MAKALAH
THERMODINAMIKA
GAS IDEAL
DISUSUN
OLEH
KELOMPOK 6:
v Desi Aprina :
1111090021
v Febtia Fera mulyani :
1111090001
v Okky Arrifan rasyid :
1111090040
v Tri Utami Radhiyah :
1111090048
Dosen pembimbing:
Sartiman S.Pd
FAKULTAS
TARBIYAH
INSTITUT AGAMA
ISLAM NEGERI (IAIN)
RADEN INTAN
LAMPUNG
2012-2013
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..
Bandar Lampung, Oktober 2012
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)…………………………..
2.3 Energi dalam Gas Ideal………………………………………………
2.4 Proses Adiabatik……………………………………………………..
BAB III PENUTUP
3.1 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 gas 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 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
Pada
Gas Ideal
PV =
nRT atau PV = 
RT atau PV =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)
k
= ketetapan Boltzman (1,38 x 10²³J/K)
No =
bilangan Avogadro (6,02 x 10²³partikel/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:
V: volume gas (m3),
T: temperatur
gas (K), dan
k: konstanta.
Hukum ini pertama kali dipublikasikan oleh Joseph Louis Gay-Lussac pada tahun 1802, namun dalam publikasi tersebut Gay-Lussac mengutip
karya Jacques
Charles dari sekitar
·
Hukum
Gay – Lussac : “Ketika volume gas dipertahankan tetap maka
tekanan gas sebanding dengan suhu mutlaknya”.
P ∞ T
=konstan 
·
Hukum Boyle Gas-Lussac
Hukum Boyle Gay – Lussac merupakan
hasil eksperimen dalam ruang tertutup (jumlah total
Hukum Boyle, hukum
Charles, dan hukum Gay-Lussac
merupakan hukum gas gabungan. Ketiga hukum gas tersebut bersama dengan hukum Avogadro dapat
digeneralisasikan oleh hukum gas ideal.
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 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 – 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:
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 (L2
atm mol-2)
|
b (10-2 L mol-1)
|
|
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):
Untuk
memperoleh hubungan antara P dan V dalam bentuk kurva pada persamaan van der
Waals terlebih dahulu persamaan ini diubah menjadi persamaan derajat tiga
(persamaan kubik) dengan menyamakan penyebut pada ruas kanan dan kalikan dengan
V2 (V - nb), kemudian
kedua ruas dibagi dengan P, maka diperoleh:
|
·
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 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 Tc = 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, dan c dapat dilihat dalam 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 gas ideal. Semakin rendah tekanan gas 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 dkarenakan 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
Maka
dari itu, perbedaan persamaan pada gas ideal dengan gas nyata dinyatakan dalam faktor daya mampat atau faktor
kompresibilitas (Z) yang mana menghasilkan persamaan untuk gas nyata yaitu:
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. Energi dalam (U) dituliskan dalam
persamaan:
U = 
NkT atau U = NEk
NkT atau U = NEk
Dengan energi kinetik tiap partikel Ek.
Ø Untuk gas
monoatomik
U = 
NkT atau U = Nrt
NkT atau U = Nrt
Ø Untuk gas
diatomik pada suhu rendah (±300ºK)
U = NkT atau U = nRT
NkT atau U = nRT
Ø Untuk gas
diatomik pada suhu sedang (±500ºK)
U = 
NkT atau U = nRT
NkT atau U = nRT
Ø Untuk gas
diatomik pada suhu tinggi (±1000ºK)
U = 
NkT atau U = nRT
NkT atau U = nRT
Besaran
U sendiri tidak dapat diukur langsung dalam experimen, tetapi turunannya yaitu
kapasitas panas gas pada volume tetap Cѵ dapat diukur secara experimen:
Cѵ = 
ѵ
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 quasistatik
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 pVg= konstan (buktikan),
piVgi = pfVgf
p i
f
V
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 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
Persamaan
keadaan gas (nyata dan ideal)
1.
Pada gas ideal
PV = nRT
2.
Pada gas nyata
Dinyatakan dalam faktor daya mampat atau faktor kompresibilitas (Z)
yang mana menghasilkan persamaan untuk gas nyata yaitu:
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 = NkT atau U = NEk
NkT atau U = NEk
Proses
Adiabatik quasistatik
DAFTAR PUSTAKA
http://id.wikipedia.org/wiki/Hukum_Charles
Maron, Samuel H dan Jerome B.
Lando. Fundamentals of Physical Chemistry. London: Collier Macmillan
Publisher
Nurachmandani,setya.
2007. Fisika 2. Surakarta: Grahadi
Tim
Fisika Dasar. Mekanika dan Termodinamika
