Hukum Amagat menyatakan bahwa volume total campuran gas sama dengan jumlah volume parsial setiap gas yang akan dimasukkan, jika sendiri, serta tekanan dan suhu campuran.
Ia juga dikenal sebagai hukum volume parsial atau aditif dan namanya diambil dari fisikawan dan kimiawan Prancis Emile Hilaire Amagat (1841-1915), yang merumuskannya untuk pertama kali pada tahun 1880. Volume ini analog dengan hukum tekanan parsial dari Dalton.
Udara di atmosfer dan di dalam balon dapat diperlakukan sebagai campuran gas yang ideal, di mana hukum Amagat dapat diterapkan. Sumber: PxHere
Kedua hukum tersebut berlaku tepat dalam campuran gas ideal, tetapi keduanya merupakan perkiraan ketika diterapkan pada gas nyata, di mana gaya antar molekul memainkan peran penting. Di sisi lain, dalam hal gas ideal, gaya tarik molekuler dapat diabaikan.
Rumus
Dalam bentuk matematis, hukum Amagat berbentuk:
V T = V 1 + V 2 + V 3 +…. = ∑ V i (T m , P m )
Dimana huruf V melambangkan volume, dimana V T adalah volume total. Simbol penjumlahan berfungsi sebagai notasi kompak. T m dan P m masing-masing adalah suhu dan tekanan campuran.
Volume setiap gas adalah V i dan disebut volume komponen. Penting untuk dicatat bahwa volume parsial ini adalah abstraksi matematis dan tidak sesuai dengan volume sebenarnya.
Faktanya, jika kita hanya menyisakan satu gas dalam campuran di wadah, itu akan segera mengembang untuk menempati volume total. Akan tetapi, hukum Amagat sangat bermanfaat, karena memfasilitasi beberapa perhitungan dalam campuran gas, memberikan hasil yang baik terutama pada tekanan tinggi.
Contoh
Campuran gas berlimpah di alam Pertama-tama, makhluk hidup menghirup campuran nitrogen, oksigen, dan gas lain dalam proporsi yang lebih rendah, jadi ini adalah campuran gas yang sangat menarik untuk dicirikan.
Berikut beberapa contoh campuran gas:
Udara di atmosfer bumi, yang campurannya dapat dimodelkan dengan berbagai cara, baik sebagai gas ideal maupun dengan salah satu model gas nyata.
-Mesin gas, yang merupakan pembakaran internal, tetapi alih-alih menggunakan bensin, mereka menggunakan campuran udara-gas alam.
-Campuran karbon monoksida-dioksida yang dikeluarkan mesin bensin melalui pipa knalpot.
-Kombinasi hidrogen-metana yang melimpah di planet-planet raksasa gas.
Gas antarbintang, campuran yang sebagian besar terdiri dari hidrogen dan helium yang mengisi ruang antar bintang.
Campuran gas yang beragam pada tingkat industri.
Tentu saja, campuran gas ini umumnya tidak berperilaku sebagai gas ideal, karena kondisi tekanan dan suhu jauh dari yang ditetapkan dalam model tersebut.
Sistem astrofisika seperti Matahari masih jauh dari ideal, karena variasi suhu dan tekanan muncul di lapisan bintang dan sifat materi berubah seiring evolusi dari waktu ke waktu.
Campuran gas ditentukan secara eksperimental dengan perangkat yang berbeda, seperti alat analisa Orsat. Untuk gas buang ada alat analisa portabel khusus yang bekerja dengan sensor infra merah.
Ada juga perangkat yang mendeteksi kebocoran gas atau dirancang untuk mendeteksi gas tertentu secara khusus, yang digunakan terutama dalam proses industri.
Gambar 2. Alat analisa gas model lama untuk mendeteksi emisi kendaraan, khususnya emisi karbon monoksida dan hidrokarbon. Sumber: Wikimedia Commons.
Gas ideal dan volume komponen
Hubungan penting antara variabel dalam campuran dapat diturunkan dengan menggunakan hukum Amagat. Mulai dari persamaan gas ideal:
Selanjutnya, volume komponen i dari campuran tersebut diselesaikan, yang kemudian dapat dituliskan sebagai berikut:
Dimana n i melambangkan jumlah mol gas yang ada dalam campuran, R adalah konstanta gas, T m adalah suhu campuran dan P m adalah tekanan campuran . Jumlah mol ni adalah:
Sedangkan untuk campuran lengkap, n diberikan oleh:
Membagi ekspresi untuk atau dengan yang terakhir:
Memecahkan untuk V i :
Jadi:
Di mana x i disebut fraksi mol dan merupakan besaran tak berdimensi.
Fraksi mol ekuivalen dengan fraksi volume V i / V dan dapat ditunjukkan bahwa fraksi ini juga ekivalen dengan fraksi tekanan P i / P.
Untuk gas nyata, harus digunakan persamaan lain yang sesuai atau faktor kompresibilitas atau faktor kompresi Z harus digunakan. Dalam hal ini, persamaan keadaan gas ideal harus dikalikan dengan faktor ini:
Latihan
Latihan 1
Campuran gas berikut disiapkan untuk aplikasi medis: 11 mol nitrogen, 8 mol oksigen, dan 1 mol karbon dioksida. Hitung volume parsial dan tekanan parsial setiap gas yang ada dalam campuran, jika harus memiliki tekanan 1 atmosfer dalam 10 liter.
1 atmosfer = 760 mm Hg.
Larutan
Campuran tersebut dianggap sesuai dengan model gas ideal. Jumlah mol adalah:
Fraksi mol setiap gas adalah:
-Nitrogen: x Nitrogen = 11/20
-Oksigen: x Oksigen = 8/20
-Anhidrida karbonat : x Karbonat anhidrida = 1/20
Tekanan dan volume parsial masing-masing gas dihitung sebagai berikut:
-Nitrogen: P N = 760 mm Hg. (11/20) = 418 mm Hg; V N = 10 liter. (11/20) = 5,5 liter.
-Oksigen: P O = 760 mm Hg (8/20) = 304 mm Hg ;. V N = 10 liter. (8/20) = 4,0 liter.
-Anhidrida karbonat: P A-C = 760 mm Hg. (1/20) = 38 mm Hg; V N = 10 liter. (1/20) = 0,5 liter.
Memang, dapat dilihat bahwa apa yang dikatakan di awal adalah benar: bahwa volume campuran adalah jumlah dari volume parsial:
Latihan 2
50 mol oksigen dicampur dengan 190 mol nitrogen pada suhu 25 ° C dan satu atmosfer bertekanan.
Terapkan hukum Amagat untuk menghitung volume total campuran, menggunakan persamaan gas ideal.
Larutan
Mengetahui bahwa 25 ºC = 298,15 K, tekanan 1 atmosfer ekivalen dengan 101325 Pa dan konstanta gas dalam Sistem Internasional adalah R = 8,314472 J / mol. K, volume parsial adalah:
Kesimpulannya, volume campurannya adalah:
Referensi
- Borgnakke. 2009. Dasar-dasar Termodinamika. Edisi ke-7. Wiley and Sons.
- Cengel, Y. 2012. Termodinamika. Edisi ke-7. McGraw Hill.
- Kimia LibreTexts. Hukum Amagat. Diperoleh dari: chem.libretexts.org.
- Engel, T. 2007. Pengantar Fisikokimia: Termodinamika. Pearson.
- Pérez, S. Gas nyata. Diperoleh dari: depa.fquim.unam.mx.