Hukum Gas Ideal (1834)

Gas merupakan satu dari tiga wujud zat dan walaupun wujud ini merupakan bagian tak
terpisahkan dari studi kimia, bab ini terutama hanya akan membahas 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 didiskusikan. 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.
Sifat-sifat gas dapat dirangkumkan sebagai berikut.
1. Gas bersifat transparan.
2. Gas terdistribusi merata dalam ruang apapun bentuk ruangnya.
3. Gas dalam ruang akan memberikan tekanan ke dinding.
4. Volume sejumlah gas sama dengan volume wadahnya. Bila gas tidak diwadahi,
volume gas akan menjadi tak hingga besarnya, dan tekanannya akan menjadi tak
hingga kecilnya.
5. Gas berdifusi ke segala arah tidak peduli ada atau tidak tekanan luar.
6. Bila dua atau lebih gas bercampur, gas-gas itu akan terdistribusi merata.
7. Gas dapat ditekan dengan tekanan luar. Bila tekanan luar dikurangi, gas akan
mengembang.
8. Bila dipanaskan gas akan mengembang, bila didinginkan akan mengkerut.
Dari berbagai sifat di atas, yang paling penting adalah tekanan gas. Misalkan suatu cairan
memenuhi wadah. Bila cairan didinginkan dan volumenya berkurang, cairan itu tidak akan
memenuhi wadah lagi. Namun, gas selalu akan memenuhi ruang tidak peduli berapapun
suhunya. Yang akan berubah adalah tekanannya.
Alat yang digunakan untuk mengukur tekanan gas adalah manometer. Prototipe alat
pengukur tekanan atmosfer, barometer, diciptakan oleh Torricelli.
Tekanan didefinisikan gaya per satuan luas, jadi tekanan = gaya/luas.
Dalam SI, satuan gaya adalah Newton (N), satuan luas m2, dan satuan tekanan adalah
Pascal (Pa). 1 atm kira-kira sama dengan tekanan 1013 hPa.
1 atm = 1,01325 x 105 Pa = 1013,25 hPa
Namun, dalam satuan non-SI unit, Torr, kira-kira 1/760 dari 1 atm, sering digunakan untuk
mengukur perubahan tekanan dalam reaksi kimia.
Fakta bahwa volume gas berubah bila tekanannya berubah telah diamati sejak abad XVII
oleh Torricelli dan filsuf/saintis Perancis Blase Pascal (1623-1662). Boyle mengamati
bahwa dengan mengenakan tekanan dengan sejumlah volume tertentu merkuri, volume
gas, yang terjebak dalam tabung gelas yang tertutup di salah satu ujungnya, akan
berkurang. Dalam percobaan ini, volume gas diukur pada tekanan lebih besar dari 1 atm.
Boyle membuat pompa vakum menggunakan teknik tercangih yang ada waktu itu, dan ia
mengamati bahwa gas pada tekanan di bawah 1 atm akan mengembang. Setelah ia melakukan
banyak percobaan, Boyle mengusulkan persamaan untuk menggambarkan hubungan antara
volume V dan tekanan P gas. Hubungan ini disebut dengan hukum Boyle.
PV = k (suatu tetapan)
Tiga hukum Gas
Hukum Boyle: V = a/P (pada T, n tetap)
Hukum Charles: V = b.T (pada P, n tetap)
Hukum Avogadro: V = c.n (pada T, P tetap)
Jadi, V sebanding dengan T dan n, dan berbanding terbalik pada P. Hubungan ini dapat
digabungkan menjadi satu persamaan:
V = RTn/P (6.4)
atau
PV = nRT (6.5)
R adalah tetapan baru. Persamaan di atas disebut dengan persamaan keadaan gas ideal
atau lebih sederhana persamaan gas ideal.
Nilai R bila n = 1 disebut dengan konstanta gas, yang merupakan satu dari konstanta
fundamental fisika. Nilai R beragam bergantung pada satuan yang digunakan. Dalam
sistem metrik, R = 8,2056 x10–2 dm3 atm mol-1 K-1. Kini, nilai R = 8,3145 J mol-1 K-1 lebih
sering digunakan.
PV = n.R.T
Keterangan: V = Volume
P = Tekanan
n = mol
R = Konstanta (0,082)
T = Temperatur
Contoh:
Hitung volume 1 mol gas pada keadaan standar
(0oC pada tekanan 1 atm = 273oK).
Jawab : PV = n. RT
1 x V = 1 x 0,082 x 273
V = 22,4