Termo_Gas Nyata 2

8/16/2019 Termo_Gas Nyata 2

1/25

GAS NON IDEAL/ GAS NYATA

Gas terdiri atas molekul-molekul yang bergerak menurut jalan-jalan yang lurus ke

segala arah, dengan kecepatan yang sangat tinggi. Molekul-molekul gas ini selalu

bertumbukan dengan molekul-molekul yang lain, atau juga dengan dinding bejana.

Tumbukan terhadap dinding bejana ini yang menyebabkan adanya tekanan.

Volume dari molekul-molekul gas sangat kecil bila dibandingkan dengan volume

yang ditempati oleh gas tersebut, sehingga sebenarnya banyak ruang yang kosong antara

molekul-molekulnya. Hal ini yang menyebabkan gas mempunyai rapat yang lebih kecil

daripada cairan atau zat padat. Hal ini juga yang menyebabkan gas bersiat kompressibel, atau

mudah ditekan.Maka dari itu semua jenis gas terbagi menjadi dua tipe, yaitu ! gas ideal dan gas nyata.

Gas ideal merupakan sebuah gas yang mematuhi persamaan gas umum dari "V # n$T yang

disampaikan secara singkat, sedangkan gas nyata adalah gas yang tidak mematuhi persamaan

gas umum dan menggunakan hukum-hukum gas hanya pada saat tekanan rendah. %Maron,

&amuel Herbert ! '(.

Gas nyata %real gas( bersiat menyimpang dari gas ideal, terutama pada tekanan tinggi

dan suhu rendah. "ada tekanan tinggi, atau jika jumlah molekul banyak, volume gas harus

diperhitungkan. Gas nyata hanya mengikuti persamaan gas ideal hanya pada suhu dan

tekanan standar, sedangkan pada keadaan suhu dan tekanan tinggi, gas nyata tidak mengikuti

persamaan gas ideal.

Pengertian Gas Nyata

Gas merupakan suatu keadaan atau suatu bahan yang dapat dimanaatkan serta

mampu mengembang tanpa batas dan bebas bergerak sekehendaknya. )leh karena itu tak

berbentuk dan tak bervolume. &angat bergantumg pada bentuk *adah yang ditempatinya.

Gaya tarik menarik antara partikel-partikelnya kecil. Tumbukan dan hentakannya lemah.

+tom-atom dan molekul-molekulnya senantiasa berseli*eran dan berbenturan satu sama lain

dengan dinding *adah yang didiaminya.

Gas yang mengikuti hukum oyle dan hukum harles, yakni hukum gas ideal,

disebut gas ideal. amun, didapatkan, bah*a gas yang kita jumpai, yakni gas nyata, tidak

secara ketat mengikuti hukum gas ideal. &emakin rendah tekanan gas pada temperatur tetap,

/


2/25

semakin kecil deviasinya dari perilaku ideal. &emakin tinggi tekanan gas, atau dengan dengan

kata lain, semakin kecil jarak intermolekulnya, semakin besar deviasinya.

"aling tidak ada dua alasan yang menjelaskan hal ini. "eratama, deinisi temperatur

absolut didasarkan asumsi bah*a volume gas real sangat kecil sehingga bisa diabaikan.

Molekul gas pasti memiliki volume nyata *alaupun mungkin sangat kecil. &elain itu, ketika

jarak antarmolekul semakin kecil, beberapa jenis interaksi antarmolekul akan muncul.

0isika*an elanda 1ohannes 2iderik van der 3aals %/456-/785( mengusulkan

persamaan keadaan gas nyata, yang dinyatakan sebagai persamaan keadaan van der

3aals ataupersamaan van der 3aals. 9a memodiikasi persamaan gas ideal %persamaaan :.'(

dengan cara sebagai berikut! dengan menambahkan koreksi pada " untuk mengkompensasi

interaksi antarmolekul; mengurango dari suku V yang menjelaskan volume real molekul

gas. &ehingga didapat!

%" < a ( %V = b ( # $ T %a.> a(

V8

+tau

" # $ T a %a.> b(%V = b( V8

a dan b adalah nilai yang ditentukan secara eksperimen untuk setiap gas dan

disebut dengan tetapan van der 3aals %Tabel :./(. &emakin kecil nilai a dan b

menunjukkan bah*a perilaku gas semakin mendekati perilaku gas ideal. esarnya nilai

tetapan ini juga berhbungan denagn kemudahan gas tersebut dicairkan.

Tabel :./g ilai tetapan gas yang umum kita jumpai sehari-hari.

gas

a

%atm dm: mol-8(

b

%atm dm: mol-8(

He ?,?5>/ ?,?856

e ?,8/?6 ?,?/6/

H8 ?,8>> ?,?8::

H5 >,/6 ?,?56/

8 /,57 ?,?57/

8H >,>6 ?,?'6/

)8 5,'7 ?,?>86

H8) ',>: ?,?5?'

8


3/25

) /,>7 ?,?577

Hg 4,?7 ?,?/6?

)8 /,5: ?,?5/4

Gas nyata bersiat tidak sempurna, yaitu gas yang tidak mematuhi dengan tepat

hukum gas sempurnaa. "enyimpangan hukum terutama lebih terlihatpada tekanan tinggi

dan temperatur rendah, khususnya pada saat gas akan mengembun menjadi cair.

@enyataan menunjukkan bah*a hukum gas ideal tidak dapat mendiskripsi siat =

siat gas real secara tepat. &ebagai contoh adalah sebagai berikut !

1ika kita mempunyai satu mol gas, berada pada ruang bertekanan / atm dan ?o ,

menurut persamaan gas ideal, gas tersebut bervolume 88,> liter. Tetapi kenyataan

menunjukkan bah*a pada pengukuran sesungguhnya ternyata volume / mol gas pada /

atm dan ?o selalu lebih dari 88,> liter. 2i lain pihak, jika kita menpunyai / mol gas

dari ?o yang ditempatkan pada bejana bervolume 88,> liter, ternyata tekanannya

kurang dari / atm.

2ari kenyataan ini, maka tampak bah*a pada pengukuran gas sesungguhnya

%real(, diperoleh hasil pengukuran yang menyimpang ormulasi persamaan keadaan yanglebih realistik dan menyelidiki implikasi persamaan keadaan tersebut.

Gas Nyata

• Gas nyata berbeda dari gas ideal karena terdapat interaksi di antara molekul-

molekulnya.

• Gaya tolakan cukup berpengaruh saat molekul-molekul akan saling bertumbuk

khususnya pada tekanan sangat tinggi.

• Gas pada tekanan tinggi, gas yang kurang dapat terkompresi

• Gaya tarik yang akan bekerja saat jarak antar

Interaksi Molekul

Gas nyata memperlihatkan penyimpangan dari hukum gas sempurna karena

molekul-molekulnya berinteraksi satu sama lain ! gaya tolak antar molekul membantu

pemuaian dan gaya tarik membantu penempatan.

5


4/25

Gaya tolak antar molekul netral hanya bearti jika moleku-molekul tersebut

hampir bersentuhan ! gaya ini adalah interaksi jarak pendek, sekalipun dengan skala yang

diukur dalam garis tengah %diameter( molekuler. @arena gaya itu adalah interaksi jarak

pendek, tolak-menolak tidak boleh diabaikan hanya jika molekul-molekul tersebut secara

rata-rata berdekatanaa. 9ni adalah kasus pada tekanan tinggi, jika sejumlah besar molekul

menempati volum yang kecil. &ebaliknya, gaya terik antar molekul mempunyai jereak

relati jauh dan gaya tarik itupun eekti diatas beberapa diameter molekuler. Gaya ini

penting jika molekul-molekul cukup berdekatan tetapi tidak perlu bersentuhan. Gaya

tarik menjadi tidak eekti jika molekul-molekul terpisah jauh.

2engan demikian, pada tekanan rendah, jika molekul-molekul menempati volume

yang besar, pada sebagian besar *aktu, molekul-molekul begitu jauh terpisah sehingga

gaya antar molekul tidak mempunyai peranan bearti, dan gas berperilaku sempurna. "ada

tekanan sedang, ketika molekul-molekul secara rata-rata hanya terpisah sejauh beberapa

diameter molekuler, gaya tarik menang terhadap gaya tolak. 2alam hal ini, gas dapat

diharapkan lebih mudah dimamaatkan ketimbang gas sempurna.

Temperatur dan tekanan kritis

@arena uap air mudah mengembun menjadi air, telah lama diharapkan bah*a

semua gas dapat dicairkan bila didinginkan dan tekanan diberikan. amun, ternyata

bah*a ada gas yang tidak dapat dicairkan berapa besar tekanan diberikan bila gas berada

di atas temperatur tertentu yang disebut temperatur kritis. Tekanan yang diperlukan

untuk mencairkan gas pada temperatur kritis disebut dengan tekanan kritis, dan *ujud

materi pada temperatur dan tekanan kritis disebut dengan keadaan kritis.

Temperatur kritis ditentukan oleh atraksi intermolekul antar molekul-molekul gas.

+kibatnya temperatur kritis gas nonpolar biasanya rendah. 2i atas nilai temperatur kritis,

energi kinetik molekul gas jauh lebih besar dari atraksi intermolekular dan dengan

demikian pencairan dapat terjadi.

Tabel :.8 Temperatur dan tekanan kritis beberapa gas yang umum dijumpai.

Gas Temperatur

kritis %@(

Tekanan

kritis %@(

Gas Temperatur

kritis %@(

Tekanan kritis %atm(

H8) :>6,8 8/6,6 8 /8:,/ 55,'

Hl 88>,> 4/,: H5 >?',: ///,'

>


5/25


6/25

#$# Si!at%si!at Gas Nyata

&iat gas nyata!

Volume molekul gas nyata tidak dapat diabaikan

Terdapat gaya tarik menarik antara molekul-molekul gas terutama jika tekanan

diperbesar atau volum diperkecil

+danya 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.

Memenuhi persamaan

%" < a ( %V = b ( # $ T %a.> a(

V8

+tau

" # $ T a %a.> b(%V = b( V8

2imana !

" # Tekanan absolut gas %atm(

V # Volume spesiik gas %liter(

$ # @onstanta gas %?,?48 F.atmAmol atau 4,5/>1A@mol(

T # &uhu Atemperatur absolut gas %@(

n # 1umlah mol gas

a,b # @onstanta Van der 3aals

#$& Persamaan "an Der 'alls

"ersamaan Van der 3alls, merupakan salah satu bentuk persamaan yang lebih

mendekati realitas. Meskipun demikian, persamaan inipun belum sepenuhnya benar.

Dntuk mendapatkan persamaan ini, kita berangkat dari persamaan serta siat gas ideal.

Masalah yang akan dibahas, berangkat dari akta, bah*a pengukuran terhadap gas real,

menyimpang dari keidealan. 2iduga, bah*a penyimpangan gas real terhadap keidealan

disebabkan karena terdapat dua syarat keidealan yang tidak pernah dapat dipenuhi oleh

gas real, yaitu !

/. Molekul = molekul gas ideal dipandang sebagai titik massa yang tak bervolume atautidak memakan tempat. 2engan demikian jika ke dalam ruangan dimasukkan gas,

:


7/25

maka seolah- olah partikel gas tidak membutuhkan tempat. "adahal sebenarnya, tidak

ada materi yang tidak makan tempat. 9tulah sebabnya maka volume gas real lebih

besar dari pada gas ideal. 1ika penyimpangan volume ini disebut b, maka hubungan

antara V gas real dan V gas ideal adalah !

V # Vid < b %a./(

+tau

Vid # V = b

dengan V adalah volume molar gas real sedangkan Vid adalah volume molar gas ideal.

2. Pada gas ideal diasumsikan bahwa setiap partikal molekul bekerja gaya atraksi

sedemikian rupa sehingga resultantenya = 0, 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 a/V2

inilah yang mengakibatkan pengeilan tekanan gas real dibandingkan gas ideal dalam

relasi !

"id # p a(

V8

+tau

" # $ T a %a.> b(

%V = b( V8

6


8/25

Persamaan ' a( atau ' b( itulah yang disebut persamaan Van der #alls.

Tabel /./ @oeisien van der *alls pada temperatur 874 @.

a A

%atm F8 mol-8(

b A

%/?-8 F mol-8(

+r /,58' 5,88

)8 5,'78 >,8:6

He ?,?5> 8,56

8 /,57? 5,7/5

Penyusunan persamaan

9nteraksi tolak-menolak antara molekul =molekul diperhitungkan dengan asumsi

bah*a interaksi itu menyebabkan molekul-molekul beroerilaku seperti bola kecil tetapi

tidak dapat ditembus. Volume bukan nol molekul menyiratkan bah*a partikel itu tidak

bergerak didalam volume V, melainkan terkekeng didalam volume yang lebih kecil V =

nb, dengan menyatakan perkiraan volume total yang ditempati molekul-molekul sendiri.

2engan alasan ini kita terdorong untuk mengubah hukum gas sempurna p=nRT/V

menjadi !

p # n$T

V = nb

Tekanan bergantung baik pada rekuensi tabrakan dengan dinding maupun dengan

gaya setiap tabrakan. aik rekuensi maupun gaya tabrakan berkurang akibat gaya tarik.

ang terjadi akibat kekuatan yang secara kasar sabanding dengan konsentrasi molar nAV

molekul-molekul di dalam sampel. )leh karena itu, tekanan berkurang sebanding dengankuadrat konsentrasi ini. 1ika pengurangan tekanan ditulis sebagai –a(n/V)2, dengan a

menyatakan konstanta yang khas untuk setiap gas, maka eek gabungan dari gaya tolak

dan gaya tarik adalah persamaan "an Der 'alls (

p # n$T a n 8 %/ a(

V = nb V

"ersamaan ini sering ditulis dalam istilah volume molar V m 2 = V/m sebagai !

p # n$T a %/ b( Vm = nb Vm8

4


9/25

9stilah a/V m disebut tekanan internal gas. Terkadang lebih baik untuk menata ulang

persamaan tersebut menjadi bentuk yang menyerupai pV # n$T !

p < an8 %V = nb( # n$T %/ c(

V8

)P$'$ATINS ( *++, ( *+-

.iri%iri utama persamaan "an Der 'alls (

a) Isoterm gas sempurna diperoleh pada temperatur tinggi dan volume molar besar.

1ika temperatur tinggi, $T dapat menjadi begtu besar sehingga suku pertama dan

dalam persamaan /b jauh lebih melebihi suku keduanya. Fagi pula, jika volume

molar besar %dalam arti Vm b(, kita dapat menggantikan penyebutnya Vm =

dengan Vm. 2engan demikian, persamaan menjadi lebih sederhana p=RT/V m ,

persamaan gas sempurna.

b) airan dan gas berada bersama!sama "ika e#ek kohesi dan dispersiberada

dalamkeseimbangan. Fengkungan can der *alls terjadi jika kedua suku dalam

persamaan /b sama besar. &uku pertama berasal dari energi kinetik molekul dan

interaksi tolak menolaknya; suku kedua menggambarkan eek interaksi tarik

menarik.

c) $onstanta kritis berhubungan dengan koe#isien!koe#isien van der %alls. Dntuk T

Tc isoterm hasil hitungan berosilasi dan masing-masing mencapai nilai

minimum, kemudian diikuti dengan nilai maksimu. ilai=nilai ekstrem ini saling

mendekat se*aktu T Tc dan akan sama nilainya pada T # T c, dan pada titik

kritis, kurva mempunyai perubahan datar. 2ari siat-siat kurva, kita tahu bah*a

perubahan semacam ini terjadi jika baik turunan pertama maupun kedua bernilai

nol. 2engan demikian, kita dapat menemukan konstanta kritis dengan

menghitung turunan-turunan tersebut dan membuatnya sama dengan nol.

#$0 1aktor ompresi2ilitas )3- Gas "an Der 'alls

&elah diuraikan bahwa pengukuran terhadap tekanan, volume molar serta temperatur

suatu gas tidak memenuhi persaman p V = )&, dan itu terjadi pada sembarang gas.

$arena menyimpang dari si%at keidealan maka gas real juga disebut gas non ideal.

Pernyataan kuantitati% atas besarnya penyimpangan terhadap keidealan, disebut %aktor

kompresibilitas - 'berbeda dengan koe%isien kompresibilitas $( dengan - adalah resiko

antar volume molar suatu gas yang diamati atau gas real 'V(, dengan volume molar gas

ideal 'V id(. adi !

7


10/25

C # V %b./(

Vid

@arena Vid # $TAp maka !

C # p V atau C # p V %b.8(

$ T $ T

Dntuk gas ideal, harga C # /, dan tidak bergantung pada temperatur dan tekanan,

sedangkan untuk gas real C merupakan ungsi temperatur dan tekanan atau ditulis C # #

%T.p(. Dntuk mendapatkan harga C dan hubungannya dengan T dan p, kita ikuti langkah =

langkah berikut !

1ika harga p pada persamaan %a.> b( dimasukka ke dalam persamaan %b.8(, akandiperoleh !

C # $ T a V

%V = b( V8 $T

+tau %b.5(

C # V a

% V = b( V $ T

&uku pertama ruas kanan persamaan %b.5( di atas dibagi dengan V baik pembilangmaupun penyebutannya, sehingga persamaan %b.5( menjadi !

C # / a %b.>(

b V $ TV

/ - V

&ujuan mengubah suku pertama menjadi berbentuk / , karena dalam matematika,

b

/ - V

mengenai deret terdapat hubungan bahwa !

/ # / < I < I8 < I5 < I> ................... %b.'(

/ = I

+sal I mendekati nol. "adahal bAV jelas mendekati nol, sehingga dengan

menggunakan siat persamaan %b.> ( dapat ditulis !

/ # / < bAV < %bAV(8 < %bAV(5........... %b.:(

b

/ - V

/?


11/25

1ika persamaan %b.:( dimasukkan ke dalam persamaan %b.>(, dihasilkan !

C # / < bAV < %bAV(8 < %bAV(5.......... a

V $ T

+tau

C # / < bAV a < %bAV(8 < %bAV(5........

V $ T

+tau

C # / % b = a ( A V< %bAV(8 < %bAV(5............. %b.6(

$ T

"ersamaan %b.6( adalah C sebagai ungsi volume, sedang lazimnya C dinyatakan

sebagai ungsi volume. Dntuk itu V harus dinyatakan dalam p. &udah barang tentu,

seharusnya relasi yang digunakan harus relasi Van der 3alls, tetapi mencari harga V

dalam p untuk relasi Van der 3alls, tentu tidak sederhana, karena persamaan Van der

3alls merupakan persamaan order 5 dalam V. oleh karena itu kita menggunakan relasi

gas ideal untuk mengubah V dalam p, yaitu !

V # p A $ T

&ehingga persamaan %b.6( menjadi !

C # / < / % b - a ( p < % b (8 "8 < % b (5 "5 < ........%b.4(

$ T $ T $ T $ T

"ersamaan %b.4( itulah C sebagai ungsi T dan p yang dicari.

#$4 oe!isien "irial

//


12/25

5ntuk gas kar2ondioksida

o "ada temperatur tinggi %'?J( dan volume molar tinggi %Vm ?.5 FAmol(, garis

isotherm terlihat mendekati gas ideal

o @ammerlingh-)nnes %/7//( telah mengkaji pola gas nyata dengan pendekatan

menggunakan ekspansi virial %persamaan deret( )8

pVm # $T %/ < ’ p < ’ p . . .(

Febih umum dengan berbasis nAV %/AVm( yang lebih

pVm # $T / < < < . . .

Vm Vm

o , K tergantung pada temperatur

o , K disebut koeisien virial kedua, ketigaK.

Persamaan "irial

pVm # $T %/ < ’ p < ’ p . . .(

o @oeisien harus ditentukan berdasarkan eksperimen

/8


13/25

o ilai koeisien ketiga dan seterusnya sangat kecil dibandingkan koeisien kedua !

AVm AVm8

o Gambaran koeisien virial kedua untuk berbagai gas pada variasi temperatur

Persamaan "irial

pVm # $T %/ < ’ p < ’ p . . .(

Dntuk campuran, koeisien tergantung pada raksi mol

# I/8// < 8 I/ I8 /8 < I8

888

I/I8 /8 menunjukan interaksi diantara kedua gas

/5


14/25

pVm # $T %/ < 6 p < 6 p . . .(

0aktor kompresi, C, adalah ungsi dari p dan T

Dntuk gas ideal dCAdp %slope graik( # ?

Dntuk gas nyata, dCAdp dapat ditentukan dengan persamaan virial !

&ubstitusikan Vm %V # C V J(; dan V J#$TAp

&lope # dCAd" # E < 8pE< K.

"ada saat p L ?, dCAd" L E,

amun demikian nilai E sendiri tidak perlu ?. karena itu meskipun gas nyata C L /

ketika p ?, maka kemiringan kurva C terhadap p tidak mendekati nol %nilai gas

sempurna(

Persamaan oe!isien "irial

"ada volume besar dan temperatur tinggi, isoterm gas nyata dan isoterm gas

sempurna tidak jauh berbeda. "erbedaan kecil ini menunjukkan bah*a hukum gas

sempurna berlaku pada tekanan rendah dan pada kenyataannya merupakan suku pertama

dalam pernyataan yang berbentuk.

pVm # $T %/ < ’ p < ’ p . . .(

2alam banyak penerapan, deret yang lebih cocok adalah

pVm # $T / < < < . . .

Vm Vm

"ernyataan tersebut adalah dua versi dari persamaan keadaan virial %nama ini berasal dari kata latin untuk gaya(. , , . . . , yang bergantung pada temperatur, adalah

/>


15/25

koeisien virial yng kedua, ketiga, . . . , koeisien virial yng ketiga biasanya kurang

penting ketimbang yang kedua dalam arti bah*a volume molar khas AVm8 BB AVm.

"ersamaan virial adalah contoh pertama dri prosedur umum dalam kimia isika, dimana

satu hukum sederhana %dalam hal ini pV = nRT ( dianggap sebagai suku pertama deret

pangkat satu variabel %dalam hal ini p atau V m (.

"ersamaan virial dapat digunakan untuk memeragakan suatu hal penting yaitu

*alaupun persamaan keadaan gas nyata dapat sama dengan gas sempurna se*aktu p ?,

semua siat-siatnya tidak perlu sama dengan siat-siat gas sempurna. "erhatikanlah

misalnya, nilai dCAdp, kemiringan graik aktor penempatan terhadap tekanan. Dntuk gas

sempurna berlaku dCAdp # ?, tetapi untuk gas nyata berlaku

dC # E < 8"cE < . . . E ketika p ?

dp

amun demikian, E tidak perlu nol. )leh karena itu, *alaupun untuk gas nyata

C / ketika p ? %dan lebih umum, persamaan keadaan gas nyata sama dengan hukum

gas sempurna ketika p ?(, kemiringan kurva C terhadap p tidak mendekati nol %nilai

gas sempurna. @arena siat-siat lain yang akan %yang akan kita lihat nanti( juga

begantung pada turunan-turunan, siat-siat gas nyata tidak selalu sama dengan nilai-nilai

gas sempurna pada tekanan rendah.

#$, Pengem2unan

/'


16/25

&ekarang, bayangkanlah apa yang terjadi jika volume suatu sampel gas yang

mula-mula berada pada keadaan tertanda + dalam gambar diatas dikurangi pada

temperatur tetap %dengan cara memanpatkannya di dalam sebuah piston(. 2idekat +,

tekanan gas naik kurang lebih sesuai dengan hukum oyle. "enyimpangan serius dari

hukum itu mulai tampak ketika volume sudah berkurang sampai .

"ada %yang sama dengan kira-kira :? atm dalam hal karbondioksida(, semua

kemiringan dengan perilaku sempurna hilang, karena mendadak piston bergerser masuk

tanpa ada kenaikan tekanan ! ditandai dengan garis mendatar 2. "emeriksaan isi

silinder memperlihatkan bah*a tepat disebelah kiri muncul cairan, dan terdapat dua

ase yang dipisahkanoleh permukaan yang jelas. &e*aktu volume terus dikecilkan dari

melalui 2 ke , jumlah cairan bertambah. "ada tahap ini tidak ada tambahan tahanan

pada piston karena gas dapat menggapinya dengan mengembun. Tekanan yang

berpadanan dengan garis 2, pada saat baik cairan maupun uap ada dalam

kesetimbangan, disebut tekanan uap cairan ini pada temperatur eksperimen.

"ada , semua sampel ber*ujud cairan dan piston berhenti pada permukaan

cairan. "engurangan volume lebih jauh memerlukan pengerahan tekanan yang besae. Hal

itu diperlihatkan dengan garis yang menanjak tajam disebelah kiri . ahkan sedikit

pengurangan volume dari ke 0 memerlukan penambahan tekanan yang besar.

Pengem2unan

"ada suatu temperatur T konstan, jika suatu gas nyataditekan dengan mengikuti isoterm

bera*al dari +, terlihat !

o 2i dekat +, p meningkat mengikuti hukum oyle%kelakuan sebagai gas nyata(

o Mulai dari sampai ke mulai terjadi penyimpangan hukum oyle, tetapi p

tetap

o bertambah

o "ada titik , p berhenti tidak bertambah %untuk )8,N :? atm(

o &iat gas ideal hilang

o airan mulai muncul dan terdapat dua asa sepanjang garis

o Gas tetap ada pada setiap titik karena kompresi diimbangi dengan pengembunan.

Tekanan pada kondisi garis 2 ini yakni saat cairan dan uap berada pada

/:


17/25

keadaankesetimbangan disebut tekanan uap dari cairanpada temperatur

eksperimen.

o "ada titik , seluruh gas mengembun menjadi cairan

o "engurangan volume lebih jauh akan memerlukan pengerahan tekanan yang

sangat besar.

#$7 onstanta ritis

@onstanta @ritis

Dntuk kasus )8 pada isoterm T >?>,/7@ atau 5/,?> o, terdapat keadaan

istime*a pada teori keadaan materi, yang disebut temperatur kritis %Tc(.

"ada kondisi ini dua asa cair dan gas tidak berlangsung dan berimpit pada satu

titik tunggal, tanda O di kurva, yang disebut sebagai titik kritis.

@ondisi pada titik kritis ini dinamakan konstanta kritis meliputi !

a( Temperatur kritis %Tc(

b( Tekanan kritis %"c(

Volume molar kritis %Vc(

2i atas Tc hanya ada ase gas, jadi asecairan suatu zat tidak mungkin terbentuk.

onstanta ritis 5ntuk "ariasi Gas

/6


18/25

#$8 Asas eadaan Yang 9ersesuaian

&ebagai skala relati untuk membandingkan siat beberapa obyek

Menggunakan konstanta kritis sebagai siat isik suatu gas maka akan diperoleh skala

baru.

a( Tekanan Tereduksi ! pr # p

pc

b( Volume Tereduksi ! Vr # Vm

Vc

c( Temperatur Tereduksi ! Tr # T

Tc

"engamatan yang me*ujudkan gas nyata pada volume dan temperatur yang sama

melakukan tekanan tereduksi yang sama disebut asas keadaan yang bersesuaian.

Persamaan keadaan lain

/4


19/25

o "ersamaan virial adalah bersiat enomenologikal dimana konstantanya tertentu

untuk suatu gas dan harus ditentukan secara eksperimen.

o eberapa persamaan keadaan untuk gas nyata antara lain adalah!

a( erthelot %/474(Febih baik dari pada persamaan Van 2er 3alls pada tekanan yang tidak lebih dari

/ atm

" < n8a %V = n( # n$T

TV8

+, merupakan suatu konstanta

b( 2ieterichi %/477(

p # $te =aA$TVm

Vm

c( eattie-ridgeman

p # %/ - γ ) $T %Vm < β) − α

Vm8

α = a? / < a

Vm

β = b? / < b

Vm

γ = ?

VmT5

d( Virial %@ammrlingh )nnes(

pVm # $T / < < < . . .

Vm Vm

/7


20/25

#$+ 1ugasitas Gas Nyata

1ugasitas

"otensial kimia gas ideal adalah ungsi dari tekanan gas, sedangkan untuk gas n&ata,

diberikan dengan hubungan !

µ = µ0 + $ T ln # %c./(

Fim # / %c.8(

p ? p

yaitu apabila tekanan mendekati nol, ugasitas mendekati tekanan. 2engan kata lain

untuk gas ideal, tekanan dan ugasitas adalah sama, dan secara isika ugasitas adalah ukuran

dari tekanan gas nyata.

µ0 adalah potensial kimia standar, yaitu potensial kimia bila ugasitas adalah satu.

etergantungan 1ugasitas pada Tekanan

"erubahan ugasitas dengan berubahnya tekanan diberikan oleh !

Fn # 2 = # ' # p8 V d p %c.5(

p/

2engan mengetahui harga ugasitas pada satu tekanan, harga pada tekanan lain dapat

diperoleh baik dengan mengevaluasi integral secara graik atau secara analitis.

etergantungan 1ugasitas pada Temperatur

"erubahan ugasitas dengan berubahnya temperatur diberikan oleh !

∂ ln # # HO - H

∂T 8 $ T8

2imana HO adalah entalpi molar parsial dari zat dalam keadaan +O yaitu pada

tekanan nol. Maka perbedaan %HO - H( adalah perubahan entalpi molar bila zat diba*a

dari keadaan + menuju keadaan dengan tekanan nol. @adang-kadang disebut juga Ppanas

8?


21/25

penguapan molar ideaQ untuk keadaan yang diketahui. 1ika keadaan yang diketahui

adalah gasa juga, maka disebut "anas 1oule Thompson.

Per:itungan 1ugasitas dari Gas Nyata

0ugasitas gas nyata dapat dievaluasi baik secara graik maupun secara analitis !

/. 2engan Metode Graik

i. Menggunakan ungsi α ! 0ugasitsa setiap gas nyata pada tekanan p diberikan

sebagai !

Fn # ln p < / " αdp %c.> a(

$ T ?

2imana α # % - $ T < V (, p adalah tekanan gas nyata, V adalah volume / mol gas

"

gas nyata dan α adalah perbedaan volume molar gas ideal dan gas nyata.

9ntegral dapat dievaluasi secara graik, yaitu daerah diba*ah kurva yang

merupakan plot α terhadap p.

ii. erdasarkan 0aktor @ompresibilitas ! persamaan %c.>( dapat ditulis sebagai !

Fn # ln p - p / = C dp %c.> b(

? p

9ntegral dapat dievaluasi secara graik dengan memplot %/ = C( A p terhadap p dan

dengan mengukur daerah ba*ah kurva. Dntuk gas-gas di ba*ah temperatur, %/ = C(

adalah positi pada temperatur sedang, sehingga ugasitas akan lebih kecil dari

tekanan. Dntuk gas-gas diatas temperatu, ugasitas akanlebih besar dari tekanan.

8. Metode +nalitis

"erilaku gas nyata dapat dinyatakan oleh persamaan keadaan yang berbeda.

2engan menggunakan persamaan keadaan utama, integral diatas dapat dievaluasi,

sehingga ugasitas dapat dihitung.

8/


22/25

9A9 III

PEN5T5P

&$* esimpulan

Gas yang mengikuti hukum oyle dan hukum harles, yakni hukum gas ideal,

disebut gas ideal. amun, didapatkan, bah*a gas yang kita jumpai, yakni gas nyata,

tidak secara ketat mengikuti hukum gas ideal. &emakin rendah tekanan gas pada

temperatur tetap, semakin kecil deviasinya dari perilaku ideal. &emakin tinggi tekanan

gas, atau dengan dengan kata lain, semakin kecil jarak intermolekulnya, semakin besar

deviasinya.

Gas nyata memiliki siat !

Volume molekul gas nyata tidak dapat diabaikan

Terdapat gaya tarik menarik antara molekul-molekul gas terutama jika tekanan

diperbesar atau volum diperkecil

+danya 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.

Memenuhi persamaan

%" < a ( %V = b ( # $ T %a.> a(

88


23/25

V8

+tau

" # $ T a %a.> b(%V = b( V8

2imana !

" # Tekanan absolut gas %atm(

V # Volume spesiik gas %liter(

$ # @onstanta gas %?,?48 F.atmAmol atau 4,5/>1A@mol(

T # &uhu Atemperatur absolut gas %@(

n # 1umlah mol gas

a,b # @onstanta Van der 3aals

0isika*an elanda 1ohannes 2iderik van der 3aals %/456-/785( mengusulkan

persamaan keadaan gas nyata, yang dinyatakan sebagai persamaan keadaan van der

3aals ataupersamaan van der 3aals. 9a memodiikasi persamaan gas ideal %persamaaan

:.'( dengan cara sebagai berikut! dengan menambahkan koreksi pada " untuk

mengkompensasi interaksi antarmolekul; mengurangi dari suku V yang menjelaskan

volume real molekul gas. &ehingga didapat!

%" < a ( %V = b ( # $ T %a.> a(

V8

+tau

" # $ T a %a.> b(%V = b( V8

Pernyataan kuantitati% atas besarnya penyimpangan terhadap keidealan, disebut

%aktor kompresibilitas - 'berbeda dengan koe%isien kompresibilitas $( dengan - adalahresiko antar volume molar suatu gas yang diamati atau gas real 'V(, dengan volume

molar gas ideal 'V id(. adi !

C # V %b./(

Vid

@arena Vid # $TAp maka !

C # p V atau C # p V %b.8(

$ T $ T

85


24/25

"ersamaan virial adalah bersiat enomenologikal dimana konstantanya tertentu

untuk suatu gas dan harus ditentukan secara eksperimen. "ada volume besar dan

temperatur tinggi, isoterm gas nyata dan isoterm gas sempurna tidak jauh berbeda.

"erbedaan kecil ini menunjukkan bah*a hukum gas sempurna berlaku pada tekanan

rendah dan pada kenyataannya merupakan suku pertama dalam pernyataan yang

berbentuk.

pVm # $T %/ < ’ p < ’ p . . .(

2alam banyak penerapan, deret yang lebih cocok adalah

pVm # $T / < < < . . .

Vm Vm

+sas @eadaan yang bersesuaian merupakan &ebagai skala relati untuk

membandingkan siat beberapa obyek

Tekanan Tereduksi ! pr # p

pc

Volume Tereduksi ! Vr # Vm

Vc

Temperatur Tereduksi ! Tr # T

Tc

0ugasitas gas nyata dapat dievaluasi baik secara graik maupun secara analitis!

2engan Metode Graik

iii. Menggunakan ungsi α ! 0ugasitsa setiap gas nyata pada tekanan p diberikan

sebagai !

Fn # ln p < / " αdp %c.> a(

$ T ?

2imana α # % - $ T < V (, p adalah tekanan gas nyata, V adalah volume / mol gas

"

gas nyata dan α adalah perbedaan volume molar gas ideal dan gas nyata.

8>


25/25

9ntegral dapat dievaluasi secara graik, yaitu daerah diba*ah kurva yang

merupakan plot α terhadap p.

iv. erdasarkan 0aktor @ompresibilitas ! persamaan %c.>( dapat ditulis sebagai !

Fn # ln p - p

/ = C dp %c.> b( ? p

Termo_Gas Nyata 2

Documents

Transcript of Termo_Gas Nyata 2