KATA PENGANTAR
Puji syukur kami panjatkan kepada Allah SWT yang memberikan rahmat-Nya sehingga kami dapat menyelesaikan makalah yang berjudul “”Gas Ideal”. Kami mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu dalam menyelesaikan tugas ini, baik bantuan meterial, maupun bantuan berupa dorongan semangat sehingga kami dapat menyelesaikan tugas ini tepat waktu. Dalam
penyusunan
makalah
ini
kami
merasa
masih
banyak
kekurangan.Oleh karena itu, kami meminta kritik dan saran yang bersifat membangun sehingga nantinya dalam menyusun laporan selanjutnya jauh lebih baik.Dan semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi para pembaca. Amin..
Yogyakarta , Maret 2014
Penyusun
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL..................................................................................................i KATA PENGANTAR...............................................................................................ii DAFTAR ISI.............................................................................................................iii
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ............................................................................................ 1.2 Rumusan Masalah ……………………………………………………………….
BAB II PEMBAHASAN 2.1 Pengertian Gas Ideal ………………………………..……… ………………………………..……………………… ……………… 2.2 Persamaan Keadaan Gas (nyata dan Ideal)………………..………………. Ideal)………………..………………... .. 2.3 Energi dalam Gas Ideal………………………………………….… Ideal………………………………………….……… …….. ..… … 2.4 Proses Adiabatik…………………………… Adiabatik………………………………………………………..… …………………………..…... ...
BAB III PENUTUP 3.1 Kesimpulan…………………… Kesimpulan……………………………………………… ……………………………………… …………… DAFTAR PUSTAKA
BAB I PENDAHULUAN I.1 Latar Belakang Penggunaan paling umum dari sebuah persamaan keadaan adalah dalam memprediksi keadaan gas dan cairan. Salah satu persamaan keadaan paling sederhana dalam penggunaan ini adalah hukum adalah hukum gas ideal, yang ideal, yang cukup akurat dalam memprediksi keadaan gas pada tekanan rendah dan temperatur tinggi. Tetapi persamaan ini menjadi semakin tidak akurat pada tekanan yang makin tinggi dan temperatur yang makin rendah, dan gagal dalam memprediksi kondensasi dari gas menjadi cairan. Namun demikian, sejumlah persamaan keadaan yang lebih akurat telah dikembangkan untuk berbagai macam gas dan cairan.Saat ini, tidak ada persamaan keadaan tunggal yang dapat dengan akurat memperkirakan sifat-sifat semua zat pada semua kondisi. Selain memprediksi kelakuan gas dan cairan, terdapat juga beberapa persamaan keadaan dalam memperkirakan volume padatan, termasuk transisi padatan dari satu keadaan kristal ke keadaan kristal lainnya. Terdapat juga persamaan-persamaan yang memodelkan bagian dalam bintang, termasuk bintang termasuk bintang netron.Konsep netron.Konsep yang juga berhubungan adalah mengenai fluida sempurna di dalam persamaan keadaan yang digunakan di dalam kosmologi. Ketika sistem dalam keadaan seimbang dalam kondisi yang ditentukan, ini disebut dalam keadaan pasti (atau keadaan sistem).Untuk keadaan termodinamika tertentu, banyak sifat dari sistem dispesifikasikan.Properti yang tidak tergantung dengan jalur di mana sistem itu membentuk keadaan tersebut, disebut fungsi keadaan dari sistem.Bagian selanjutnya dalam seksi ini hanya mempertimbangkan properti, yang merupakan fungsi keadaan.
I.2 Rumusan Masalah
Adapun rumusan masalah yang disajikan dalam makalah ini adalah sebagai berikut : 1. Apa yang dimaksud dengan gas ideal? 2. Apa persamaan keadaan gas (nyata dan ideal)? 3. Apa saja bagian yang terdapat dalam gas ideal?
BAB II PEMBAHASAN
2.1 Pengertian Gas Ideal
Gas ideal adalah suatu gas yang memiliki sifat sebagai berikut: 1. Gas ideal terdiri atas partikel-partikel (atom-atom atau molekul-molekul) yang jumlahnya banyak sekali dan antar partikelnya tidak terjadi gaya tarik-menarik. 2. Setiap partikel gas bergerak dengan arah sembarangan atau secara acak ke segala arah. 3. Setiap tumbukan yang terjadi berlangsung lenting sempurna. 4. Partikel gas terdistribusi merata dalam seluruh ruangan. 5. Jarak antara partikel itu jauh lebih besar daripada ukuran partikel 6. Volume molekuladalah pecahan kecil yang dapat diabaikan dari volume yang ditempati oleh gas tersebut. 7. Berlaku hukum Newton tentang gerak Sifat gas ada dua, yaitu:
Makroskopis, yaitu sifat sifat yang dapat diukur. Seperti volume, tekanan, suhu dan massa.
Mikroskopis, yaitu sifat sifat yang didasarkan pada kelakuan molekul molekul gas.
Sifat sifat mikroskopik bisa dijelaskan dengan menggunakan sifat sifat mikroskopik. Teori yang memandang gas dari sudut pandang mikroskopis dinamakan teori kinetik gas. Dalam teori ini, besaran besaran mikroskopis ditulis dalam suatu besaran mikroskopis (massa molekul, kecepatan molekul, dsb) Deskripsi makroskopis dari gas ideal : gas ideal adalah gas yang kerapatannya cukup rendah, sifatnya sederhana. Yaitu kebanyakan gas pada suhu ruang dan tekanan sekitar 1atm.
Deskripsi mikroskopis dari gas ideal : gas ideal adalah gas yang terdiri dari molekul molekul yang sangat banyak an jarak pisah antarmolekul jauh lebih besar daripada ukurannya, bergerak acak, dan patuh pada hukum gerak newton. Tumbukan yang
dialami tumbukan elastik, gaya molekul nya dapat diabaikan. Dan molekul gas sama tidak bisa dibedakan satu dengan yang lain.
2.2 Persamaan Keadaan Gas (nyata dan ideal)
a) Pada Gas Ideal PV = nRT atau PV = N/No RT atau PV =NkT =NkT n = N/No
Keterangan: P = tekanan gas (N/m²) V = volume gas (m³) n = jumlah mol gas (mol) R = tetapan umum gas (8,31 x 10³) T = suhu mutlak (K) m = massa total gas M = massa relatif partikel (atom atau molekul gas) -23
k = ketetapan Boltzman (1,38 x 10 J/K) 24
No = bilangan Avogadro (6,02 x 10 partikel/mol) Dalam gas ideal mengandung:
Hukum Boyle : “Jika suhu gas yang berada dalam bejana tertutup (tidak bocor)
dijaga tetap, maka tekanan gas berbanding terbalik dengan volumenya. PV = tetap P1V1 = P2V2
Hukum Charles adalah hukum gas ideal pada tekanan tetap yang menyatakan
bahwa pada tekanan tetap, volume gas ideal bermassa tertentu berbanding lurus terhadap temperaturnya (dalam Kelvin). Secara matematis, hukum Charles dapat ditulis sebagai:
Keterangan:
3
V : volume gas (m ), T : temperatur gas (K), dan k : konstanta.
Hukum ini pertama kali dipublikasikan oleh Joseph oleh Joseph Louis Gay-Lussac pada Gay-Lussac pada tahun 1802, namun 1802, namun dalam publikasi tersebut Gay-Lussac mengutip karya Jacques karya Jacques Charles dari sekitar tahun 1787 yang tidak dipublikasikan. Hal ini membuat hukum tersebut dinamai hukum Charles.
Hukum Gay – Lussac Lussac : “Ketika volume gas dipertahankan tetap maka tekanan gas
sebanding dengan suhu mutlaknya”.
P∞T
Hukum Boyle Gas-Lussac
Hukum Boyle Gay – Lussac merupakan hasil eksperimen dalam ruang tertutup (jumlah total Hukum Boyle, Boyle, hukum Charles, dan hukum Gay-Lussac merupakan hukum gas gabungan. Ketiga hukum gas tersebut bersama dengan hukum Avogadro dapat digeneralisasikan oleh hukum oleh hukum gas ideal.
atau disebut dengan Hukum Boyle-Gay Lussac .
Avogadro
Avogadro mengamati bahwa gas-gas yang mempunyai volume yang sama. Karena jumlah partikel yang sama terdapat dalam jumlah mol yang sama, maka hukum Avogadro sering dinyatakan bahwa “pada suhu dan tekanan yang sama (konstan),gas-gas dengan volume yang sama mempunyai mempunyai jumlah mol yang sama”.
V = a.n
V = volume gas pada suhu dan tekanan tertentu A = tetapan n = jumlah mol
b) Pada Gas Nyata Beberapa asumsi dan eksperimen telah dikembangkan untuk membuat persamaan yang menyatakan hubungan yang lebih akurat antara P, V, dan T dalam gas nyata. Beberapa persamaan gas nyata yang cukup luas digunakan yaitu persamaan van der Waals, persamaan Kammerligh Onnes, persamaan Berthelot, dan persamaan Beattie-Bridgeman. Persamaan keadaan van der Waals
Gas yang mengikuti hukum Boyle dan hokum Charles, disebut gas ideal.Namun, didapatkan, bahwa gas yang kita jumpai, yakni gas nyata, tidak secara ketat mengikuti hukum gas ideal.Semakin rendah tekanan gas pada temperatur tetap, semakin kecil deviasinya dari perilaku ideal.Semakin tinggi tekanan gas, atau dengan dengan kata lain, semakin kecil jarak intermolekulnya, semakin besar deviasinya.Paling tidak, ada dua alasan yang menjelaskan hal ini.Pertama, definisi temperatur absolut didasarkan asumsi bahwa volume gas real sangat kecil sehingga bisa diabaikan.Molekul gas pasti memiliki volume nyata walaupun mungkin sangat
kecil. Selain itu, ketika jarak antarmolekul semakin kecil, beberapa jenis interaksi antarmolekul akan muncul. Fisikawan Belanda Johannes Diderik van der Waals (1837-1923) mengusulkan persamaan keadaan gas nyata, yang dinyatakan sebagai persamaan keadaan van der Waals atau persamaan van der Waals. Ia memodifikasi persamaan gas ideal dengan cara sebagai berikut: dengan menambahkan koreksi pada p untuk mengkompensasi interaksi antarmolekul; mengurango dari suku V yang menjelaskan volume real molekul gas.
Persamaan van der Waals didasarkan pada tiga perbedaan yang telah disebutkan diatas dengan memodifikasi persamaan gas ideal yang sudah berlaku secara umum. Pertama, van der Waals menambahkan koreksi pada P dengan mengasumsikan bahwa jika terdapat interaksi antara molekul gas dalam suatu wadah, maka tekanan riil akan berkurang dari tekanan ideal (Pi) sebesar nilai P’.
Nilai P’ merupakan hasil kali tetapan besar daya tarik molekul pada suatu jenis jenis gas (a) dan kuadrat jumlah mol gas yang berbanding terbalik terhadap volume gas tersebut, yaitu:
Kedua, van der Waals mengurangi volume total suatu gas dengan volume molekul gas tersebut, yang mana volume molekul gas dapat diartikan sebagai perkalian antara jumlah mol gas dengan tetapan volume molar gas tersebut yang berbeda untuk masing-masing gas (V – (V – nb nb). Dalam persamaan gas ideal (PV = nRT), P (tekanan) yang tertera dalam persamaan tersebut bermakna tekanan gas ideal (Pi), sedangkan V (volume) merupakan volume gas tersebut sehingga dapat disimpulkan bahwa persamaan van der Waals untuk gas nyata adalah:
Dengan mensubtitusikan nilai P’, maka persamaan total van der Waals akan menjadi:
[P + (n2a/V2)] (V – nb) = nRT (6.12)
Nilai a dan b didapat dari eksperimen dan disebut juga dengan tetapan van der Waals. Semakin kecil nilai a dan b menunjukkan bahwa kondisi gas semakin
mendekati kondisi gas ideal.Besarnya nilai tetapan ini juga berhubungan dengan kemampuan gas tersebut untuk dicairkan.Berikut adalah contoh nilai a dan b pada beberapa gas.
-
a (L atm atm mol mol )
-
-
b (10 L mol )
H2
0.244
2.661
O2
1.36
3.183
NH3
4.17
3.707
C6H6
18.24
11.54
Daftar nilai tetapan van der Waals secara lengkap dapat dilihat dalam buku Fundamentals of Physical Chemistry oleh Samuel Maron dan Jerome Lando pada tabel 1-2 halaman 20. Pada persamaan van der Waals, nilai Z (faktor kompresibilitas):
Kurva P terhadap V dalampersamaan van der Waals
Persamaan Kamerlingh Onnes
Pada persamaan ini, PV didefinisikan sebagai deret geometri penjumlahan koefisien pada temperature tertentu, yang memiliki rasio “P” (tekanan) dan “Vm” (volume molar), yaitu sebagai berikut:
Nilai A, B, C, dan D disebut juga dengan koefisien virial yang nilai dapat dilihat dalam buku Fundamentals buku Fundamentals of Physical Chemistry oleh Samuel Maron dan Jerome Lando Pada tekanan rendah, hanya koefisien A saja yang akurat, namun semakin tinggi tekanan suatu gas, maka koefisien B, C, D, dan seterusnya pun akan lebih akurat sehingga dapat disimpulkan bahwa persamaan Kamerlingh akan memberikan hasil yang semakin akurat bila tekanan semakin bertambah.
Persamaan Berhelot
̅
̅
Persamaan ini berlaku pada gas dengan temperatur rendah (≤ 1 atm), yaitu:
Pc = tekanan kritis (tekanan pada titik kritis) dan T c = temperatur kritis (temperatur pada titik kritis). P, V, n, R, T adalah besaran yang sama seperti pada hukum gas ideal biasa. Persamaan ini bermanfaat untuk menghitung massa molekul suatu gas.
Persamaan Beattie-Bridgeman
Dalam persamaan ini terdapat lima konstanta. Persamaan Beattie-Bridgeman ini terdiri atas dua persamaan, persamaan pertama untuk mencari nilai tekanan (P), sedangkan persamaan kedua untuk mencari nilai volume molar (Vm).
()
()
Dimana:
Nilai Ao, Bo, a, b, dan c merupakan konstanta gas yang nilainya berbeda pada setiap gas. Daftar nilai Ao, Bo, a, b, b , dan c dapat dilihat dalam buku Fundamentals buku Fundamentals of Physical Chemistry oleh Samuel Maron dan Jerome Lando pada tabel 1-5 halaman 23.Persamaan ini memberikan hasil perhitungan yang sangat akurat dengan deviasi yang sangat kecil terhadap hasil yang didapat melalui eksperimen sehingga persamaan ini mampu diaplikasikan dalam kisaran suhu dan tekanan yang luas. Suatu gas disebut gas ideal bila memenuhi hukum gas ideal, yaitu hukum Boyle, Gay Lussac, dan Charles dengan persamaan P.V = n.R.T .Akan tetapi, pada kenyataannya gas yang ada tidak dapat benar-benar mengikuti hukum gas ideal tersebut.Hal ini dikarenakan gas tersebut memiliki deviasi (penyimpangan) yang berbeda dengan den gan gas ideal. Semakin rendah tekanan tekan an gas g as pada temperatur tetap, nilai deviasinya akan semakin kecil dari hasil yang didapat dari eksperimen dan hasilnya akan mendekati kondisi gas ideal. Namun bila tekanan gas tesebut semakin bertambah dalam temperatur tetap, maka nilai deviasi semakin besar sehingga hal ini menandakan bahwa hukum gas ideal kurang sesuai untuk diaplikasikan pada gas secara umum yaitu pada gas nyata atau gas riil.
Gas ideal memiliki deviasi (penyimpangan) yang lebih besar terhadap hasil eksperimen dibanding gas nyata dikarenakan beberapa perbedaan pada persamaan yang digunakan sebagai berikut:
Jenis gas
Tekanan gas. Ketika jarak antar molekul menjadi semakin kecil, terjadi interaksi antar molekul dimana tekanan gas ideal lebih besar dibanding tekanan gas nyata (Pnyata< Pideal)
Volume gas. Dalam gas ideal, volume gas diasumsikan sama dengan volume wadah karena gas selalu menempati ruang. Namun dalam perhitungan gas nyata, volume molekul gas tersebut juga turut diperhitungkan, yaitu: Vriil = Vwadah – Vmolekul
2.3 Energi dalam Gas ideal
Energi dalam suatu gas (U) merupakan jumlah energi kinetik total dari seluruh partikel atau molekul gas dalam suatu ruangan. ruan gan. Energi dalam (U) dituliskan dalam persamaan: U=
NkT atau U = NEk
Dengan energi kinetik tiap partikel Ek.
Untuk gas monoatomik
U=
NkT atau U =
Nrt
Untuk gas diatomik pada suhu rendah (±300ºK)
U = NkT NkT atau atau U =
nRT
Untuk gas diatomik pada suhu sedang (±500ºK)
U=
NkT atau U =
nRT
Untuk gas diatomik pada suhu tinggi (±1000ºK)
U=
NkT atau U =
nRT
Besaran U sendiri tidak dapat diukur langsung dal am experimen, tetapi turunannya yaitu kapasitas panas gas pada volume tetap Cѵ dapat diukur diukur secara experimen: U = 7/2 NkT Biasanya yang dapat dengan mudah terukur adalah perbandingan antara Cᴩ dan Cѵ, yaitu γ = Cᴩ/Cѵ, dimana Cᴩ adalah kapasitas panas pada tekanan tetap. Dari termodinamika klasik (makroskopis) akan diperoleh hubungan: Cᴩ = Cѵ+nR
Proses Adiabatik
Dalam proses adiabatik, tidak ada kalor yang ditambahkan pada sistem atau meninggalkan sistem (Q = 0). Proses adiabatik bisa terjadi pada sistem tertutup yang terisolasi dengan baik. Untuk sistem tertutup yang terisolasi dengan baik, biasanya tidak ada kalor yang dengan seenaknya mengalir ke dalam sistem atau meninggalkan sistem. Proses adiabatik juga bisa terjadi pada sistem tertutup yang tidak terisolasi. Untuk kasus ini, proses harus dilakukan dengan sangat cepat sehingga kalor tidak sempat mengalir menuju sistem atau meninggalkan
sistem.Pada proses adiabatik berlaku hubungan pV = konstan (buktikan),
piVi = pf Vf
Hukum Termodinamika I : dQ = dU + dW Proses adiabatik :
dQ = 0
0 = dU + dW
→
di mana: dU = mc v dT dan dW = pdv (du = cv dT) m cv dT = - pdV
→
Persamaan gas ideal : Integrasi diperoleh :
pV = mRT pdV + Vdp = mRdT
-m cv dT + Vdp = mRdT
dp
V
m (R c v v )
dT
= m . cp
→
Vdp = m cp dT
dari persamaan : m c v dT = -pdV m cp dT = Vdp
p P
→
ln p
c p d
V
dp
c P P dV
p
c V V
→ (diintegrasikan)
V
c P P lnV
c P P
c diperoleh :
V
→ dimana
+ konst.
c V
ln p ln V
= konst.
konst .
atau,
p v
dari,
m cv dT + p dV = 0
gas ideal : pV = mRT
m Cv dT
→
mRT
→
P
mRT V
dV 0
V
dT
R dV 0
T Cv V
→ (diintegrasikan)
R/C V =
ln T + ln V
Cp Cv 1 Cv Cv R
dimana
→
;
Cp
Cv
1
kons tan
TV
(
dengan cara yang sama :
konstan
1 )
T p kons tan
BAB III PENUTUP 3.1 Kesimpulan
Gas ideal adalah suatu gas yang memiliki sifat sebagai berikut: 1. Gas ideal terdiri atas partikel-partikel (atom-atom atau molekul-molekul) yang jumlahnya banyak sekali dan antar partikelnya tidak terjadi gaya tarik-menarik. 2. Setiap partikel gas bergerak dengan arah sembarangan atau secara acak ke segala arah. 3. Setiap tumbukan yang terjadi berlangsung lenting sempurna. 4. Partikel gas terdistribusi merata dalam seluruh ruangan. 5. Jarak antara partikel itu jauh ja uh lebih besar daripada ukuran partikel 6. Volume molekuladalah pecahan kecil yang dapat diabaikan dari volume yang ditempati oleh gas tersebut. 7. Berlaku hukum Newton tentang gerak
Energi dalam pada gas ideal: Energi dalam suatu gas (U) merupakan jumlah energi kinetik total dari seluruh partikel atau molekul gas dalam suatu ruangan. Energi dalam (U) dituliskan dalam persamaan: U=
Proses Adiabatik
NkT atau U = NEk
DAFTAR PUSTAKA http://www.scribd.com/doc/36787993/Persamaan-Keadaan
http://www.gudangmateri.com/2010/01/termodinamika.html
http://id.wikipedia.org/wiki/Hukum_Charles
Maron, Samuel H dan Jerome B. Lando. Fundamentals Fundamentals of Physical Chemistry.London: Chemistry.London: Collier Macmillan Publisher
www.chem-is-try.org/materi.../gas-ideal-dan-gas-nyata/
www.scribd.com/doc/36787993/Persamaan -Keadaan
www.tekim.undip.ac.id/staf/ratnawati/files/2010/.../bab-4-persamaan -keadaan.pptx Nurachmandani,setya. 2007. F isika
2. 2. Surakarta:
Tim Fisika Dasar. Mekanika dan Termodinamika
Grahadi
MAKALAH TERMODINAMIKA GAS IDEAL
DISUSUN OLEH :
SANZI FAREDY ( 13050097 )
JOURDY AFRIZAL ( 13050108 )
DESTA REYNALDI ( 13050098 )
PANDU LARAS P. ( 13050118 )
M. NURHIDAYAT ( 13050099 )
TAUFIK AZHARI ( 13050122 )
GANCAR RAMA J. ( 13050104 )
Sekolah Tinggi Teknologi Adisutjipto Tahun Ajaran 2013/2014
GAS IDEAL
