Wujud Zat (Gas Mulia)

WUJUD ZAT

(GAS MULIA)

ZAT

Pengertian Wujud Zat

Wujud zat merupakan bentuk-bentuk berbeda yang diambil oleh berbagai fase materi berlainan. Secara historis, pembedaan ini dibuat berdasarkan perbedaan kualitatif dalam sifat bulk Dalam keadaan padatan zat mempertahankan bentuk dan volume; dalam keadaan cairan zat mempertahankan volume tetapi menyesuaikan dengan bentuk wadah tersebut; dan sedangkan gas mengembang untuk menempati volume apa pun yang tersedia.

Perbedaan antara wujud zat saat ini didasarkan pada perbedaan dalam hubungan antarmolekul. Dalam keadaan padatan gaya-gaya intermolekul menjaga molekul-molekul berada dalam hubungan spasial tetap. Dalam cairan, gaya-gaya antarmolekul menjaga molekul tetap berada berdekatan, namun tidak ada hubungan spasial yang tetap.

Dalam keadaan gas molekul lebih terpisah dan gaya tarik antarmolekul relatif tidak memengaruhi gerakannya. Plasma adalah gas yang sangat terionisasi, yang terjadi pada suhu tinggi. Gaya-gaya antarmolekul yang diciptakan oleh gaya tarik dan tolak ion-ion memberikan keadaan ini sifat-sifat berbeda, sehingga plasma dideskripsikan sebagai wujud zat keempat.

Meskipun padatan, cairan, dan gas adalah wujud zat yang paling umum di Bumi, kebanyakan materi baryon di alam semesta berada dalam wujud plasma panas, baik sebagai medium jarang antarbintang maupun sebagai bintang rapat.

Wujud zat juga dapat didefinisikan menggunakan konsep transisi fase. Sebuah transisi fase menandakan perubahan struktur dan dapat dikenali dari perubahan drastis dari sifat-sifatnya. Menggunakan definisi ini, wujud zat yang berbeda adalah tiap keadaan termodinamika yang dibedakan dari keadaan lain dengan sebuah transisi fase.

Air dapat dikatakan memiliki beberapa wujud padat yang berbeda. Munculnya sifat superkonduktivitas dihubungkan dengan suatu transisi fase, sehingga ada keadaan superkonduktif. Begitu pula, keadaan kristal cair dan feromagnetik ditandai oleh transisi fase dan memiliki sifat-sifat berlainan.

Perubahan Wujud Zat

Perubahan wujud zat adalah perubahan termodinamika dari satu fase benda ke keadaan wujud zat yang lain.

Perubahan wujud zat ini bisa terjadi karena peristiwa pelepasan dan penyerapan kalor.Perubahan wujud zat terjadi ketika titik tertentu tercapai oleh atam/senyawa zat tersebut yang biasanya dikuantitaskan dalam angka suhu. Semisal air untuk menjadi padat harus mencapai titik bekunya dan air menjadi gas harus mencapai titik didihnya.

Perubahan wujud zat digolongkan menjadi enam peristiwa sebagai berikut :

§  Membeku

Peristiwa perubahan wujud dari cair menjadi padat. Dalam peristiwa ini zat melepaskan energi panas. Contoh peristiwa mencair yaitu air yang dimasukkan dalam freezer akan menjadi es batu, lilin cair yang didinginkan.

§  Mencair

Peristiwa perubahan wujud zat dari padat menjadi cair. Dalam peristiwa ini zat memerlukan energi panas. Contoh peristiwa mencair yaitu pada batu es yang berubah menjadi air, lilin yang dipanaskan.

§  Menguap

Peristiwa perubahan wujud dari cair menjadi gas. Dalam peristiwa ini zat memerlukan energi panas. Contohnya air yang direbus jika dibiarkan lama-kelamaan akan habis, bensin yang dibiarkan berada pada tempat terbuka lama-lama juga akan habis berubah menjadi gas.

§  Mengembun

Peristiwa perubahan wujud dari gas menjadi cair. Dalam peristiwa ini zat melepaskan energi panas. Contoh mengembun adalah ketika kita menyimpan es batu dalam sebuah gelas maka bagian luar gelas akan basah, atau rumput di lapangan pada pagi hari menjadi basah padahal sore harinya tidak hujan

§  Menyublim

Peristiwa perubahan wujud dari padat menjadi gas. Dalam peristiwa ini zat memerlukan energi panas. Contoh menyublim yaitu pada kapur barus (kamper) yang disimpan pada lemari pakaian lama-lama akan habis.

§  Mengkristal

Peristiwa perubahan wujud dari gas menjadi padat. Dalam peristiwa ini zat melepaskan energi panas. Contoh mengkristal adalah pada peristiwa berubahnya uap menjadi salju.

GAS

Pengertian Gas

Gas adalah suatu fase benda dalam ikatan molekul, bisa berbentuk cairan, benda padat, ikatan molekul akan terlepas pada suhu titik uap benda. Gas mempunyai kemampuan untuk mengalir dan dapat berubah bentuk. Namun berbeda dari cairan yang mengisi pada besaran volume tertentu, gas selalu mengisi suatu volume ruang, mereka mengembang dan mengisi ruang di manapun mereka berada.

 Tenaga gerak/energi kinetis dalam suatu gas adalah bentuk zat terhebat kedua (setelah plasma). Karena penambahan energi kinetis ini, atom-atom gas dan molekul sering memantul antara satu sama lain, apalagi jika energi kinetis ini semakin bertambah.

GAS IDEAL

Pengertian Gas Ideal

Gas ideal merupakan kumpulan dari partikel – partikel suatu zat yang jaraknya cukup jauh dibandingkan dengan ukuran partikelnya. Partikel – partikel itu selalu bergerak secara acak ke segala arah. Pada saat partikel – partikel gas ideal itu bertumbukan antar partikel atau dengan dinding akan terjadi tumbukan lenting sempurna sehingga tidak terjadi kehilangan energy.

Secara umum, gas berperilaku seperti gas ideal pada temperatur tinggi dan tekanan rendah. Model gas ideal tak dapat dipakai pada suhu rendah atau tekanan tinggi, karena gaya intermolekuler dan ukuran molekuler menjadi penting. Model gas ideal juga tak dapat dipakai pada gas-gas berat seperti refrigeran atau gas dengan gaya intermolekuler kuat, seperti uap air.

Pada beberapa titik ketika suhu rendah dan tekanan tinggi, gas nyata akan menjalani fase transisi menjadi liquid atau solid. Model gas ideal tidak dapat menjelaskan atau memperbolehkan fase transisi. Hal ini dapat dijelaskan dengan persamaan keadaan yang lebih kompleks.

Hukum – hukum gas ideal

a.      Hukum boyle

Apabila suhu gas dijaga selalu konstan, maka ketika tekanan gas bertambah, volume gas semakin berkurang. Demikian juga sebaliknya tekanan gas berkurang volume gas semakin bertambah.

Saat melakukan percobaan tentang hubungan antara tekanan dan volume gas dalam suatu ruang tertutup, Robert boyle menjaga agar tidak terjadi perubahan temperature pada gas (isothermal)

b.      Hukum gas lussac

Apabila volume gas dijaga agar selalu konstan, maka ketika tekanan gas bertambah, suhu mutlak gas pun ikut – ikutan bertambah. Demikian juga sebaliknya ketika tekanan gas berkurang, suhu mutlak gas akan berkurang. Istilah karenanya, pada volume konstantekanan gas berbanding lurus dengan suhu mutlak gas.

Gay lussac, seorang ilmuan asal prancis, meneliti hubungan antara volume gas (v) dan temperature (t) gas pada tekanan tetap (isobarik)

c.       Hukum Charles

Tekanan gas dijaga agar selalu konstan, maka ketika suhu mutlak gas bertambah, volume gaspun ikut – ikutan bertambah, sebaliknya ketika suhu mutlak gas berkurang, volume gas juga ikut berkurang

Seorang ilmuan perancis lainnya carles menyatakan hubungan antara tekanan (p) terhadap temperature (t) suatu gas yangh berada pada volume tetap (isokhorik)

Persamaan Keadaan Gas Ideal

PV          =             nRT

Dengan :

P             = tekanan

V             = volume

n             = jumlah mol

R             = tetapan gas semesta

T             = suhu mutlak

Persamaan gas ideal berdasarkan hukum yang ada

Hukum boyle

P₁V1₁     =        P₂V₂

Hukum Gay Lussac

      =      

Hukum Harles

      =      

Hubungan Antara Hukum Boyle, Hukum Charles Dan Hukum Gay Lussac

V     à perbandingan 1 (volume berbansing terbalik dengan tekanan)

V  T    à perbandingan 2 (volume sebanding dengan suhu mutlak)

P  T    à perbandingan 3 (tekanan ebanding dengan suhu mutlak)

Pembagian Gas

Gas ideal

-          Cukup akurat dalam memprediksi keadaan gas pada tekanan rendah dan temperatur tinggi

-          Volume molekul dapat diabaikan

-          Gaya tarik antar molekul dapat diabaikan

Gas nyata

-          Cukup akurat dalam memprediksi keadaan gas pada tekanan tinggi dan temperatur rendah

-          Volume molekul tidak dapat diabaikan

-          Gaya tarik antar molekul tidak dapat diabaikan (unutk semua kondisi p dan t)

Sifat Gas Ideal

-          Gas Bersifat Transparant

-          Gas Terdistribusi Merata Dalam Ruangan Apapun Bentik Ruangnya

-          Gas Dalam Ruang Akan Memberikan Tekanan Ke Dinding

-          Volume Sejumlah Gas Sama Dengan Volume Wadahnya. Bila Gas Tidak Diwadahi Maka Volume Gas Akan Menjadi Tak Terhingga Kecilnya

-          Bila Dua Atau Lebih Gas Berampur, Gas – Gas Itu Akan Terdistribusi Merata

-          Bila Dipanaskan Gas Akan Mengembang, Bila Didinginkan Akan Mengkerut

-          Gas Terdiri Atas Partikel – Partikal Dalam Jumlah Yang Besar Sekali, Yang Senantiasa Bergerak Dengan Arah Sembarang Dan Tersebar Merata Dalam Ruang Yang Kecil

-          Jarak Antara Partikel Gas Jauh Lebih Besar Daripada Ukuran Partikel, Sehingga Ukuran Partikel Gas Dapat Diabaikan

-          Tumbukan Antara Partikel – Partikel Gas Dan Antara Partikel Dengan Dinding Tempatnya Adalah Elastis Sempurna

-          Hukum – Hukum Newton Tentang Gerak Berlaku

-          Gas Berdifusi Kesegala Arah Tidak Peduli Ada Atau Tidak Tekanan Luar

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.

Keadaan Gas

-          Keadaan Gas Ditentukan Oleh Sifat Dasar Yaitu :

a.      Tekanan (p) merupakan gaya per satuan luas

1 pa = 1 Nm^-2 = 10^-5bar = 0,99 x 10^-5atm = 0,752 x 10^-2mmHg

1 bar = 100 k Pa

1 atm = 101,33 k Pa

1 atam = 760 Torr = 760 mm Hg

b.      Volume (V)

c.       Jumlah mol (n)

d.      Temperatur (T)

T = ( t (^oC) + 273,15) K

-          Persamaan keadaan menggabungkan variable VnPT

Tetapan Gas Umum

R =tetapan gas umum

= 8,314 J K^-1mol^-1

= 8,206 . 10 ^-2 L atm K^-1 mol ^-1

= 1,987 kal K^-1 mol^-1

Persamaan Gas Nyata

-          Molekul bergerak pada volume V- nb

Nb = volume yang ditempati gas

P =

-          Jika pengurangan tekanan = -a (n/v)²

P =  – a (  )²

Hubungan Volume, Tekanan dan Temperatur

Volume dan tekanan

Fakta bahwa volume gas berubah bila tekanannya berubah telah diamati sejak abad 17 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 delas 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 (6.1) untuk menggambarkan hubungan antara volume V dan tekanan P gas. Hubungan ini disebut dengan hukum Boyle.

PV = k (suatu tetapan) (6.1)

Penampilan grafis dari percobaan Boyle dapat dilakukan dengan dua cara. Bila P diplot sebagai ordinat dan V sebagai absis, didapatkan hiperbola

Volume dan temperatur

Setelah lebih dari satu abad penemuan Boyle ilmuwan mulai tertarik pada hubungan antara volume dan temperatur gas. Mungkin karena balon termal menjadi topik pembicaraan di kotakota waktu itu. Kimiawan Perancis Jacques Alexandre César Charles (1746-1823), seorang navigator balon yang terkenal pada waktu itu, mengenali bahwa, pada tekanan tetap, volume gas akan meningkat bila temperaturnya dinaikkan. Hubungan ini disebut dengan hukum Charles, walaupun datanya sebenarnya tidak kuantitatif. Gay-Lussac lah yang kemudian memplotkan volume gas terhadap temperatur dan mendapatkan garis lurus. Karena alasan ini hukum Charles sering dinamakan hukum Gay-Lussac. Baik hukum Charles dan hukum Gay-Lussac kira-kira diikuti oleh semua gas selama tidak terjadi pengembunan.

Pembahasan menarik dapat dilakukan dengan hukum Charles. Dengan mengekstrapolasikan plot volume gas terhadap temperatur, volumes menjadi nol pada temperatur tertentu. Menarik bahwa temperatur saat volumenya menjadi nol sekiatar -273°C (nilai tepatnya adalah -273.2 °C) untuk semua gas. Ini mengindikasikan bahwa pada tekanan tetap, dua garis lurus yang didapatkan dari pengeplotan volume V1 dan V2 dua gas 1 dan 2 terhadap temperatur akan berpotongan di V = 0.

Fisikawan Inggris Lord Kelvin (William Thomson (1824-1907)) megusulkan pada temperatur ini temperatur molekul gas menjadi setara dengan molekul tanpa gerakan dan dengan demikian volumenya menjadi dapat diabaikan dibandingkan dengan volumenya pada temperatur kamar, dan ia mengusulkan skala temperatur baru, skala temperatur Kelvin, yang didefinisikan dengan persamaan berikut.

273,2 + °C = K (6.2)

Kini temperatur Kelvin K disebut dengan temperatur absolut, dan 0 K disebut dengan titik nol absolut. Dengan menggunakan skala temperatur absolut, hukum Charles dapat diungkapkan dengan persamaan sederhana :

V = bT (K) (6.3)

dengan b adalah konstanta yang tidak bergantung jenis gas.

Menurut Kelvin, temperatur adalah ukuran gerakan molekular. Dari sudut pandang ini, nol absolut khususnya menarik karena pada temperatur ini, gerakan molekular gas akan berhenti. Nol absolut tidak pernah dicapai dengan percobaan. Temperatur terendah yang pernah dicapai adalah sekitar 0,000001 K.

Avogadro menyatakan bahwa gas-gas bervolume sama, pada temperatur dan tekanan yang sama, akan mengandung jumlah molekul yang sama (hukum Avogadro; Bab 1.2(b)). Hal ini sama dengan menyatakan bahwa volume real gas apapun sangat kecil dibandingkan dengan volume yang ditempatinya. Bila anggapan ini benar, volume gas sebanding dengan jumlah molekul gas dalam ruang tersebut. Jadi, massa relatif, yakni massa molekul atau massa atom gas, dengan mudah didapat.

Gas pada dasarnya sangat rumit jika untuk dipelajari secara konservatif. Karena itu perlu penyederhanaan tersendiri. Dengan menganggap gas sebagai gas ideal, kamu akan menyederhanakan dalam mempelajari gas.

Gas ideal adalah gas yang memenuhi beberapa syarat tertentu. Gas ideal memenuhi beberapa kriteria sebagai berikut:

§  Jumlah partikel gas banyak sekali tetapi tidak ada gaya tarik menarik antar partikel

§  Semua partikel bergerak dengan acak

§  Ukuran gas sangat kecil bila dibanding dengan ukuran wadah, jadi ukuran gas diabaikan

§  Setiap tumbukan yang terjadi bersifat lenting sempurna

§  Partikel gas terdistribusi merata pada seluruh ruang dalam wadah

§  Partikel gas memenuhi hukum newton tentang gerak