Elemen Berwujud Gas pada 25
G A S _KIMIA INDUSTRI_
DEWI HARDININGTYAS, ST, MT, MBA
WIDHA KUSUMA NINGDYAH, ST, MT
Elemen Berwujud Gas
pada 25 C dan 1 atmKarakteristik Fisika dari Gas
Gas diasumsikan mempunyai volume dan bentuk sesuai tempatnya.
Gas adalah wujud materi yang (paling) dapat terkompresi (mendapat variasi tekanan) untuk mampat (atau memuai). Gas akan bercampur jika tergabung dalam satu tempat.
Gas mempunyai kerapatan dan berat jenis lebih ringan dibandingkan wujud cair atau padat.
Terpengaruh tekanan pada lingkungannya.
Perubahan Tekanan
Satuan Tekanan
Gaya Tekanan = Area
Satuan Tekanan 2
1 pascal (Pa) = 1 N/m
1 atm = 760 mmHg = 760 torr 1 atm = 101.325 Pa6 Sea level 1 atm 4 miles 0.5 atm 10 miles 0.2 atm Tekanan Udara
Manometer
Barometer
Hukum Boyle (Boyle’s Law)
Dikemukakan pada 1660 oleh Robert Boyle Jika temperatur tetap konstan, volume suatu gas dengan massa tertentu, berbanding terbalik dengan tekanan
1 V /
P P.V = konstan
/ = /
Hukum
Boyle (Boyle’s Law)
Hukum Boyle (Boyle’s Law)
As P (h) increases V decreases
Hukum Boyle (Boyle’s Law)
P 1/V
Constant temperature P x V = constant
Constant amount of gas P x V = P x V
1
1
2
2
Hukum Boyle (Boyle’s Law)
Pressure x Volume = Constant (T = constant)
PV V = P (T = constant)
1
1
2
1/P (T = constant)
- precisely
( Holds only at very low pressures.)
Tekanan ditambah,
volume SO menurun
2
Contoh Perhitungan
A sample of chlorine gas occupies a volume of 946 mL at a pressure of 726 mmHg. What is the pressure of the gas (in mmHg) if the volume is reduced at constant temperature to 154 mL?
x = x
P
V P
V
1
1
2
2 P = 726 mmHg P = ?
1
2 V = 946 mL V = 154 mL
1
2 P x
V
1 1 726 mmHg x 946 mL P = =
= 4460 mmHg
2 154 mL
V
Hukum Charles (Charles’s Law)
Dikemukakan pada 1787 oleh Jacques Charles dan dirumuskan pada 1802 oleh Joseph L. Gay Lussac Jika tekanan tak berubah, volume gas dengan massa tertentu, berbanding lurus dengan temperatur
V T
As T increases V increases
Hukum Charles (Charles’s Law)
Hukum
Charles (Charles’s Law)
Hukum Charles (Charles’s Law)
The volume of a gas is directly
proportional to temperature, and extrapolates to zero at zero Kelvin.V = bT (P = constant) b = a proportionality constant
V T
V T P
1
1
2
2
( constant) Hukum Charles (Charles’s Law)
Contoh Perhitungan
A sample of carbon monoxide gas occupies 3.20 L at 125 C. At what temperature will the gas occupy a volume of 1.54 L if the pressure remains constant?
V / T = V / T
1
1
2
2 V =
3.20 L V =
1.54 L
1
2 T = 398.15 K T = ?
1
2 x
V T
2
1
= = = 192 K
T
2
V
1
Hukum Gay Lussac
Dikemukakan pada 1703 oleh Joseph L. Gay Lussac dan Guillaume Amontons Tekanan suatu gas dengan massa tertentu berbanding lurus dengan temperatur
P T
Hukum Avogadro
Dikemukakan pada 1811 oleh Amadeo Avogadro Molekul yang sama banyak terdapat dalam gas-gas berlainan yang volumenya sama, jika tekanan dan temperaturnya sama
V n
V number of moles (n)
V = constant x n
V
1 /n
1 = V
2 /n
Efek penambahan mol partikel gas pada temperatur dan tekanan konstan.
Persamaan Gas Ideal
1 (at constant n and T) Boyle’s law : V
P (at constant n and P) Charles’ law : V T
Gay Lussac ’ law : P T (at constant n and V) Avogadro’s law : V n (at constant P and T) nT
V
R is the gas constant P nT nT V = constant x = R
PV = nRT P P
Hukum Gas Ideal
P V = n R T P = pressure in atm
= volume in liters
V n = moles
R = proportionality constant
- -1 -1 = 0.08206 L atm K mol
T = temperature in Kelvins Holds closely at P < 1 atm Gas Rumus Volume Tetapan R Ideal 22,414 0,082057 Hydrogen H 2 22,428 0,082109 Helium He 22,426 0,082101
Neon Ne 22,425 0,082098 Nitrogen N 2 22,404 0,082021 Carbon Monoxide CO 22,403 0,082017 Oxygen O 2 22,394 0,081984 Argon Ar 22,393 0,081981
Gas Rumus Volume Tetapan R Nitrogen Oxyde
NO 22,389 0,081966 Methane CH 4 22,360 0,081860 Carbon Dioxide
CO 2 22,256 0,081845 Hydrogen Chloride
HCl 22,249 0,081453 Ethilene C 2 H 4 22,241 0,081424 Asetilene C 2 H 2 22,190 0,081240 Ammonia NH 3 22,094 0,080870 Chloride Cl 2 22,063 0,080760 Tetapan R The conditions 0 C and 1 atm are called standard temperature and pressure (STP).
PV = nRT R = PV nT
= ( 1 atm )(
( 1 mol )( 273.15 K ) R = 0.082067
L • atm / (mol • K)
Experiments show that at STP, 1 mole of an ideal gas occupies 22.42 L.
Tetapan R
What is the volume (in liters) occupied by 49.8 g of HCl at STP?
PV = nRT V = nRT P
T = C = 273.15 K P = 1 atm n
= 49.8 g x 1 mol HCl 36.45 g HCl
= 1.37 mol V =
1 atm 1.37 mol x 0.0821 x 273.15 K L•atm mol•K
Contoh Perhitungan
Contoh Perhitungan
Argon is an inert gas used in lightbulbs to retard the vaporization of the filament. A certain lightbulb containing argon at 1.20 atm and
18 C is heated to 85 C at constant volume. What is the final pressure of argon in the lightbulb (in atm)?
n, V and R are constant PV = nRT nR P
P = 1.20 atm P = ? = constant 1 2 =
V T 291 K 358 K
T = T = 1 2 P 1 P 2 =
T 1 T 2 T 2 358 K P = P x = 2 1 1.20 atm x = 1.48 atm 291 K T 1
G A S _KIMIA INDUSTRI_
DEWI HARDININGTYAS, ST, MT, MBA
WIDHA KUSUMA NINGDYAH, ST, MT
Perhitungan kerapatan, Density (d) d = m
V =
PMr RT m is the mass of the gas in g
Mr is the molar mass of the gas Perhitungan Molar Mass (Mr ) dRT P
Mr = d is the density of the gas in g/L
Density & Molar Mass
35 Stoikiometri Gas
What is the volume of CO 2 produced at 37 C and 1.00 atm when 5.60 g of glucose are used up in the reaction:
C 6 H 12 O 6 (s) + 6O 2 (g) 6CO 2 (g) + 6H 2 O (l) g C 6 H 12 O 6 mol C 6 H 12 O 6 mol CO 2 V CO 2
5.60 g C 6 H 12 O 6 1 mol C 6 H 12 O 6
180 g C 6 H 12 O 6 x
6 mol CO 2 1 mol C 6 H 12 O 6 x
= 0.187 mol CO 2 V = nRT P
0.187 mol x 0.0821 x 310 K
L•atm mol•K
1.00 atm
==
4.76 L
SOAL
Seorang kimiawan melakukan sintetis senyawa gas berwarna kuning kehijauan yang terdiri dari klorin dan oksigen dan ditemukan bahwa kerapatannya adalah 7,71 g/L o pada suhu 36 C dan tekanan 2,88 atm. Hitunglah Mr serta tentukan rumus molekuldari senyawa tersebut.
Hukum Dalton tentang tekanan parsial
Dikemukakan pada 1803 oleh Dalton Tekanan parsial merupakan tekanan masing- masing komponen gas didalam campuran.
Tekanan total dalam suatu campuran gas
adalah jumlah tekanan parsial anggota-anggota campurannya P = P + P total 1 2 n + … + P
Hukum Dalton pada Tekanan Parsial
- P
P
2 P total = P
1
2 V and T
are
constant Ketika 2 gas A dan B berada dalam wadah dengan volume V.
n RT A n Jumlah mol gas A
P = A A
V n RT B n jumlah mol gas B B
=
P B
V n n A B
P = P + P = X =
X T A B A B
- n n + n
n A B A B
= X = X
P P P P A A T B B T
- Fraksi mol merupakan ukuran jumlah yang tidak memiliki dimensi dan menyatakan rasio jumlah mol
= X
P P i i T komponen terhadap jumlah mol semua komponen yang ada.
- Total dalam campuran gas harus
= X = 1.37 atm
P P P i i T T
0.116 =
= 0.0132
X propane
8.24 + 0.421 + 0.116 = 0.0132 x 1.37 atm = 0.0181 atm
P propane
Peralatan untuk mengumpulkan gas diatas permukaan air.
- Oksigen yang dihasilkan dari pemanasan kalium perklorat (KClO ) dengan kehadiran 3 sejumlah kecil mangan dioksida untuk mempercepat laju reaksi berupa gelembung dalam air dan terkumpul dalam botol. Bottle full of oxygen
- Mudah tidaknya gas dimampatkan karena molekul fasa gas diasumsikan dipisahkan oleh jarak yang cukup lebar.
- Hukum Boyle
- Hukum Charles
- Karena energi kinetik rata-rata molekul gas sebanding dengan suhu dari sampel (teori poin 4),kenaikan suhu meningkatkan energi kinetik rata- rata.
- T a Energi kinetik rata-rata
- P a laju tumbukan
- Laju tumbukan a energi kinetik rata-rata
- V a T
>Hukum Avogadro- Tekanan berbanding lurus dengan kerapatan dan suhu gas
- P a laju tumbukan
- Kerapatan a n
- Gambaran difusi gas NH 3 botol yang berisi larutan amonia) yang bergabung dengan gas HCl (berasal dari botol yang berisi asam klorida), menghasilkan padatan NH Cl. 4
• Persamaan van der waals merupakan modifikasi dari persamaan gas
ideal yang menjelaskan perilaku non ideal gas nyata,mengoreksi 2 faktamolekul-molekul gas nyata melakukan gaya antara satu dengan yang
lainnya dan memiliki volume• Konstanta van der waals untuk setiap gas ditentukan secara percobaan.
P = P + P T O H O 2 2 gas and water vapor
2KClO (s) 2KCl (s) + 3O (g) 3 dipanaskan 2
Teori Kinetik Molekul Gas
1. Gas mengandung molekul-molekul yang terpisah satu
sama lain dengan jarak jauh lebih besar daripada ukuran molekulnya. Molekul dapat dianggap “titik-titik” yang mempunyai massa tetapi volumenya dapat diabaikan (V zero).
2. Molekul gas bergerak dengan kecepatan konstan dan
arah acak. Tumbukan antar molekul elastis sempurna energi dapat dipindahkan dari satu molekul ke molekul lain, namun energi total dalam sistem tetap sama.
3. Molekul gas tidak mengalami baik gaya tarik-menarik maupun tolak-menolak satu sama lain.
4. Energi kinetik rata-rata molekul sebanding dengan O
temperatur gas ( K). Dua gas dalam temperatur yang sama akan mempunyai energi kinetik rata-rata yang sama.
Secara kualitatif dimungkinkan untuk menjelaskan sifat- sifat umum zat yang berwujud gas
P
a laju tumbukan (jumlah tumbukan molekul tiap detik) Laju tumbukan a besarnya kerapatan gas (jumlah molekul per satuan volume) Besarnya kerapatan gas a 1/V
P
a 1/V
Penerapan Hukum-hukum Gas
Laju tumbukan a kerapatan
V
a n
Hukum Dalton tentang tekanan parsial
Pada poin 3 : jika molekul tidak saling tarik menarik atau tolak menolak tekanan yang ditimbulkan satu jenis molekul tidak dipengaruhi kehadiran gas lain tekanan totalnya merupakan tekanan parsial masing-masing gas.
= SP
P total i
Rute (path) pergerakan partikel dalam gas. Partikel bergerak lurus dengan arah terus berubah karena benturan dengan partikel lain atau dengan dinding tempat gas, namun mengikuti
Konsep Kecepatan rata-
rata (concept of Average Speed) Distribusi kecepatan molekul gas nitrogen pada tiga temperatur Distribusi kecepatan tiga gas berbeda pada temperature sama.
49
Energi Kinetik Rata-rata
3 RT (KE) avg
2
Hasil teori kinetik gas bahwa energi kinetik total gas apapun = 3/2 RT
3RT
u = rms
Mr Bila digunakan R = 8,314 J/K.mol dan mengkonversi Mr menjadi kg/mol maka u dapat dihitung dalam
rms
meter/detik (m/s)
SOAL
Hitunglah kecepatan akar rata-rata kuadrat untuk atom helium dan molekul nitrogen dalam m/s pada
o
suhu 25 C (R yang digunakan 8,314 J/K.mol)
DIFFUSION
Campuran antara molekul satu gas dengan molekul gas lainnya yang terjadi secara sedikit demi sedikit berdasarkan sifat kinetiknya. Berlangsung dari daerah dengan konsentrasi lebih tinggi ke lebih rendah
(dari
Hukum Graham (Graham’s Law)
Dikemukakan pada 1830 oleh Thomas Graham
Laju Difusi dua gas berbanding terbalik dengan
akar kuadrat densitas mereka
r
1
2 ρ r
2 ρ
1
IDEAL
Suatu gas dikatakan memperlihatkan perilaku ideal apabila :
Molekul-molekul dalam keadaan gas tidak
memiliki gaya apapun baik gaya tarik menarik maupun gaya tolak menolak antara satu dengan lainnya.
Volume molekul diabaikan karena begitu kecilnya dibandingkan dengan wadahnya.
Anggapan bahwa gas nyata berperilaku mirip dengan gas ideal tidak dapat diberlakukan untuk semua kondisi.
Plot antara PV/nRT terhadap P beberapa gas nyata dan 1 gas ideal pada suhu tertentu (200 K).
(a)Gas at low concentration
— relatively few interactions between particles.
(b)Gas at high concentration
— many more interactions between particles.
Gas Nyata
2 n V
[ P a ( / ) ] V nb nRT obs
corrected pressure corrected volume
V P ideal ideal
SOAL
o
Diketahui 3,5 mol NH menempati 5,2 L pada suhu 47 3 C.
Hitung tekanan gas (atm) dengan menggunakan
a). Persamaan gas ideal
b). Persamaan van der waals
SOAL
Oksigen yang dihasilkan dari penguraian kalium perklorat, dikumpulkan, dimana volume oksigen yang terkumpul pada o suhu 24 C dan tekanan atmosfer 762 mmHg adalah 128 mL.
Hitunglah massa (gr) gas oksigen yang diperoleh. Tekanan o uap air pada suhu 24 C adalah 22,4mmHg