HUKUM GAS IDEAL: RUMUS DAN SATUAN, APLIKASI, CONTOH - KIMIA - 2024

The hukum gas ideal adalah persamaan keadaan yang menggambarkan hubungan antara fungsi negara terkait dengan gas ideal; seperti suhu, tekanan, volume, dan jumlah mol. Hukum ini memungkinkan mempelajari sistem gas nyata dengan membandingkannya dengan versi ideal mereka.

Gas ideal adalah gas teoretis, terdiri dari partikel titik atau bola yang bergerak secara acak; dengan energi kinetik tinggi, di mana satu-satunya interaksi di antara mereka adalah guncangan elastis sepenuhnya. Selain itu, mereka juga mematuhi hukum gas ideal.

Hukum gas ideal memungkinkan studi dan pemahaman tentang banyak sistem gas nyata. Sumber: Pxhere.

Pada tekanan dan suhu standar (STP): tekanan 1 atm, dan suhu 0 ºC, sebagian besar gas nyata berperilaku secara kualitatif sebagai gas ideal; selama kepadatannya rendah. Jarak antarmolekul atau interatomik yang besar (untuk gas mulia) memfasilitasi perkiraan tersebut.

Dalam kondisi STP, oksigen, nitrogen, hidrogen, gas mulia, dan beberapa gas dalam bentuk senyawa, seperti karbon dioksida, berperilaku seperti gas ideal.

Model gas ideal cenderung gagal pada suhu rendah, tekanan tinggi, dan kepadatan partikel tinggi; ketika interaksi antarmolekul, serta ukuran partikel, menjadi penting.

Hukum gas ideal adalah komposisi dari tiga hukum gas: hukum Boyle dan Mariotte, hukum Charles dan Gay-Lussac, dan hukum Avogadro.

Formula dan satuan

Hukum gas diekspresikan secara matematis dengan rumus:

PV = nRT

Dimana P adalah tekanan yang diberikan oleh gas. Biasanya dinyatakan dengan satuan atmosfer (atm), meskipun dapat dinyatakan dalam satuan lain: mmHg, pascal, bar, dll.

Volume V yang ditempati oleh gas biasanya dinyatakan dalam satuan liter (L). Sedangkan n adalah banyaknya mol, R konstanta gas universal, dan T temperatur dinyatakan dalam Kelvin (K).

Ekspresi yang paling banyak digunakan dalam gas untuk R sama dengan 0,08206 L · atm · K ^-1 · mol ^-1 . Sedangkan satuan SI untuk konstanta gas memiliki nilai 8,3145 J · mol ^-1 · K ^-1 . Keduanya valid selama Anda berhati-hati dengan satuan variabel lain (P, T dan V).

Hukum gas ideal merupakan gabungan antara hukum Boyle-Mariotte, hukum Charles-Gay-Lussac, dan hukum Avogadro.

Hukum Boyle-Mariotte

Kenaikan tekanan dengan mengurangi volume wadah. Sumber: Gabriel Bolívar

Itu dirumuskan secara independen oleh fisikawan Robert Boyle (1662) dan fisikawan dan ahli botani Edme Mariotte (1676). Hukumnya dinyatakan sebagai berikut: pada suhu konstan, volume massa tetap sebuah gas berbanding terbalik dengan tekanan yang diberikannya.

PV ∝ k

Dengan menggunakan titik dua:

P ₁ V ₁ = P ₂ V ₂

Hukum Charles-Gay-Lussac

Lentera Cina atau balon harapan. Sumber: Pxhere.

Undang-undang tersebut diterbitkan oleh Gay-Lussac pada tahun 1803, tetapi merujuk pada karya Jacques Charles (1787) yang tidak diterbitkan. Untuk alasan inilah hukum tersebut dikenal dengan hukum Charles.

Hukum menyatakan bahwa pada tekanan konstan, ada hubungan langsung proporsionalitas antara volume yang ditempati oleh gas dan suhunya.

V ∝ k ₂ T

Dengan menggunakan titik dua:

V ₁ / T ₁ = V ₂ / T ₂

V ₁ T ₂ = V ₂ T ₁

Hukum Avogadro

Hukum tersebut diucapkan oleh Amadeo Avogadro pada tahun 1811, yang menunjukkan bahwa semua gas dengan volume yang sama, pada tekanan dan suhu yang sama, memiliki jumlah molekul yang sama.

V ₁ / n ₁ = V ₂ / n ₂

Apa yang dinyatakan oleh hukum gas ideal?

Hukum gas ideal menetapkan hubungan antara empat sifat fisika independen gas: tekanan, volume, suhu, dan kuantitas gas. Cukup dengan mengetahui nilai ketiganya, untuk bisa mendapatkan satu dari yang lain.

Hukum menetapkan kondisi yang menunjukkan kapan gas berperilaku ideal, dan saat ia menjauh dari perilaku ini.

Misalnya, yang disebut faktor kompresi (PV / nRT) memiliki nilai 1 untuk gas ideal. Penyimpangan dari nilai 1 untuk faktor kompresi menunjukkan bahwa perilaku gas jauh dari yang ditunjukkan oleh gas ideal.

Oleh karena itu, kesalahan akan dibuat saat menerapkan persamaan gas ideal ke gas yang tidak berperilaku sesuai model.

Aplikasi

Perhitungan massa jenis dan massa molar sebuah gas

Persamaan hukum gas ideal dapat digunakan untuk menghitung massa jenis dan massa molar gas. Dengan membuat modifikasi sederhana, ekspresi matematika dapat ditemukan yang menghubungkan massa jenis (d) gas dan massa molar (M):

d = MP / RT

Dan membersihkan M:

M = dRT / P

Perhitungan volume gas yang dihasilkan dalam reaksi kimia

Stoikiometri adalah cabang kimia yang menghubungkan jumlah masing-masing reaktan yang ada dengan produk yang mengambil bagian dalam reaksi kimia, umumnya dinyatakan dalam mol.

Penggunaan persamaan gas ideal memungkinkan penentuan volume gas yang dihasilkan dalam reaksi kimia; karena jumlah mol dapat diperoleh dari reaksi kimia. Kemudian volume gas dapat dihitung:

PV = nRT

V = nRT / P

Dengan mengukur V hasil atau kemajuan reaksi tersebut dapat ditentukan. Ketika tidak ada lagi gas, ini merupakan indikasi bahwa reagen benar-benar habis.

Perhitungan tekanan parsial gas yang ada dalam campuran

Hukum Gas Ideal dapat digunakan, bersama dengan hukum tekanan parsial Dalton, untuk menghitung tekanan parsial dari berbagai gas yang ada dalam campuran gas.

Hubungannya berlaku:

P = nRT / V

Untuk mengetahui tekanan masing-masing gas yang ada dalam campuran.

Volume gas yang terkumpul dalam air

Reaksi dilakukan untuk menghasilkan gas, yang dikumpulkan melalui rancangan percobaan di dalam air. Tekanan gas total ditambah tekanan uap air diketahui. Nilai yang terakhir dapat diperoleh dalam tabel dan dengan pengurangan tekanan gas dapat dihitung.

Dari stoikiometri reaksi kimia, jumlah mol gas dapat diperoleh, dan menggunakan hubungan:

V = nRT / P

Volume gas yang dihasilkan dihitung.

Contoh perhitungan

Latihan 1

Sebuah gas memiliki kepadatan 0,0847 g / L pada suhu 17 ° C, dan tekanan 760 torr. Berapa massa molar nya? Apa gasnya?

Kami mulai dari persamaan

M = dRT / P

Pertama-tama kami mengubah satuan suhu menjadi kelvin:

T = 17 ºC + 273,15 K = 290,15 K.

Dan tekanan 760 torr sama dengan tekanan 1 atm. Sekarang Anda hanya perlu mengganti nilai dan menyelesaikan:

M = (0,0847 g / L) (0,08206 L atm K ^-1 mol ^-1 ) (290,15 K) / 1 atm

M = 2.016 g / mol

Massa molar ini mungkin berhubungan dengan satu spesies: molekul hidrogen diatomik, H ₂ .

Latihan 2

Massa 0,00553 g merkuri (Hg) dalam fase gas ditemukan dalam volume 520 L, dan pada suhu 507 K. Hitung tekanan yang diberikan oleh Hg. Massa molar Hg adalah 200,59 g / mol.

Masalahnya diselesaikan dengan menggunakan persamaan:

PV = nRT

Informasi tentang jumlah mol Hg tidak muncul; tetapi mereka dapat diperoleh dengan menggunakan massa molar:

Jumlah mol Hg = (0,00553 g Hg) (1 mol Hg / 200,59 g)

= 2.757 10 ^-5 mol

Sekarang kita hanya perlu menyelesaikan P dan mengganti nilainya:

P = nRT / V

= (2.757 · 10 ^-5 mol) (8.206 · 10 ^-2 L · atm · K ^-1 · mol ^-1 ) (507 K) / 520 L

= 2,2 10 ^-6 atm

Latihan 3

Hitung tekanan yang dihasilkan oleh asam klorida yang dihasilkan dengan mereaksikan 4,8 g gas klor (Cl ₂ ) dengan gas hidrogen (H ₂ ), dalam volume 5,25 L, dan pada suhu 310 K.Massa molar dari Cl ₂ adalah 70,9 g / mol.

H _{2 (g)} + Cl _{2 (g)} → 2 HCl _(g)

Masalahnya diselesaikan dengan menggunakan persamaan gas ideal. Tetapi jumlah HCl dinyatakan dalam gram dan bukan dalam mol, sehingga transformasi yang tepat dilakukan.

Mol HCl = (4,8 g Cl ₂ ) (1 mol Cl ₂ / 70,9 g Cl ₂ ) (2 mol HCl / 1 mol Cl ₂ )

= 0,135 mol HCl

Menerapkan persamaan hukum gas ideal:

PV = nRT

P = nRT / V

= (0,135 mol HCl) (0,08206 L atm K ^-1 mol ^-1 ) (310 K) / 5,25 L

= 0,65 atm

Latihan 4

Sampel 0,130 g senyawa gas menempati volume 140 mL pada suhu 70 ° C dan tekanan 720 torr. Berapa massa molar nya?

Untuk menerapkan persamaan gas ideal, beberapa perubahan harus dilakukan terlebih dahulu:

V = (140 mL) (1 L / 1000 mL)

= 0,14 L

Mengukur volume dalam liter, sekarang kita harus menyatakan suhu dalam kelvin:

T = 70 ºC + 273,15 K = 243,15 K.

Dan terakhir, kita harus mengubah tekanan dalam satuan atmosfer:

P = (720 torr) (1 atm / 760 torr)

= 0,947 atm

Langkah pertama dalam menyelesaikan soal adalah mendapatkan jumlah mol senyawa tersebut. Untuk ini, persamaan gas ideal digunakan dan kita mencari n:

PV = nRT

n = PV / RT

= (0,947 atm) (0,14 L) / (0,08206 L atm K ^-1 mol ^-1 ) (243,15 K)

= 0,067 mol

Anda hanya perlu menghitung massa molar dengan membagi gram dengan mol yang diperoleh:

Massa molar = gram senyawa / jumlah mol.

= 0,130 g / 0,067 mol

= 19,49 g / mol

Referensi

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kimia. (Edisi ke-8). CENGAGE Learning.
2. Ira N. Levine. (2014). Prinsip Fisikokimia. Edisi keenam. Mc Graw Hill.
3. Glasstone. (1970). Perjanjian kimia fisik. Edisi kedua. Aguilar.
4. Mathews, CK, Van Holde, KE, dan Ahern, KG (2002). Biokimia. 3 ^adalah Edisi. Penerbit Pearson Addison Wesley.
5. Wikipedia. (2019). Gas ideal. Dipulihkan dari: en.wikipedia.org
6. Tim Editorial. (2018). Hukum Boyle atau hukum Boyle-Mariotte - Hukum gas. Diperoleh dari: iquimicas.com
7. Jessie A. Key. (sf). Hukum Gas Ideal dan Beberapa Aplikasinya. Diperoleh dari: opentextbc.ca