Penjelasan mengenai Hukum-Hukum tentang Gas

Pada pembahasan kali ini kita akan mempelajari Hukum-hukum yang berkaitan tentang Gas, diantara hukum-hukum tersabut adalah, Hukum Boyle, Hukum Charles, Hukum Gay Lussac, Hukum Boyle-Gay Lussac, Persamaan Umum Gas Ideal, untuk lebih jelasnya silahkan anda perhatikan penjelasan berikut:

1.  Hukum Boyle

Volume gas dalam suatu ruang tertutup sangat bergantung pada tekanan dan suhunya. Apabila suhu dijaga konstan, maka tekanan yang diberikan akan memperkecil volumenya. Hubungan, tersebut dikenal dengan Hukum Boyle yang dapat dinyatakan berikut ini. 

“Apabila suhu gas yang berada dalam ruang tertutup dijaga konstan, maka tekanan gas berbanding terbalik dengan volumenya”. 

Secara sistematis, pernyataan tersebut dapat dituliskan:

P ∞ 1/V, untuk P.V = konstan atau:

P ₁ .V ₁ = P ₂ .V ₂

(1)

dengan:

P ₁ = tekanan gas pada keadaan 1 (N/m ² )

V ₁ = volume gas pada keadaan 1 (m ³ )

P ₂ = tekanan gas pada keadaan 2 (N/m ² )

V ₂ = volume gas pada keadaan 2 (m ³ )

Persamaan (1) menyatakan bahwa pada suhu konstan, jika tekanan atau volume gas berubah, maka variabel yang lain juga berubah sehingga hasil kali P.V selalu tetap.

Hubungan antara tekanan dan volume gas pada suhu konstan dapat dilukiskan dengan grafik seperti yang tampak pada Gambar berikut:

Grafik hubungan P -V pada suhu konstan.

Grafik tersebut menunjukkan bahwa pada saat volumenya bertambah, tekanan gas akan berkurang. Proses pada suhu konstan disebut proses isotermis.

2. Hukum Charles

Telah diketahui bahwa selain ditentukan oleh tekanan, volume gas dalam ruang tertutup juga dipengaruhi oleh suhu. Jika suhu gas dinaikkan, maka gerak partikel-partikel gas akan semakin cepat sehingga volumenya bertambah. Apabila tekanan tidak terlalu tinggi dan dijaga konstan, volume gas akan bertambah terhadap kenaikan suhu. Hubungan tersebut dikenal dengan Hukum Charles yang dapat dinyatakan berikut ini.

“Apabila tekanan gas yang berada dalam ruang tertutup dijaga konstan, maka volume gas berbanding lurus dengan suhu mutlaknya.”

Secara matematis, pernyataan tersebut dapat dituliskan:

V ∞ T

(2)

dengan:

V ₁ = volume gas pada keadaan 1 (m ³ )

T ₁ = suhu mutlak gas pada keadaan 1 (K)

V ₂ = volume gas pada keadaan 2 (m ³ )

T ₂ = suhu mutlak gas pada keadaan 2 (K)

Hubungan antara volume gas dan suhu pada tekanan konstan dapat dilukiskan dengan grafik seperti yang tampak pada Gambar berikut:

Grafik hubungan V -T pada tekanan konstan.

Proses yang terjadi pada tekanan tetap disebut proses isobaris.

3. Hukum Gay Lussac

Apabila botol dalam keadaan tertutup kita masukkan ke api, maka botol tersebut akan meledak. Hal ini terjadi karena naiknya tekanan gas di dalamnya akibat kenaikan suhu. Dengan demikian, dapat dikatakan bahwa:

“Apabila volume gas yang berada pada ruang tertutup dijaga konstan, maka tekanan gas berbanding lurus dengan suhu mutlaknya”.

Pernyataan tersebut dikenal dengan Hukum Gay Lussac. Secara matematis dapat dituliskan:

P ∞ T

(3)

dengan:

P ₁ = tekanan gas pada keadaan 1 (N/m ² )

T ₁ = suhu mutlak gas pada keadaan 1 (K)

P ₂ = tekanan gas pada keadaan 2 (N/m ² )

T ₂ = suhu mutlak gas pada keadaan 2 (K)

Hubungan antara tekanan dan suhu gas pada volume konstan dapat dilukiskan dengan grafik seperti yang tampak pada Gambar berikut:

Grafik hubungan P -T pada volume konstan

Proses yang terjadi pada volume konstan disebut proses isokhoris.

4. Hukum Boyle-Gay Lussac

Hukum Boyle-Gay Lussac merupakan gabungan dari persamaan (1), (2), dan (3), sehingga dapat dituliskan:

PV/T = konstan

(4)

5. Persamaan Umum Gas Ideal

Sebelum membahas lebih lanjut mengenai persamaan umum gas ideal, kita akan mendefinisikan dahulu beberapa istilah kimia yang berkaitan dengan gas ideal.

1. Massa atom relatif (Ar), adalah perbandingan massa rata-rata sebuah atom suatu unsur terhadap 1/12 kali massa sebuah atom ¹²₆C . Harga massa atom relatif bukanlah massa yang sebenarnya dari suatu atom, tetapi hanya merupakan harga perbandingan.
   Contoh:
   Ar H = 1
   Ar Ne = 20
   Ar Ar = 4
2. Massa molekul relatif (Mr), adalah jumlah keseluruhan massa atom relatif (Ar) unsur-unsur penyusun senyawa.
3. Mol (n), adalah satuan banyaknya partikel yang besarnya merupakan hasil bagi massa suatu unsur (senyawa) dengan massa relatifnya (Ar atau Mr).
   
4. Bilangan Avogadro, adalah bilangan yang menyatakan jumlah partikel dalam satu mol.
   N A = 6,0²³ x 10 ²³ partikel/mol
   N = n N_A
   N adalah jumlah total partikel.

Hukum-hukum tentang gas dari Boyle, Charles, Gay Lussac, dan Boyle-Gay Lussac diperoleh dengan menjaga satu atau lebih variabel dalam keadaan konstan untuk mengetahui akibat dari perubahan satu variabel. Berdasarkan Hukum Boyle–Gay Lussac diperoleh:

PV/T = konstan atau PV/T = k

Apabila jumlah partikel berubah, maka volume gas juga akan berubah. Hal ini berarti bahwa harga PV/T adalah tetap, bergantung pada banyaknya partikel (N ) yang terkandung dalam gas. Persamaan di atas dapat dituliskan:

PV/T = N . k

P . V = N . k . T

(i)

k = konstanta Boltzmann, (k = 1,38 x 10^-23 J/K)

Karena N = n.N_A , maka:

P.V = n.N_A .k.T

(ii)

N_A .k = R, yang merupakan konstanta gas umum yang besarnya sama untuk semua gas, maka persamaan (ii) menjadi:

P.V = n.R.T

(5)

dengan:

P = tekanan gas (N/m²)

V = volume gas (m³)

n = jumlah mol

T = suhu mutlak (K)

R = konstanta gas umum (J/mol.K)

R = N A .k

R = (6,0²³ x 10²³) (1,38 x 10 ^-23 )

R = 8,31 J/mol.K = 0,082 L.atm/mol.K

Persamaan (5) disebut persamaan umum gas ideal.