GAS IDEAL DAN GAS NYATA

1 Pengertian Gas Ideal dan Gas Nyata

Pengertian Gas Ideal, suatu gas hipotetis yang memiliki molekul yang dipantulkan satu sama lain (dalam batas-batas wadah mereka) dengan elastisitas yang sempurna dan memiliki ukuran yang diabaikan, dan di mana gaya antarmolekul yang bekerja antara molekul tidak bersentuhan satu sama lain juga diabaikan. Gas tersebut akan mematuhi hukum gas (seperti hukum Charles dan hukum Boyle) tepat pada semua suhu dan tekanan. Gas yang paling aktual yang bertindak kurang lebih sebagai gas ideal, kecuali pada suhu yang sangat rendah (ketika energi potensial gaya antarmolekul mereka relatif tinggi terhadap energi kinetik dari molekul dan menjadi signifikan), dan di bawah tekanan yang sangat tinggi (ketika molekul yang dikemas begitu berdekatan bahwa kekuatan antarmolekul jarak dekat menjadi signifikan).

Gas ideal didefinisikan sebagai salah satu di mana semua tumbukan antara atom atau molekul bersifat elastis sempurna dan di mana tidak ada kekuatan menarik antarmolekul. Sesuatu dapat memvisualisasikannya sebagai kumpulan bola sempurna keras yang bertabrakan tetapi dinyatakan tidak berinteraksi satu sama lain. Dalam gas seperti itu, semua energi internal dalam bentuk energi kinetik dan perubahan energi internal disertai dengan perubahan suhu.

Gas ideal dapat dicirikan oleh tiga variabel keadaan: tekanan mutlak (P), volume (V), dan suhu mutlak (T). Hubungan antara mereka dapat disimpulkan dari teori kinetik dan disebut

      PV = nRT = NkT

n = banyaknya mol

R = Universal gas konstan = 8,3145 J / mol K

N = jumlah molekul

k = konstanta Boltzmann = 1,38066 x 10-23 J / K = 8,617385 x 10-5 eV / K

k = R / NA

NA = Avogadro nomor = 6.0221 x 1023 / mol

Hukum gas ideal dapat dipandang ketika yang muncul dari tekanan kinetik molekul gas bertabrakan dengan dinding wadah sesuai dengan hukum Newton. Tapi ada juga unsur statistik dalam penentuan energi kinetik rata-rata molekul-molekul. Suhu diambil harus proporsional dengan energi kinetik rata-rata ini, ini akan memanggil gagasan tentang temperatur kinetik. Satu mol gas ideal pada STP menempati 22,4 liter.

Gas yang mengikuti hukum Boyle dan hukum Charles, yakni hukum gas ideal 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 kata lain, semakin kecil jarak intermolekulnya, semakin besar deviasinya.

Paling tidak ada dua alasan yang menjelaskan hal ini. Peratama, 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 (persamaaan 6.5) dengan cara sebagai berikut: dengan menambahkan koreksi pada P untuk mengkompensasi interaksi antarmolekul; mengurango dari suku V yang menjelaskan volume real molekul gas. Sehingga didapat:

[P + (n2a/V2)] (V – nb) = nRT (6.12)

Keterangan :

P = tekanan

V = volume

n = jumlah mol zat

V_m = V/n = volume molar, volume 1 mol gas atau cairan

T = temperatur (K)

R = tetapan gas ideal (8.314472 J/(mol·K))

[P + (n²a/V²)] (V – nb) = nRT (6.12)

a dan b adalah nilai yang ditentukan secara eksperimen untuk setiap gas dan disebut dengan tetapan van der Waals (Tabel 2.1). Semakin kecil nilai a dan b menunjukkan bahwa perilaku gas semakin mendekati perilaku gas ideal. Besarnya nilai tetapan ini juga berhbungan denagn kemudahan gas tersebut dicairkan.

Tabel 2.1 Nilai tetapan gas yang umum kita jumpai sehari-hari.

gas	a(atm dm6 mol-2)	b(atm dm6 mol-2)
He	0,0341	0,0237
Ne	0,2107	0,0171
H2	0,244	0,0266
NH3	4,17	0,0371
N2	1,39	0,0391
C2H	4,47	0,0571
CO2	3,59	0,0427
H2O	5,46	0,0305
CO	1,49	0,0399
Hg	8,09	0,0170
O2	1,36	0,0318

Gas nyata (real gas) bersifat menyimpang dari gas ideal, terutama pada tekanan tinggi dan suhu rendah. Teori Kinetika gas menjelaskan Postulat 1: massa gas dapat diabaikan jika dibandingkan dengan volume bejana. Pada tekanan tinggi, atau jika jumlah molekul banyak, volume gas harus diperhitungkan à volume ideal sebetulnya lebih kecil dari volume real.

à Menurut Van Der Waals, koreksi volume tergantung dari n (junlah mol gas)
b = tetapan koreksi volume

Pada tekanan tinggi à rapatan gas tinggi à molekul2 sangat berdekatan à gaya antar molekul harus diperhitungkan à karena ada gaya tarik menarik à tekanan yang sebenarnya lebih rendah dari tekanan ideal.

Pengurangan tekanan karena kerapatan gas adalah:

1. Berbanding lurus dengan jml tabrakan dgn dinding atau dengan konsentrasi gas

2. Berbanding lurus dengan gaya tabrakan à berbanding lurus dengan konsentrasi gas

2.2 Sifat – sifat gas ideal

Gas dianggap terdiri atas molekul-molekul gas yang disebut partikel. Teori ini tidak mengutamakan kelakuan sebuah partikel tetapi meninjau sifat zat secara keseluruhan sebagai hasil rata-rata kelakuan partikel tersebut. Untuk menyederhanakan permasalahan teori kinetik gas diambil pengertian tentang gas ideal, dalam hal ini gas dianggap sebagai gas ideal.

Sifat-sifat gas ideal adalah sebagai berikut.

1.      Terdiri atas partikel yang banyak sekali dan bergerak sembarang.

2.      Setiap partikel mempunyai masa yang sama.

3.      Tidak ada gaya tarik menarik antara partikel satu dengan partikel lain.

4.      Jarak antara partikel jauh lebih besar disbanding ukuran sebuah partikel.

5.     Jika partikel menumbuk dinding atau partikel lain, tumbukan dianggap lenting sempurna.

6.      Hukum Newton tentang gerak berlaku.

7.      Gas selalu memenuhi hukum Boyle-Gay Lussac.

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.

2.3 Sifat – sifat gas nyata

Sifat gas nyata:

a. volume molekul gas nyata tidak dapat diabaikan

b. Terdapat gaya tarik menarik antara molekul-molekul gas terutama jika tekanan diperbesar atau volum diperkecil

c. Adanya interaksi atau gaya tarik menarik antar molekul gas nyata yang sangat kuat, menyebabkan gerakan molekulnya tidak lurus, dan tekanan ke dinding menjadi kecil, lebih kecil daripada gas ideal.