanj ut nya disebut sebagai Hukum Dalt on, hukum ini
berlaku unt uk gas dalam keadaan ideal. Tekanan parsial set iap komponen dalam campuran gas ideal ialah t ekanan t ot al dikalikan
dengan f raksi mol komponen t ersebut Gambar 1. 20. P
A
= X
A
. P
Tot
V RT
n P
A A
Tekanan t ot al: P
t ot
= P
A
+ P
B
+ P
C
+ …. . Mol t ot al:
n
t ot
= n
A
+ n
B
+ n
C
+ …. .
Gambar 1. 19 John Dalt on
18 Cont oh :
Berapa t ekanan t ot al dalam wadah cont ainer yang mengandung:
•
Met ana dengan t ekanan parsial 0. 75 at m,
•
Hidrogen dengan t ekanan parsial 0. 40 at m
•
Propana dengan t ekanan parsial 0. 50 at m? P
t ot
= P
met ana
+ P
hidrogen
+ P
propana
P
t ot
= 0. 75 at m + 0. 40 at m + 0. 50 at m P
t ot
= 1. 65 at m
1. 3. 2 Padatan, cairan
Gas, cairan, dan padat an dibedakan, yang pert ama at as dasar st rukt ur f isik dan sif at kimianyaGambar 1. 21 – 1. 23. St rukt ur f isik
mempengaruhi int eraksi ant ara part ikel-part ikel dan part ikel- lingkungan. Gambaran mengenai f ase gas t elah diilust rasikan pada
sub-bab sebelumnya. Pada sub-bab ini, pembahasan akan dit it ikberat kan pada f ase cairan dan padat an.
Gambar 1. 21 Padat an
Gambar 1. 20 Tekanan t ot al dan parsial
19
Gambar 1. 22 Cairan
Gambar 1. 23 Gas mengisi
balon
A. Cairan
Secara umum ciri-ciri f ase cairan berada diant ara f ase gas dan f ase padat , ant ara lain :
i. Mempunyai kerapat an yang lebih t inggi bila dibanding dengan
gas, namun lebih rendah bila dibandingkan dengan padat an ii.
Jarak ant ar part ikel lebih dekat dekat iii.
Merupakan f ase yang t erkondensasi iv.
Merupakan f ase yang bisa dikat akan t idak t erkompresi v.
Bent uk cairan akan menyesuaikan dengan wadahnya Pengamat an f isik dari f ase cair dapat dilihat pada gambar st rukt ur
molekul dalam sub-bab sebelumnya, dengan cont oh pada Gambar 1. 24.
Gambar 1. 24 Cont oh cairan
20
B. Padatan
Sedangkan ciri-ciri f ase padat , ant ara lain : a.
Kerapat annya sangat t inggi, j auh lebih t inggi daripada gas dan cairan
b. Jarak ant ar part ikel sangat dekat
c. Merupakan f ase yang t erkondensasi
d. Merupakan f ase yang bisa dikat akan t idak t erkompresi
e. Mampu mempert ahankan bent uknya
Berikut ini adalah gambar beberapa cont oh padat an Gambar 1. 25:
Gambar 1. 25 Gambar padat an
21
Ringkasan Mat eri adalah sesuat u yang mempunyai massa dan menempat i ruang.
Mat eri dapat diklasif ikasikan berdasarkan sif at f isika dan kimia. Mat eri dapat mengalami perubahan wuj ud dari gas menj adi cair dan menj adi
padat t ergant ung pada kondisi lingkungan. Perubahan t ekanan, suhu, dan volume t erhadap suat u mat eri dapat mengakibat kan perubahan
dari wuj ud sat u ke wuj ud l ainnya. Latihan
1.
Apa yang disebut mat eri?
2.
Jelaskan perbedaan unsur dan senyawa sert a sebut kan cont ohnya.
3.
Jelaskan perbedaan campuran homogen dan het erogen sert a sebut kan cont ohnya.
4.
Jelaskan ciri-ciri sif at f isika dan kimia, dan sebut kan cont ohnya.
5.
Jelaskan masing-masing wuj ud mat eri sert a berikan cont ohnya.
6.
Jelaskan perbedaan wuj ud mat eri.
7.
Sebut kan f akt or yang mempengaruhi perubahan wuj ud suat u mat eri.
8.
Jelaskan hubungan ant ara t ekanan, volume dan suhu pada suat u mat eri.
