Gas Nyata (Gas Tak Ideal)

MAKALAH KIMIA FISIK

GAS NYATA

Oleh :

Kelompok 2

Reza Widi Syamta                 : F0B010013

Seprina Napitupulu                : F0A010006

Miftah Rahmat Kodri            : F0A0

PROGRAM DIII ANALISIS KIMIA DAN KIMIA INDUSTRI

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

UNIVERSITAS JAMBI

2010/2011

DAFTAR ISI

DAFTAR PUSTAKA..........................................................................................1

KATA PENGANTAR..........................................................................................2

        BAB I

        PENDAHULUAN

         LATAR BELAKANG.........................................................................................3

         RUMUSAN MASALAH.....................................................................................3

       

        TUJUAN PEMBAHASAN MASALAH................................................................4

        BAB II

        PEMBAHASAN

I.                    GAS NYATA...........................................................................................5

a.       Persamaan keadaan van der Waals....................................................5

b.      Temperatur dan tekanan kritis...........................................................7

c.       Pencairan gas.....................................................................................8

d.      Beberapa model persamaan gas nyata...............................................9

e.       Gaya van der Waals...........................................................................12

        BAB III

        PENUTUP

        KESIMPULAN ...........................................................................................................16

KATA PENGANTAR

Assalamualaikum wr.wb

Puji dan syukur kita panjatkan kehadirat ALLAH swt, yang mana atas berkat dan rahmat-Nya kami dapat menyelesaikan tugas makalah yang berjudul “Gas Nyata” ini tepat pada waktunya.

Dan kami semua mengucapkan terima kasih banyak kepada dosen pengampu mata kuliah kimia fisik yaitu ibu Dra.Wilda Syahri yang telah mempercayakan judul makalah ini kepada kami. Adapun jika ada didalam pembuatan makalah ini terjadi kesalahan baik didalam penulisan maupun penjelasan, kami dari pihak pembuat meminta maaf yang sebesar-besarnya.

Makalah ini dibuat bertujuan untuk bahan referensi dan tambahan ilmu bagi yang membacanya, juga sebagai wacana untuk menambah wawasan ilmu pengetahuan bagi kita semua.

Sekali lagi apabila ada kekurangan kami mohon maaf, kami akhiri dengan ucapan

Wa’salaikum salam wr.wb

Jambi, 13  maret 2011

Penulis, 

BAB I

PENDAHULUAN

LATAR BELAKANG

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

Dalam makalah ini akan di bahas beberapa tentang gas nyata serta perbedaan gas nyata dengan gas ideal serta beberapa model persamaan gas nyata.

RUMUSAN MASALAH

Beberapa yang menjadi topik sentral permasalahan dalam makalah ini yang akan dibahas adalah:

1.2.1 Apakah gas nyata itu?

1.2.2 Adakah perbedaan gas nyata dengan gas ideal?

1.2.3 Bagaimana bunyi hukum gas nyata?

1.2.4 Seperti apa bentuk-bentuk gas nyata?

1.2.5 apa Gaya van der Waals itu?

TUJUAN PEMBAHASAN MASALAH

Setiap kegiatan yang dilakukan scara sistematis pasti mempunyai tujuan yang diharapkan, begitu pula makalah ini. Tujuan pembahasan makalah ini adalah:

1.3.1 Mengetahui apakah gas nyata itu

1.3.2 Mengetahui bunyi gas nyata itu

1.3.3 Mengetahui peranan gas nyata dalam kehidupan

1.3.4 Mengetahui model persamaan dari gas nyata

1.3.5 mengetahui gaya van der waals

BAB II

PEMBAHASAN

Gas Nyata

a. Persamaan keadaan van der Waals

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 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 (persamaaan 6.5)

a dan b adalah nilai yang ditentukan secara eksperimen untuk setiap gas dan disebut dengan tetapan van der Waals (Tabel 6.1). 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 6.1 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

Latihan 6.4 Gas ideal dan gas nyata

Suatu sampel 10,0 mol karbon dioksida dimasukkan dalam wadah 20 dm³ dan diuapkan pada temperatur 47 °C. Hitung tekanan karbon dioksida (a) sebagai gas ideal dan (b) sebagai gas nyata. Nilai hasil percobaan adalah 82 atm. Bandingkan dengan nilai yang Anda dapat.

Jawab: Tekanan menurut anggapan gas ideal dan gas nyata adalah sbb:

P = nRT/V = [10,0 (mol) 0,082(dm³ atm mol^-1 K^-1) 320(K)]/(2,0 dm³) = 131 atm

Nilai yang didapatkan dengan menggunakan persamaan 6.11 adalah 82 atm yang identik dengan hasil percobaan.

Hasil ini nampaknya menunjukkan bahwa gas polar semacam karbon dioksida tidak akan berperilaku ideal pada tekanan tinggi.

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

b. Temperatur dan tekanan kritis

Karena uap air mudah mengembun menjadi air, telah lama diharapkan bahwa semua gas dapat dicairkan bila didinginkan dan tekanan diberikan. Namun, ternyata bahwa 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 wujud materi pada temperatur dan tekanan kritis disebut dengan keadaan kritis.

Temperatur kritis ditentukan oleh atraksi intermolekul antar molekul-molekul gas. Akibatnya temperatur kritis gas nonpolar biasanya rendah. Di atas nilai temperatur kritis, energi kinetik molekul gas jauh lebih besar dari atraksi intermolekular dan dengan demikian pencairan dapat terjadi.

Tabel 6.2 Temperatur dan tekanan kritis beberapa gas yang umum dijumpai.

Gas	Temperatur kritis (K)	Tekanan kritis (K)	Gas	Temperatur kritis (K)	Tekanan kritis (atm)
H2O	647,2	217,7	N2	126,1	33,5
HCl	224,4	81,6	NH3	405,6	111,5
O2	153,4	49,7	H2	33,3	12,8
Cl2	417	76,1	He	5,3	2,26

c. Pencairan gas

Di antara nilai-nilai koreksi tekanan dalam tetapan van der Waals, H₂O, amonia dan karbon dioksida memiliki nilai yang sangat besar, sementara oksigen dan nitrogen dan gas lain memiliki nilai pertengahan. Nilai untuk helium sangat rendah.

Telah dikenali bahwa pencairan nitrogen dan oksigen sangat sukar. Di abad 19, ditemukan bahwa gas-gas yang baru ditemukan semacam amonia dicairkan dengan cukup mudah. Penemuan ini merangsang orang untuk berusaha mencairkan gas lain. Pencairan oksigen atau nitrogen dengan pendinginan pada tekanan tidak berhasil dilakukan. Gas semacam ini dianggap sebagai “gas permanen” yang tidak pernah dapat dicairkan.

Baru kemudian ditemukan adanya tekanan dan temperatur kritis. Hal ini berarti bahwa seharusnya tidak ada gas permanen. Beberapa gas mudah dicairkan sementara yang lain tidak. Dalam proses pencairan gas dalam skala industro, digunakan efek Joule-Thomson. Bila suatu gas dimasukkan dalam wadah yang terisolasi dengan cepat diberi tekan dengan menekan piston, energi kinetik piston yang bergerak akan meningkatkan energi kinetik molekul gas, menaikkan temperaturnya (karena prosesnya adiabatik, tidak ada energi kinetik yang dipindahkan ke dinding, dsb). Proses ini disebut dengan kompresi adiabatik. Bila gas kemudian dikembangkan dengan cepat melalui lubang kecil, temperatur gas akan menurun. Proses ini adalah pengembangan adiabatik. Dimungkinkan untuk mendinginkan gas dengan secara bergantian melakukan pengembangan dan penekanan adiabatik cepat sampai pencairan.

Dalam laboratorium, es, atau campuran es dan garam, campuran es kring (padatan CO₂) dan aseton biasa digunakan sebagai pendingin. Bila temperatur yang lebih rendah diinginkan, nitrogen cair lebih cocok karena lebih stabil dan relatif murah.

d. Beberapa model persamaan gas nyata

van der Waals model

Real gas sering dimodelkan dengan memperhatikan berat molar dan volume molar

Dimana P adalah tekanan, T adalah suhu, gas ideal R konstan, dan _m V volume molar. a dan b adalah parameter yang ditentukan secara empiris untuk masing-masing gas, tapi kadang-kadang diperkirakan dari mereka temperatur kritis (T _c) dan tekanan kritis (P _c) menggunakan hubungan:

Kwong model Redlich

The -Kwong Persamaan Redlich lain-parameter persamaan dua yang digunakan untuk model gas nyata.Hampir selalu lebih akurat daripada van der Waals persamaan , dan sering kali lebih akurat daripada beberapa persamaan dengan lebih dari dua parameter. Persamaan ini

dimana a dan b dua parameter empiris yang tidak parameter yang sama seperti dalam persamaan van der Waals.

Berthelot dan dimodifikasi model Berthelot

Persamaan Berthelot sangat jarang digunakan,

tapi versi dimodifikasi agak lebih akurat

model Dieterici

Ini adalah model baik jika kita mempertimbangkan tergantung pada suhu.

model Clausius

Persamaan Clausius adalah persamaan tiga-parameter yang sangat sederhana yang digunakan untuk gas model.

dimana :

Virial Model

The Virial persamaan berasal dari perlakuan perturbatif mekanika statistik.

atau alternatif

dimana A, B, C, ', B' A, dan C 'adalah konstanta tergantung suhu.

Peng-Robinson Model

Persamaan kedua parameter memiliki properti menarik yang berguna dalam pemodelan beberapa cairan serta gas nyata.

Wohl Model

Persamaan Wohl tersebut diformulasikan dalam bentuk nilai-nilai kritis, sehingga berguna saat konstanta gas nyata tidak tersedia.

mana

Beattie-Bridgeman

Persamaan Surri-Alipin

dimana d adalah kepadatan molal dan a, b, c, A, dan B adalah parameter empiris.

Benedict-Webb-Rubin Model

Persamaan BWR, kadang-kadang disebut sebagai persamaan BWRS

Dimana d adalah kepadatan molal dan di mana a, b, c, A, B, C, α, dan γ adalah konstanta empiris.

 

e.    Gaya van der Waals

Gaya van der Waals dalam ilmu kimia merujuk pada jenis tertentu gaya antar molekul. Istilah ini pada awalnya merujuk pada semua jenis gaya antar molekul, dan hingga saat ini masih kadang digunakan dalam pengertian tersebut, tetapi saat ini lebih umum merujuk pada gaya-gaya yang timbul dari polarisasi molekul menjadi dipol.

Hal ini mencakup gaya yang timbul dari dipol tetap (gaya Keesom), dipol rotasi atau bebas (gaya Debye) serta pergeseran distribusi awan elektron (gaya London).

Gaya van der waals : gaya tarik di antara atom atau molekul, gaya ini jauh lebih lemah dibandingkan gaya yang timbul karena ikatan valensi dan besarnya ialah 10^-7 kali jarak antara atom-atom atau molekul-molekul. Gaya ini menyebabkan sifat tak ideal pada gas dan menimbulkan energi kisi pada kristal molekular.

Ada tiga hal yang menyebabkan gaya ini :

1. Interaksi dwikutub-dwikutub, yaitu tarikan elektrostatistik di antara dua molekul dengan moment dwikutub permanen.
2. Interaksi dwikutub imbasan, artinya dwikutub timbul karena adanya polarisasi oleh molekul tetangga.
3. Gaya dispersi yang timbul karena dwikutub kecil dan bersifat sekejap dalam atom.

Asal mula gaya dispersi van der Waals

Dipol-dipol yang berubah-ubah sementara

Dayatarik yang ada di alam bersifat elektrik. Pada molekul yang simetris seperti hidrogen, bagaimanapun, tidak terlihat mengalami distorsi secara elektrik untuk menghasilkan bagian positif atau bagian negatif. Akan tetapi hanya dalam bentuk rata-rata.

Diagram dalam bentuk lonjong (the lozenge-shaped) menggambarkan molekul kecil yang simetris - H2, boleh jadi, atau Br₂. Tanda arsir menunjukkan tidak adanya distorsi secara elektrik.

Akan tetapi elektron terus bergerak, serta merta dan pada suatu waktu elektron tersebut mungkin akan ditemukan di bagian ujung molekul, membentuk ujung -. Pada ujung yang lain sementara akan kekurangan elaktron dan menjadi +.

---

Catatan: (dibaca “delta”) berarti “agak” (slightly) - karena itu + berarti “agak positif”.

---

Kondisi yang terakhir elektron dapat bergerak ke ujung yang lain, membalikkan polaritas molekul.

“Selubung lingkarang” yang konstan dari elektron pada molekul menyebabkan fluktuasi dipol yang cepat pada molekul yang paling simetris. Hal ini terjadi pada molekul monoatomik - molekul gas mulia, seperti helium, yang terdiri dari atom tunggal.

Jika kedua elektron helium berada pada salah satu sisi secara bersamaan, inti tidak terlindungi oleh elektron sebagaimana mestinya untuk saat itu.

Dipol-dipol sementara yang bagaimana yang membemberikan kenaikan dayaarik antarmolekul

Bayangkan sebuah molekul yang memiliki polaritas sementara yang didekati oleh salah satu yang terjadi menjadi termasuk non-polar hanya saat itu saja. (kejadian yang tidak disukai, tetapi hal ini menjadikan diagram lebih mudah digambarkan! Pada kenyataannya, satu molekul lwbih menyukai memiliki polaritas yang lebih besar dibandingkan yang lain pada saat seperti itu - dan karena itu akan menjadi yang paling dominan).

Seperti molekul yang ditemukan pada bagian kanan, elektronnya akan cenderung untuk ditarik oleh ujung yang agak positif pada bagian sebelah kiri.

Hal ini menghasilkan dipol terinduksi pada penerimaan molekul, yang berorientasi pada satu cara yang mana ujung + ditarik ke arah ujung - yang lain.

Pada kondisi yang terakhir elektron pada bagian kiri molekul dapat bergerak ke ujung yg lain. Pada saat terjadi hal ini, meraka akan menolak elektron pada bagian kanan yang satunya.

Polaritas kedua molekul adalah berkebalikan, tetapi kamu masih memiliki yang + tertarik -. Selama molekul saling menutup satu sama lain polaritas akan terus berfluktuasi pada kondisi yang selaras karena itu dayatarik akan selalu terpelihara.

Tidak ada alasan kenapa hal ini dibatasi pada dua molekul. Selama molekul saling mendekat pergerakan elektron yang selaras dapat terjadi pada molekul yang berjumlah sangat banyak.

Diagram ini menunjukkan bagaimana cacat secara keseluruhan dari molekul yang berikatan secara bersamaan pada suatu padatan dengan menggunakan gaya van der Waals. Pada kondisi yang terakhir, tentunya, kamu akan menggambarkan susunan yang sedikit berbeda selama meraka terus berubah - tetapi tetap selaras.

BAB III

PENUTUP

KESIMPULAN

   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.

   [P + (n²a/V²)] (V – nb) = nRT

   Gas nyata (real gas) bersifat menyimpang dari gas ideal.

     tidak ada gas permanen, beberapa gas mudah dicairkan sementara yang lain tidak.

     Ada tiga hal yang menyebabkan gaya van der Waals ini :

1.    Interaksi dwikutub-dwikutub, yaitu tarikan elektrostatistik di antara dua molekul dengan moment dwikutub permanen.

2.    Interaksi dwikutub imbasan, artinya dwikutub timbul karena adanya polarisasi oleh molekul tetangga.

3.    Gaya dispersi yang timbul karena dwikutub kecil dan bersifat sekejap dalam atom.