G A S
_KIMIA INDUSTRI_
DEWI HARDININGTYAS, ST, MT, MBA WIDHA KUSUMA NINGDYAH, ST, MT AGUSTINA EUNIKE, ST, MT, MBA
Elemen Berwujud Gas pada 250C dan 1 atm
Karakteristik Fisika dari Gas Gas diasumsikan mempunyai volume dan bentuk sesuai tempatnya. Gas adalah wujud materi yang (paling) dapat terkompresi (mendapat variasi tekanan) untuk mampat (atau memuai). Gas akan bercampur jika tergabung dalam satu tempat. Gas mempunyai kerapatan dan berat jenis lebih ringan dibandingkan wujud cair atau padat. Terpengaruh tekanan pada lingkungannya.
Perubahan Tekanan
Satuan Tekanan Gaya Tekanan = Area Satuan Tekanan 1 pascal (Pa) = 1 N/m2
1 atm = 760 mmHg = 760 torr 1 atm = 101.325 Pa
6
Tekanan Udara
10 miles
4 miles Sea level
0.2 atm
0.5 atm 1 atm
Manometer
Barometer
Hukum Boyle (Boyle’s Law) Dikemukakan pada 1660 oleh Robert Boyle Jika temperatur tetap konstan, volume suatu gas dengan massa tertentu, berbanding terbalik dengan tekanan
V 1/P P.V = konstan V1/ = P2/ V2 P1
Hukum Boyle (Boyle’s Law)
Hukum Boyle (Boyle’s Law)
As P (h) increases
V decreases
Hukum Boyle (Boyle’s Law)
P 1/V P x V = constant P1 x V1 = P2 x V2
Constant temperature Constant amount of gas
Hukum Boyle (Boyle’s Law) Pressure x Volume = Constant (T = constant) P1V1 = P2V2 (T = constant) V 1/P (T = constant)
(*Holds precisely only at very low pressures.)
Tekanan ditambah, volume SO2 menurun
Contoh Perhitungan A sample of chlorine gas occupies a volume of 946 mL at a pressure of 726 mmHg. What is the pressure of the gas (in mmHg) if the volume is reduced at constant temperature to 154 mL?
P1 x V1 = P2 x V2
P2 =
P1 = 726 mmHg
P2 = ?
V1 = 946 mL
V2 = 154 mL
P1 x V1 = V2
726 mmHg x 946 mL 154 mL
= 4460 mmHg
Hukum Charles (Charles’s Law) Dikemukakan pada 1787 oleh Jacques Charles dan dirumuskan pada 1802 oleh Joseph L. Gay Lussac Jika tekanan tak berubah, volume gas dengan massa tertentu, berbanding lurus dengan temperatur
V T
Hukum Charles (Charles’s Law)
As T increases
V increases
Hukum Charles (Charles’s Law)
Hukum Charles (Charles’s Law)
The volume of a gas is directly proportional to temperature, and extrapolates to zero at zero Kelvin. V = bT
(P = constant)
b = a proportionality constant
Hukum Charles (Charles’s Law)
V1 V2 T1 T2
( P constant)
Contoh Perhitungan A sample of carbon monoxide gas occupies 3.20 L at 125 0C. At what temperature will the gas occupy a volume of 1.54 L if the pressure remains constant?
V1/T1 = V2/T2 V1 = 3.20 L
V2 = 1.54 L
T1 = 398.15 K
T2 = ?
V2 x T1 T2 = = V1
1.54 L x 398.15 K 3.20 L
= 192 K
Hukum Gay Lussac Dikemukakan pada 1703 oleh Joseph L. Gay Lussac dan Guillaume Amontons Tekanan suatu gas dengan massa tertentu berbanding lurus dengan temperatur
P T
Hukum Avogadro Dikemukakan pada 1811 oleh Amadeo Avogadro Molekul yang sama banyak terdapat dalam gas-gas berlainan yang volumenya sama, jika tekanan dan temperaturnya sama
Vn
Hukum Avogadro V number of moles (n) V = constant x n V1/n1 = V2/n2
Constant temperature Constant pressure
Efek penambahan mol partikel gas pada temperatur dan tekanan konstan.
Persamaan Gas Ideal Boyle’s law : V 1 P Charles’ law : V T
(at constant n and T) (at constant n and P)
Gay Lussac’ law : P T (at constant n and V) Avogadro’s law : V n (at constant P and T) nT V R is the gas constant P nT nT V = constant x =R PV = nRT P P
Hukum Gas Ideal
PV = nRT P = pressure in atm V = volume in liters n = moles R = proportionality constant = 0.08206 L atm K-1 mol-1 T = temperature in Kelvins Holds closely at P < 1 atm
Tetapan R Gas
Rumus
Ideal
Volume
Tetapan R
22,414
0,082057
Hydrogen
H2
22,428
0,082109
Helium
He
22,426
0,082101
Neon
Ne
22,425
0,082098
Nitrogen
N2
22,404
0,082021
Carbon Monoxide
CO
22,403
0,082017
Oxygen
O2
22,394
0,081984
Argon
Ar
22,393
0,081981
Gas
Rumus
Volume
Tetapan R
Nitrogen Oxyde
NO
22,389
0,081966
Methane
CH4
22,360
0,081860
Carbon Dioxide
CO2
22,256
0,081845
Hydrogen Chloride
HCl
22,249
0,081453
Ethilene
C2H4
22,241
0,081424
Asetilene
C2H2
22,190
0,081240
Ammonia
NH3
22,094
0,080870
Chloride
Cl2
22,063
0,080760
Tetapan R The conditions 0 0C and 1 atm are called standard temperature and pressure (STP).
Experiments show that at STP, 1 mole of an ideal gas occupies 22.42 L.
PV = nRT R=
(1 atm)(22.42L) PV = nT (1 mol)(273.15 K)
R = 0.082067 L • atm / (mol • K)
Contoh Perhitungan What is the volume (in liters) occupied by 49.8 g of HCl at STP? T = 0 0C = 273.15 K P = 1 atm 1 mol HCl PV = nRT n = 49.8 g x = 1.37 mol 36.45 g HCl nRT V= P 1.37 mol x 0.0821 L•atm x 273.15 K mol•K V= 1 atm
V = 30.6 L
Contoh Perhitungan Argon is an inert gas used in lightbulbs to retard the vaporization of the filament. A certain lightbulb containing argon at 1.20 atm and 18 0C is heated to 85 0C at constant volume. What is the final pressure of argon in the lightbulb (in atm)?
n, V and R are constant PV = nRT nR P P1 = 1.20 atm P2 = ? = constant = T V T1 = 291 K T2 = 358 K P1 P2 = T1 T2 T2 = 1.20 atm x 358 K = 1.48 atm P2 = P1 x 291 K T1
G A S
_KIMIA INDUSTRI_
DEWI HARDININGTYAS, ST, MT, MBA WIDHA KUSUMA NINGDYAH, ST, MT AGUSTINA EUNIKE, ST, MT, MBA
Density & Molar Mass Perhitungan kerapatan, Density (d) PMr m d= = V RT
m is the mass of the gas in g Mr is the molar mass of the gas
Perhitungan Molar Mass (Mr ) dRT Mr = P
d is the density of the gas in g/L
35
Stoikiometri Gas
What is the volume of CO2 produced at 370 C and 1.00 atm when 5.60 g of glucose are used up in the reaction: C6H12O6 (s) + 6O2 (g)
g C6H12O6 5.60 g C6H12O6 x
V=
nRT = P
mol C6H12O6
6CO2 (g) + 6H2O (l)
mol CO2
V CO2
6 mol CO2 1 mol C6H12O6 x = 0.187 mol CO2 180 g C6H12O6 1 mol C6H12O6 L•atm 0.187 mol x 0.0821 mol•K 1.00 atm
x 310 K = 4.76 L
SOAL Seorang kimiawan melakukan sintetis senyawa gas berwarna kuning kehijauan yang terdiri dari klorin dan oksigen dan ditemukan bahwa kerapatannya adalah 7,71 g/L pada suhu 36oC dan tekanan 2,88 atm. Hitunglah Mr serta tentukan rumus molekuldari senyawa tersebut.
Hukum Dalton tentang tekanan parsial Dikemukakan pada 1803 oleh Dalton Tekanan parsial merupakan tekanan masingmasing komponen gas didalam campuran. Tekanan total dalam suatu campuran gas adalah jumlah tekanan parsial anggota-anggota campurannya Ptotal = P1 + P2 + … + Pn
Hukum Dalton pada Tekanan Parsial
V and T are constant
P1
P2
Ptotal = P1 + P2
Ketika 2 gas A dan B berada dalam wadah dengan volume V.
nART PA = V
nA Jumlah mol gas A
nBRT PB = V
nB jumlah mol gas B
PT = PA + PB PA = XA PT
nA XA = nA + nB
PB = XB PT Pi = Xi PT
nB XB = nA + nB • Fraksi mol merupakan ukuran jumlah yang tidak memiliki dimensi dan menyatakan rasio jumlah mol komponen terhadap jumlah mol semua komponen yang ada. • Total dalam campuran gas harus bernilai satu
A sample of natural gas contains 8.24 moles of CH4, 0.421 moles of C2H6, and 0.116 moles of C3H8. If the total pressure of the gases is 1.37 atm, what is the partial pressure of propane (C3H8)?
Pi = Xi PT
PT = 1.37 atm
0.116 Xpropane = 8.24 + 0.421 + 0.116
= 0.0132
Ppropane = 0.0132 x 1.37 atm = 0.0181 atm
Peralatan untuk mengumpulkan gas diatas permukaan air. • Oksigen yang dihasilkan dari pemanasan kalium perklorat (KClO3) dengan kehadiran sejumlah kecil mangan dioksida untuk mempercepat laju reaksi berupa gelembung dalam air dan terkumpul dalam botol.
PT = PO 2+ PH
2
Bottle full of oxygen gas and water vapor
2KClO3 (s) dipanaskan
2KCl (s) + 3O2 (g)
O
Teori Kinetik Molekul Gas 1. Gas mengandung molekul-molekul yang terpisah satu sama lain dengan jarak jauh lebih besar daripada ukuran molekulnya. Molekul dapat dianggap “titik-titik” yang mempunyai massa tetapi volumenya dapat diabaikan (V zero). 2. Molekul gas bergerak dengan kecepatan konstan dan arah acak. Tumbukan antar molekul elastis sempurna energi dapat dipindahkan dari satu molekul ke molekul lain, namun energi total dalam sistem tetap sama. 3. Molekul gas tidak mengalami baik gaya tarik-menarik maupun tolak-menolak satu sama lain. 4. Energi kinetik rata-rata molekul sebanding dengan temperatur gas (OK). Dua gas dalam temperatur yang sama akan mempunyai energi kinetik rata-rata yang sama.
Penerapan Hukum-hukum Gas Secara kualitatif dimungkinkan untuk menjelaskan sifatsifat umum zat yang berwujud gas •
Mudah tidaknya gas dimampatkan karena molekul fasa gas diasumsikan dipisahkan oleh jarak yang cukup lebar.
•
Hukum Boyle P a laju tumbukan (jumlah tumbukan molekul tiap detik) Laju tumbukan a besarnya kerapatan gas (jumlah molekul per satuan volume) Besarnya kerapatan gas a 1/V P a 1/V
• Hukum Charles •Karena energi kinetik rata-rata molekul gas sebanding dengan suhu dari sampel (teori poin 4),kenaikan suhu meningkatkan energi kinetik ratarata. • T a Energi kinetik rata-rata • P a laju tumbukan • Laju tumbukan a energi kinetik rata-rata • VaT
• Hukum Avogadro • Tekanan berbanding lurus dengan kerapatan dan suhu gas • P a laju tumbukan Laju tumbukan a kerapatan • Kerapatan a n Van
Hukum Dalton tentang tekanan parsial Pada poin 3 : jika molekul tidak saling tarik menarik atau tolak menolak tekanan yang ditimbulkan satu jenis molekul tidak dipengaruhi kehadiran gas lain tekanan totalnya merupakan tekanan parsial masing-masing gas. Ptotal = SPi
Rute (path) pergerakan partikel dalam gas. Partikel bergerak lurus dengan arah terus berubah karena benturan dengan partikel lain atau dengan dinding tempat gas, namun mengikuti Konsep Kecepatan ratarata (concept of Average Speed)
Distribusi kecepatan tiga gas berbeda pada temperature sama.
Distribusi kecepatan molekul gas nitrogen pada tiga temperatur
49
Energi Kinetik Rata-rata
(KE)avg
3 RT 2
Hasil teori kinetik gas bahwa energi kinetik total gas apapun = 3/2 RT urms =
3RT Mr
Bila digunakan R = 8,314 J/K.mol dan mengkonversi Mr menjadi kg/mol maka urms dapat dihitung dalam meter/detik (m/s)
SOAL
Hitunglah kecepatan akar rata-rata kuadrat untuk atom helium dan molekul nitrogen dalam m/s pada suhu 25oC (R yang digunakan 8,314 J/K.mol)
DIFFUSION Campuran antara molekul satu gas dengan molekul gas lainnya yang terjadi secara sedikit demi sedikit berdasarkan sifat kinetiknya. Berlangsung dari daerah dengan konsentrasi lebih tinggi ke lebih rendah •
Gambaran difusi gas NH3(dari botol yang berisi larutan amonia) yang bergabung dengan gas HCl (berasal dari botol yang berisi asam klorida), menghasilkan padatan NH4Cl.
Hukum Graham (Graham’s Law) Dikemukakan pada 1830 oleh Thomas Graham Laju Difusi dua gas berbanding terbalik dengan akar kuadrat densitas mereka
r1 r2
ρ2 ρ1
PENYIMPANGAN GAS IDEAL Suatu gas dikatakan memperlihatkan perilaku ideal apabila : Molekul-molekul dalam keadaan gas tidak memiliki gaya apapun baik gaya tarik menarik maupun gaya tolak menolak antara satu dengan lainnya. Volume molekul diabaikan karena begitu kecilnya dibandingkan dengan wadahnya. Anggapan bahwa gas nyata berperilaku mirip dengan gas ideal tidak dapat diberlakukan untuk semua kondisi.
Plot antara PV/nRT terhadap P beberapa gas nyata dan 1 gas ideal pada suhu tertentu (200 K).
(a)Gas at low concentration— relatively few interactions between particles. (b)Gas at high concentration— many more interactions between particles.
Gas Nyata 2
[ Pobs a (n / V ) ] V nb nRT corrected pressure Pideal
corrected volume Videal
• Persamaan van der waals merupakan modifikasi dari persamaan gas ideal yang menjelaskan perilaku non ideal gas nyata,mengoreksi 2 fakta molekul-molekul gas nyata melakukan gaya antara satu dengan yang lainnya dan memiliki volume • Konstanta van der waals untuk setiap gas ditentukan secara percobaan.
SOAL Diketahui 3,5 mol NH3 menempati 5,2 L pada suhu 47oC. Hitung tekanan gas (atm) dengan menggunakan a). Persamaan gas ideal b). Persamaan van der waals
SOAL Oksigen yang dihasilkan dari penguraian kalium perklorat, dikumpulkan, dimana volume oksigen yang terkumpul pada suhu 24oC dan tekanan atmosfer 762 mmHg adalah 128 mL. Hitunglah massa (gr) gas oksigen yang diperoleh. Tekanan uap air pada suhu 24oC adalah 22,4mmHg
