Gas Nyata Outline :
-
Definisi ga gas ny nyata
-
Interaksi mo molekul
-
Faktor ko kompresi
-
Koefisien virial
-
Konstanta kritis
-
Pers Persam amaa aan n Van Der Der Waals als
Pembahasan : Definisi Gas Nyata
Gas yang mengikuti hukum Boyle dan hukum Charles yakni hukum gas ideal dise!ut gas ideal" #amun didapatkan !ah$a gas yang kita %umpai yakni gas nyata tidak se&ara ketat mengikuti hukum gas ideal" Gas nyata !ersifat tidak sempurna yaitu gas yang tidak mematuhi dengan tepat hukum gas sempurna" Penyimpangan hukum terutama le!ih terlihat pada tekanan tinggi dan temperatur rendah khususnya pada saat gas akan mengem!un mengem!un men%adi &air" 'emakin 'emakin rendah tekanan gas pada temperatur temperatur tetap semakin ke&il deviasinya dari perilaku ideal" 'emakin tinggi tekanan gas atau dengan dengan kata lain semakin ke&il %arak intermolekulnya semakin !esar deviasinya"
Kenyataan menun%ukkan !ah$a hukum gas ideal tidak dapat mendiskripsi sifat ( sifat gas real se&ara tepat" 'e!agai &ontoh adalah se!agai !erikut )
*ika kita mempunyai satu mol gas !erada pada ruang !ertekanan + atm dan , o C menurut persamaan gas ideal gas terse!ut !ervolume . liter" /etapi kenyataan menun%ukkan !ah$a pada pengukuran sesungguhnya ternyata volume + mol gas pada + atm dan ,o C selalu le!ih dari . liter" Di lain pihak %ika kita menpunyai + mol gas dari ,o C yang ditempatkan pada !e%ana !ervolume . liter ternyata tekanannya kurang dari + atm" Dari kenyataan ini maka tampak !ah$a pada pengukuran gas sesungguhnya 0real1 diperoleh hasil pengukuran yang menyimpang formulasi persamaan keadaan yang le!ih realistik dan menyelidiki implikasi persamaan keadaan terse!ut" 'ifat-sifat gas nyata ) •
Gas nyata !er!eda dari gas ideal karena terdapat interaksi di antara molekul-
•
molekulnya" Gaya tolakan &ukup !erpengaruh saat molekul-molekul akan saling !ertum!uk
•
khususnya pada tekanan sangat tinggi" Gas pada tekanan tinggi gas yang kurang dapat terkompresi Gaya tarik yang akan !eker%a saat %arak antar molekul yang relatif %auh
•
0!e!erapa kali diameter molekul1" Pada tekanan rendah !aik gaya tolakan ataupun tarikan tidak lagi !erpengaruh
•
sehingga mendekati gas ideal"
Interaksi Molekul
Gas nyata memperlihatkan penyimpangan dari hukum gas sempurna karena molekul-molekulnya !erinteraksi satu sama lain ) gaya tolak antar molekul mem!antu pemuaian dan gaya tarik mem!antu penempatan" Gaya tolak antar molekul netral hanya !earti %ika moleku-molekul terse!ut hampir !ersentuhan ) gaya ini adalah interaksi %arak pendek sekalipun dengan skala yang diukur dalam garis tengah 0diameter1 molekuler" Karena gaya itu adalah interaksi %arak pendek tolak-menolak tidak !oleh dia!aikan hanya %ika molekul-molekul terse!ut se&ara rata-rata !erdekatan" Ini adalah kasus pada tekanan tinggi %ika se%umlah !esar molekul menempati volum yang ke&il" 'e!aliknya gaya tarik antar molekul mempunyai %arak relatif %auh dan gaya tarik itupun efektif di atas !e!erapa diameter molekuler" Gaya ini penting %ika molekul-molekul &ukup !erdekatan tetapi tidak perlu !ersentuhan" Gaya tarik men%adi tidak efektif %ika molekul-molekul terpisah %auh"
Dengan demikian pada tekanan rendah %ika molekul-molekul menempati volume yang !esar pada se!agian !esar $aktu molekul-molekul !egitu %auh terpisah sehingga gaya antar molekul tidak mempunyai peranan !earti dan gas !erperilaku sempurna" Pada tekanan sedang ketika molekul-molekul se&ara rata-rata hanya terpisah se%auh !e!erapa diameter molekuler gaya tarik menang terhadap gaya tolak" Dalam hal ini gas dapat diharapkan le!ih mudah dimamfaatkan ketim!ang gas sempurna"
Faktor Kompresi
Karena menyimpang dari sifat keidealan maka gas real juga disebut gas non ideal. Pernyataan kuantitatif atas besarnya penyimpangan terhadap keidealan, disebut faktor kompresibilitas Z (berbeda dengan koefisien kompresibilitas K) dengan Z adalah resiko antar volume molar suatu gas yang diamati atau gas real (V), dengan volume molar gas ideal (V id). Jadi 23V
0+1
Vid Karena Vid 3 4/5p maka ) 23pV
01
4/ 6ntuk gas ideal harga 2 3 + dan tidak !ergantung pada temperatur dan tekanan sedangkan untuk gas real 2 merupakan fungsi temperatur dan tekanan atau ditulis 2 3 f 0/"p1" 6ntuk mendapatkan harga 2 dan hu!ungannya dengan / dan p kita ikuti langkah ( langkah !erikut ) *ika harga p dimasukkan ke dalam persamaan 01 akan diperoleh ) 23
4 / 0V ( !1
23
a
V
V 4/
V
a
0 V ( !1
V4/
071
'uku pertama ruas kanan persamaan 071 di atas di!agi dengan V !aik pem!ilang maupun penye!utannya sehingga persamaan 071 men%adi ) 23
+
a
0.1
!
V 4 /V
+-V !ujuan mengubah suku pertama menjadi !er!entuk
+
karena dalam matematika !
+-V
mengenai deret terdapat hubungan bah"a 3 + 8 9 8 9 8 97 8 9. """""""""""""""""""
+
0:1
+(9 ;sal 9 mendekati nol" Padahal !5V %elas mendekati nol sehingga dengan menggunakan sifat persamaan 0. 1 dapat ditulis ) +
3 + 8 !5V 8 0!5V1 8 0!5V17"""""""""""
0<1
! + - V *ika persamaan 0<1 dimasukkan ke dalam persamaan 0.1 dihasilkan ) 2 3 + 8 !5V 8 0!5V1 8 0!5V17""""""""""
a V4/
;tau 2 3 + 8 !5V
a 8 0!5V1 8 0!5V17"""""""" V4/
23+0! (
a 1 5 V8 0!5V1 8 0!5V17""""""""""""" 4 /
;tau
0=1
Persamaan 0=1 adalah 2 se!agai fungsi volume sedangkan la>imnya 2 dinyatakan se!agai fungsi tekanan" 6ntuk itu V harus dinyatakan dalam p" 'udah !arang tentu seharusnya relasi yang digunakan harus relasi Van der Walls tetapi men&ari harga V dalam p untuk relasi Van der Walls tentu tidak sederhana karena persamaan Van der Walls merupakan persamaan order 7 dalam V" oleh karena itu kita menggunakan relasi gas ideal untuk mengu!ah V dalam p yaitu ) V3p54/
'ehingga persamaan 0=1 men%adi ) 23+ 8
+
0! - a
4 /
1p80
4 /
! 4 /
1 P 8 0
!
17 P7 8 """""""" 0?1
4 /
Persamaan 0?1 itulah 2 se!agai fungsi / dan p yang di&ari"
#ilai faktor kompresi !ergantung pada tekanan 0pengaruh gaya tolakan atau tarikan1" -
2 3 + pada tekanan rendah menyerupai gas ideal"
-
2@+ pada tekanan sedang tekanan tarikan dominan"
-
2A+ pada tekanan tinggi gaya tolakan dominan"
Koefisien virial
Pada volume !esar dan temperatur tinggi isoterm gas nyata dan isoterm gas sempurna tidak %auh !er!eda" Per!edaan ke&il ini menun%ukkan !ah$a hukum gas sempurna !erlaku pada tekanan rendah dan pada kenyataannya merupakan suku pertama dalam pernyataan yang !er!entuk" ’
’
pVm 3 4/ 0+ 8 B p 8 C p " " "1 Dalam !anyak penerapan deret yang le!ih &o&ok adalah pVm 3 4/
+ 8B8 C8" "" V m Vm
Pernyataan terse!ut adalah dua versi dari persamaan keadaan virial 0nama ini !erasal dari kata latin untuk gaya1" B C " " " yang !ergantung pada temperatur adalah koefisien virial yang kedua ketiga " " " koefisien virial yng ketiga C !iasanya kurang penting ketim!ang yang kedua B dalam arti !ah$a volume molar khas C5V m @@ B5Vm" Persamaan virial adalah &ontoh pertama dri prosedur umum dalam kimia fisika dimana satu hukum sederhana 0dalam hal ini pV = nRT 1 dianggap se!agai suku pertama deret pangkat satu varia!el 0dalam hal ini p atau V m 1" Persamaan virial dapat digunakan untuk memeragakan suatu hal penting yaitu $alaupun persamaan keadaan gas nyata dapat sama dengan gas sempurna se$aktu p
,
semua sifat-sifatnya tidak perlu sama dengan sifat-sifat gas sempurna" Perhatikanlah misalnya nilai d25dp kemiringan grafik faktor penempatan terhadap tekanan" 6ntuk gas sempurna !erlaku d25dp 3 , tetapi untuk gas nyata !erlaku d2 3 B 8 P& 8 " " " dp
B
ketika
p
,
#amun demikian B tidak perlu nol" leh karena itu $alaupun untuk gas nyata 2
+ ketika p
, 0dan le!ih umum persamaan keadaan gas nyata sama dengan hukum
gas sempurna ketika p
,1 kemiringan kurva 2 terhadap p
tidak
mendekati
nol"
Karena sifat-sifat lain yang akan %uga !egantung pada turunan-turunan sifat-sifat gas nyata tidak selalu sama dengan nilai-nilai gas sempurna pada tekanan rendah"
Konstanta kritis
6ntuk kasus C pada isoterm / .,.+K atau 7+,. oC terdapat keadaan istime$a pada teori keadaan materi yang dise!ut temperatur kritis 0/&1" Pada kondisi ini dua fasa &air dan gas tidak !erlangsung dan !erimpit pada satu titik tunggal tanda E di kurva yang dise!ut se!agai titik kritis"Kondisi pada titik kritis ini dinamakan konstanta kritis meliputi ) a1 /emperatur kritis 0/&1 !1 /ekanan kritis 0P&1 &1 Volume molar kritis 0V&1 Di atas /& hanya ada fase gas %adi fase&airan suatu >at tidak mungkin ter!entuk"
Konstanta Kritis 6ntuk Variasi Gas
Persamaan Van Der Waals Persamaan Van der Waals merupakan salah satu !entuk persamaan yang le!ih
mendekati realitas" eskipun demikian persamaan inipun !elum sepenuhnya !enar" 6ntuk mendapatkan persamaan ini kita !erangkat dari persamaan serta sifat gas ideal" asalah yang akan di!ahas !erangkat dari fakta !ah$a pengukuran terhadap gas real menyimpang dari keidealan" Diduga !ah$a penyimpangan gas real terhadap keidealan dise!a!kan karena terdapat dua syarat keidealan yang tidak pernah dapat dipenuhi oleh gas real yaitu )
#. olekul ( molekul gas ideal dipandang se!agai titik massa yang tak !ervolume atau tidak memakan tempat" Dengan demikian %ika ke dalam ruangan dimasukkan gas maka seolah- olah partikel gas tidak mem!utuhkan tempat" Padahal se!enarnya tidak ada materi yang tidak makan tempat" Itulah se!a!nya maka volume gas real le!ih !esar dari pada gas ideal" *ika penyimpangan volume ini dise!ut ! maka hu!ungan antara V gas real dan V gas ideal adalah ) V 3 Vid 8 !
0+1
;tau Vid 3 V ( ! dengan V adalah volume molar gas real sedangkan Vid adalah volume molar gas ideal"
$. Pada gas ideal diasumsikan bah"a setiap partikal molekul bekerja gaya atraksi sedemikian rupa sehingga resultantenya % &, atau dengan perkataan lain, pada molekul gas ideal tidak terdapat gaya atraksi sama sekali. Padahal kenyataannya, untuk molekul ' molekul yang berada didekat dinding, masih bekerja gaya straksi. Pengabaian gaya atraksi yang besarnya berbanding terbalik kuadrat volume atau aV $ inilah yang mengakibatkan pengeilan tekanan gas real dibandingkan gas ideal dalam relasi Pid 3 p 8 a V dengan p adalah tekanan gas real.
01
*ntuk mendapatkan persamaan Van der +aals, kita bertolak dari persamaan gas ideal. Karena sesungguhnya persamaan Van der +aals adalah persamaan gas ideal yang dimodifikasi dengan memperhitungkan volume partikel serta atraksi antar molekul. !elah kita ketahui bah"a untuk gas ideal berlaku pid Vid 3 4 /
*ika persamaan + dimasukkan ke dalam persamaan ini di atas maka di peroleh ) pid ( V − b ) = !
071
-elanjutnya, substitusi persamaan ($) ke dalam persamaan (), menghasilkan : 0P 8 a 1 0V ( ! 1 3 4 /
V
0."a1
;tau P3 4/ 0V ( !1
a V
0."!1
Persamaan (/ .a) atau (/.b) itulah yang disebut persamaan Van der +a als. /a!el +"+ Koefisien van der $aals pada temperatur ? K" a5 0atm mol-1
! 5 0+, mol-1
;r
+7:
7
C
7:
.<=
He
,,7.
7=
#
+7,
7+7
-
Penyusunan persamaan Interaksi tolak-menolak antara molekul (molekul diperhitungkan dengan asumsi
!ah$a interaksi itu menye!a!kan molekul-molekul !eroerilaku seperti !ola ke&il tetapi tidak dapat ditem!us" Volume !ukan nol molekul menyiratkan !ah$a partikel itu tidak !ergerak didalam volume V melainkan terkekeng didalam volume yang le!ih ke&il V ( n! dengan menyatakan perkiraan volume total yang ditempati molekul-molekul sendiri" Dengan alasan ini kita terdorong untuk mengu!ah hukum gas sempurna p=nRT/V men%adi ) p 3 n4/ V ( n! /ekanan !ergantung !aik pada frekuensi ta!rakan dengan dinding maupun dengan gaya setiap ta!rakan" Baik frekuensi maupun gaya ta!rakan !erkurang aki!at gaya tarik" ang ter%adi aki!at kekuatan yang se&ara kasar sa!anding dengan konsentrasi molar n5V molekul-molekul di dalam sampel" leh karena itu tekanan !erkurang se!anding dengan
kuadrat konsentrasi ini" *ika pengurangan tekanan ditulis se!agai –a(n/V)2 dengan a menyatakan konstanta yang khas untuk setiap gas maka efek ga!ungan dari gaya tolak dan gaya tarik adalah persamaan Van Der Walls : p 3 n4/ a n 0+"a1 V ( n! V Persamaan ini sering ditulis dalam istilah volume molar V m 2 = V/m se!agai ) p 3 n4/ Vm ( n!
a Vm
0+"!1
Istilah a/V m dise!ut tekanan internal gas" /erkadang le!ih !aik untuk menata ulang persamaan terse!ut men%adi !entuk yang menyerupai pV 3 n4/ ) p 8 an 0V ( n!1 3 n4/ V
0+"&1
Daftar Pustaka :
/ahir IJmal" ,+" Termodinamika Kimia: Sistem Gas Nyata. nlineL ;vaila!le) http)55iJmal"staff"ugm"a&"id5$p-&ontent5uploads5iJmal-kf+-,-gas-nyata"pdf 0< 'ept ,+<1" ;!!as"
,+."
Gas
ideal
dan
as
nyata.
nlineL
;vaila!le)
http)55!log"uny"a&"id5a!!asftm5,+.5,75+5gas-ideal-dan-gas-nyata5 0< 'ept ,+<1" ;tkins Peter" dan De Paula *ulio" ,,<" !"ysi#al $"emistry% ei"t edition. #e$ ork ) W"H" Freeman and Company"
