Dr. Rien H J. Usman Dra. Suliestyah, Msi

www.pondokbelajar.com www.kimfis-oke.blogspot.com

FAKULTAS TEKNOLOGI KEBUMIAN DAN ENERGI

UNIVERSITAS TRISAKTI JAKARTA

Klasifikasi Zat : - GAS - CAIR - PADAT

KineticeEnergy-Gas.exe

KineticeEnergy-Liquid.exe

KineticeEnergy-Solid.exe 1HeatingCurve.exe 1EnergyChange_and_Phases.gif

- Sifat gas - Kecenderungan berdifusi mengisi ruang yang tersedia. - Bentuknya ditentukan bentuk wadahnya. - Dapat dimampatkan. - Sifat fisik gas tidak atau sedikit sekali tergantung pada sifat kimianya, tetapi tergantung pada: - Volume (V) - Tekanan (P) - Suhu (T) - Jml mol gas (n) Tekanan (P) : gaya per satuan luas Satuan Pengukuran Tekanan: - SI : Pascal (Pa) = N m-2 - Klasik : atmosfer (atm)

1 atm standar = tekanan dari kolom air raksa yang tingginya 760 mm pada suhu 0oC pada permukaan air 1 torr = 1 mmHg 1 atm = 760 mmg = 760 torr = 101000 Pa = 101kPa2AtmosphericPressure.exe

Contoh soal: Bila air dipakai sebagai pengisi barometer, hitunglah panjang air dalam barometer bila tekanan udara 1 atm. Jawab: Bila air dipakai sebagai pengisi barometer: 1,00 mmHg = 13,60 mm H2O 1 atm = 760 mmHg panjang air dalam kolom barometer = 760 x 13,60 = 10336 mm H2O

Hukum Hukum Gas 1. Hukum Boyle Pada suhu tetap, volume dari sejumlah tertentu gas berbanding terbalik dengan tekanan V I/P atau PV = tetap

2. Hukum Charles Pada tekanan tetap, volume dari sejumlah tertentu gas berbanding lurus dengan suhu absolutnya.

V T

atau

V / T = tetap

3. Hukum Gay Lussac Jika volume dari sejumlah gas tetap (misalnya dalam suatu bejana yang tertutup) maka tekanan gas berbanding langsung dengan suhu absolut. P T atau P/T = tetap

4. Hukum Gabungan Gas Boyle Charles Gay Lussac PV ------T = tetap

5. Hukum Tekanan Bagian Dalton Bila dua atau lebih gas tidak saling bereaksi dimasukkan ke dalam satu tempat tertutup, maka tekanan dari campuran gas yang ada dalam tempat itu adalah sama dengan jumlah tekanan bagian dari masing2 gas dalam campuran. PT = PA + PB + PC + .. 6. Hukum Volume Gabungan Gay Lussac Jika reaksi terjadi dalam keadaan gas, maka pada suhu dan tekanan tetap, volume gas yang bereaksi dan gas gas yang terjadi berbanding sebagai bilangan yang mudah dan bulat. 2 H2 (g) + O2 (g) 2 H2O (g) 2 vol 1 vol 2 vol

7. Hukum AvogadroPada suhu dan tekanan tetap, gas yang volumenya sama mengandung jumlah molekul yang sama. V n dimana n = jumlah mol gas

8. Hukum Gas IdealHukum Boyle :V I/P Hukum Charles : V T Hukum Avogadro : V n V nT / P V = nRT / PR = tetapan gas universal n = jumlah mol gas

PV=nRT

Difusi dan EfusiDifusi Kecenderungan gas mengisi ruangan yang tersedia Efusi Peristiwa gas mengalir melalui bukaan kecil (lubang halus) 9. Hukum Efusi Graham Pada suhu dan tekanan yang sama laju effusi suatu gas adalah: Laju efusid = rapatan /density.

1/d

Bila dua jenis gas dibandingkan laju efusinya: laju efusi A = dB laju efusi B dA Menurut persamaan gas ideal : PV = nRT PV = (g / M ) RT M = (g/v) (RT/P) M d laju efusi A = laju efusi B dB dA = MB MA

Teori Kinetika Molekul Gas menerangkan hukum-hukum diatas. Teori Kinetika Molekuler menganggap gas terdiri dari molekul2 yang selalu bergerak lurus gerak Brown 5 Postulat dasar: 1. Gas itu terdiri dari molekul2 kecil yang volumenya dapat diabaikan dan terpisah satu sama lain oleh jarak yang besar gas terdiri dari sebagian ruang kosong gas dapat dimampatkan ruang kosongnya diperkecil 2. Antara molekul2 gas tidak ada daya tarik menarik molekul2 gas bergerak bebas. dalam keadaan paling rapatpun gas masih mengisi seluruh ruang yang ada. Hukum Dalton

3.

Molekul gas selalu dalam keadaan bergerak dalam lintasan yang berupa garis lurus, yang hanya dapat dipatahkan kalau bertabrakan dengan dinding bejana. Tabrakan ini adalah elastis, dimana energi kinetika gas (keseluruhan) tidak berubah karena tidak ada gaya antar molekul, maka lintasan molekul berupa garis lurus. Tekanan gas adalah disebabkan oleh tabrakan molekul gas ke dinding bejana tekanan adalah gaya persatuan luas. Pada waktu molekul menabrak dinding, molekul memberi tekanan pada dinding. Besarnya tekanan ini bergantung pada keras dan jumlah tabrakan yang terjadi. Jika gas dimampatkan, maka lebih banyak molekul yang menabrak dinding, sehingga tekanan bertambah. Hukum Boyle dan Hukum Gay Lussac

4.

5. Setiap molekul gas mempunyai energi kinetik. Tetapi jumlah energi kinetik semua molekul berbanding lurus dengan suhu absolut gas Hukum Gay Lussac, Hukum Charles dan dan Hukum Graham

Gas NyataGas 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 volume ideal sebetulnya lebih kecil dari volume real. Menurut Van Der Waals, koreksi volume tergantung dari n (junlah mol gas)

b = tetapan koreksi volume

V ideal = V real - nbPada tekanan tinggi rapatan gas tinggi molekul2 sangat berdekatan gaya antar molekul harus diperhitungkan karena ada gaya tarik menarik tekanan yang sebenarnya lebih rendah dari tekanan ideal.

o o

o o o

Koreksi tekanan berbanding lurus dengan = ( n / V)2

P ideal = P real + (n2 a) / V2

Pengurangan tekanan karena kerapatan gas adalah: 1. Berbanding lurus dengan jml tabrakan dgn dinding atau dengan konsentrasi gas (n /V) 2. Berbanding lurus dengan gaya tabrakan berbanding lurus dengan konsentrasi gas n V

Persamaan gas ideal : PV = nRT , menjadi: ( P + (n2 a) / V2 ) (V nb) = nRT

Soal 2: Hitunglah volume gas pada keadaan standar (STP). Bila diketahui suatu gas pada volume 255 ml pada 25oC mempunyai tekanan 650 torr. P1V1 P2V2 T2 P1 ------- = ------V2 = V1 x ---- x ---T1 T2 T1 P2 oK VI = 255 ml , P1 = 650 torr, T = 298 V2 = ? , P2 = 760 torr, T = 273 oK V2 = 255 x (650/760) x (273/298) = 129,80 ml Soal 3: Gas mana yang akan berefusi lebih cepat, NH3 atau CO2? Berapa kali lebih cepat? Mr NH3 = 17, Mr CO2 = 44 NH3 akan berefusi lebih cepat dari pada CO2. laju efusi NH3 = d CO2 = M CO2 = 44 = 1, 6 laju efusi CO2 d NH3 M NH3 17 Laju efusi NH3 1,6 kali lebih cepat dari laju efusi CO2

Soal 4: Mahasiswa mengumpulkan suatu gas alam dalam bejana pada 25oC dalam volume 250 ml sampai tekanan gas 550 torr. Contoh gas ditimbang, ternyata beratnya 0,118 g. Hitunglah berat molekul dan rumus molekul gas alam tsb. Diketahui rumus empiris gas alam = (CH4)x Rumus gas ideal = PV = nRT n = PV/RT P = 550 torr = 550/760 = 0,724 atm ; V = 250 ml = 0,250 l ; T = 25 : 273 = 298 oK n = PV/RT = (0,724 x 0,250) / 0,0821 x 298 = 0,0074 mol n = g / BM BM = g / n Berat Molekul = 0,118 / 0,0074 = 15,945 gram /mol Rumus empiris gas alam (CH4)x (16)x = 15,945 x =1 Rumus Molekul gas alam = CH4

Soal 5: Pada percobaan pembuatan oksigen, gas yang terjadi ditampung. Pada suhu percobaan, gas dikumpulkan sehingga permukaan air di dalam dan diluar ggelas sama tingginya. Bila volume gas 245 ml dan tekanan atmosfer 758 torr, dan tekanan uap air pada suhu 25oC = 23,8 torr, maka hitunglah tekanan dari O2 yang dihasilkan dan volume gas O2 kering pada STP. PT = PO2 + PH2O PO2 = PT + PH2O PO2 = 758 - 23,8 = 734,2 torr P1V1 P2V2 T2 P1 ------- = ------V2 = V1 x ---- x ---T1 T2 T1 P2 VI = 245 ml , P1 = 734.2 torr, T = 298 oK T = 273 oK V2 = ? , P2 = 760 torr, V2 = 245 x (273/298) x (734,2/760) = 216,83 ml

Soal 6: Mahasiswa mengukur density suatu gas sama dengan 1,34 g/l pada 25oC dan 760 torr. Gas tersebut terdiri dari 79,8% C dan 20,2% H. Hitunglah Rumus empiris, Massa Molekul dan Rumus Molekulnya. Misalkan berat gas = 100 g, berarti mengandung C = 79,8 g = 79,8/12 = 6,65 mol C H = 20,2 g = 20,2/1,01 = 20,0 mol H C : H = 6,66 ; 20,0 = 1 : 3 Rumus Empiris = (CH3)x Density gas = 1,34 g/l, berarti berat I liter gas = 1,34 gram n = PV/RT = (1 x 1) / 0,821 x 298 = 0,0409 mol berat 1 mol gas = 1,34/0,0409 = 32,8 g Massa Molekul gas = 32,8 (CH3)x = 32,8 (15) x = 32,8 x =2 Rumus Molekul = C2H6

Soal 7: Diketahui bahwa 3,50 mol NH3 menempati 5,20 liter pada suhu 47oC, hitunglah tekanan gas ini (dalam atm) menggunakan persamaan gas ideal dan persamaan gas nyata van der Waals.Diketahui a = 4,17 dan b = 0,0371 Gas ideal PV = nRT P = (nRT) / V V = 5,20 l ; T = (47 + 273)oK = 320 oK ; n = 3,50 mol ; R = 0,0821 L.atm / K.mol P = (3,50 x 0,0821 x 320) / 5,20 = 17,7 atm Gas nyata ( P + (n2 a) / V2 ) (V nb) = nRT n2 a) / V2 = (4,17 x (3,50)2 ) / (5,20) 2 = 1,89 atm nb = 3,50 x 0,0371 = 0,130 liter (P + 1,89) (5,20 0,130) = 3,50 x 0,0821 x 320 P = 16,2 atm

CAIRGaya tarik antar molekul cukup kuat dan membatasi gerakan molekul dalam volume tertentu tetapi tidak kuat untuk mengikat molekul pada tempat tertentu molekul masih bisa bergerak zat cair bisa mengalir, bentuk mengikuti wadahnya, volume tetap Kompresi dan ekspansi gaya tarik antar molekul pada zat cair mengikat molekul menjadi berdekatan satu sama lain. Karena molekul rapat satu sama lain, zat cair tidak dapat dimampatkan. Perubahan suhu hanya mengakibatkan perubahan volume sedikit. Difusi dua zat cair yang dicampurkan akan berdifusi satu sama lain, tetapi kecepatannya lambat. Difusi ini terjadi karena molekul2 zat cair selalu bergerak dan bertabrakan satu sama lain suhu menyebabkan pertambahan energi kinetika.

Volume dan Bentuk

Tegangan Permukaansetiap molekul zat cait cair selalu bergerak dipengaruhi oleh molekul disekitarnya. Molekul yang ada di dalam zat cair mengalami daya tarik menarik dari segala arah. Yang pada permukaan hanya dipengaruhi oleh molekul samping dan dibawahnya cenderung tertarik kedalam keadaan paling stabil terjadi bila jumlah molekul dipermukaan mengalami tidak seimbang ini minimum yaitu kondisi dimana luas permukaan zat cair minimum. Untuk melawan gaya ke dalam ini diperlukan gaya lain Tegangan Permukaan merupakan fungsi dari suhu, bila suhu dinaikkan tegangan permukaan berkurang, karena peningkatan suhu menyebabkan pertambahan energi kinetika.

Tekanan Uap zat cair jika zat cair ditaruh di dalam suatu bejana tertutup, maka molekul-molekul yang energi kinetiknya tinggi akan melepaskan diri dari permukaan dan menjadi gas volume zat cair akan berkurang sebanyak molekul yang menguap. Molekul akan menambah jumlah molekul uap dalam bejana itu dan menambah tekanan pada permukaan zat cair. Molekul uap yang energinya rendah mengembun keseimbangan cair uap tekanan uap kesetimbangan Tekanan uap tergantung pada gaya antar molekul gaya antar molekul zat cair tinggi tekanan uap rendah, gaya antar molekul zat cair rendah tekanan uap tinggi. Bila suhu dinaikkan maka tekanan uap akan bertambah. Persamaan Clasius Clapeyron: Log (P1/P2) = ( Huap / 2,303 R ( (I/T1) (1/T2)

Titik Didih zat cair suhu dimana tekanan uapnya menyamai tekanan udara luar Titik didih standar / titik didih Normal suhu dimana tekanan uapnya menyamai tekanan uap standar (760 torr) Titik beku suhu kesetimbangan zat padat dan zat cair Kalor kristalisasi molar energi yang harus dikeluarkan untuk membekukan 1 mol zat cair Kalor peleburan molar energi yang diperlukan untuk melelehkan 1 mol zat padat menjadi zat cair Soal : Panas penguapan air 40,6 KJ / mol. Berapa energi yang dibutuhkan untuk mengubah 1 liter air menjadi uap air? Density air = 1,00 g/ml berat 1 liter air = 1 x 103 g Energi yang dibutuhkan menguapkan 1 x 103 g = (1 x 103 ) / 18 x 40,6 KJ = 2255,5556 KJ

Ciri- ciri zat Padat-

Bentuk dan volume tetap Tidak dapat dimampatkan Laju difusi rendah

Bentuk zat padat - Kristal: terjadi apabila zat padat terbentuk-

secara perlahan sehingga molekulnya sempat menyusun diri dalam struktur tertentu Amorf: (tanpa bentuk) terjadi bila pembentukan zat padat terjadi secara cepat, sehingga molekul2nya membeku pada keadaan kacau.

Ciri-ciri kristal-

Keteraturan Permukaan berbentuk bidang datar disebut muka dan bidang2 ini tersusun dalam sudut2 yang karakteristik, disebut sudut antar muka. Muka dan sudut antar muka ini terdapat pada kristal berapapun besarnya bila dipecahkan pecahannya mempunyai muka dan sudut antar muka yang sama. : susunan teratur dari molekul2 atau ion2 dari kristal. : susunan tiga dimensi dalam kristal.

Kisi kristal (lattice) Kisi ruang

Titik kisi (lattice point): titik2 tersusun rapi yang menggambarkan kisi Satuan sel unit cell) : kisi dapat dilihat sebagai satuan2 kecil yang terdiri dari beberapa titik yang tersusun serupa dan berulang.

Jenis KISI berdasarkan letak titik kisi dlm satuan sel1.Kisi sederhana (kisi primitif) semua titik kisi terletak pada sudut-sudut satuan sel 2.Kisi berpusat badan (body centered lattice) mempunyai titik kisi di tengah satuan sel disamping 8 titik pada satuan sel 3.Kisi berpusat muka mempunyai titik kisi ditengah muka 4.Kisi berpusat ujung (end centered lattice) mempunyai titik kisi ditengah 2 muka yang berhadapan disamping 8 titik kisi pada sudut sudut satuan sel

Jenis Kristal : 7 sistem dasar kristal1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Kubus Tetragonal Ortorombis Monoklin Triklin Rhombohidron Hexagonal

a = b = a = b a b a b a b a = b = a = b =

c c c c c c c

= = = = = =

= = 90o = = 90o = = 90o = 90o = 90o = = 90o = 90o = 120o

Klasifikasi berdasarkan macam partikel pada titik kisi dan sifat gaya tarik antar partikel:1. Kristal Molekul : Molekul ikatan van der Waals & hidrogen dipol lunak, titik leleh rendah es, dry es 2. Kristal Ion : ion pos+neg ikatan elektrostatis keras, getas, titik leleh tinggi, nonkonduktor bila leleh konduktor NaCl, CaCO3 3. Kristal kovalen : atom ikatan kovalen sangat keras, titik leleh tinggi intan, Wolfram Carbide 4. Kristal Logam : ion positif elektrostatis dgn larutan elektron bisa keras bisa lunak, titik leleh bisa rendah/tinggi, konduktor bagus Fe, Cu, Hg

Cacat KristalCacat Kisi penyimpangan dari susunan partikel sempurna Cacat Titik jika hanya ada beberapa atom saja yang penempatannya tidak sempurna. - Cacat Frenkel terjadi karena beberapa kation yang tidak pada tempatnya da;am kisi, tetapi justru menempati ruang antara. Terjadi bila ukuran kation dan anion sangat berbeda ukurannya AgCl, AgBr - Cacat Schotky terjadi bila ada tempat kation atau anion tidak diisi alkali, halida- Cacat non stoikiometri

-

terdapat pada senyawa sulfida sulfit besi (II) yang menunjukkan rumus Fe (1 x) S, dimana x tempat yang kosong. Untuk menjaga kenetralan kristal, sebagian dari besi terdapat ion Fe (III) . Biasa terjadi bila kation mempunyai beberapa bilangan oksidasi

Cacat ketakmurnian terjadi bila ada pengotoran dicampurkan dalam jumlah kecil pada kristal yang menggantikan ion zat padat dalam praktek penting kristal germanium (Ge) diberi pengotoran Galium (Ga). Ge mempunyai struktur intan, dimana ikatan kovalen pada setiap ion Ge. Jika 1 atom Ge (4s2 4p2) digantikan oleh Ga (4s2 4p1), maka akan terjadi kekurangan elektron pada ikatan. Bila diberi tegangan listrik elektron dari atom sebelahnya akan mengisi tempat yang kurang yang kemudian diisi oleh elektron lain dst arus kecil sifat semikonduktor - Ge dengan Gasemikonduktor type p menjadi bermuatan positif - Ge dengan As (4s2 4p3) semikonduktor type n menjadi bermuatan negatif Pemakaian semikonduktor dalam elektronik : solid state elektronik, transistor, solar battery

Perubahan Wujud Kurva Pemanasan & Kurva PendinginanKurva PemanasanKurva yang menunjukkan hubungan antara suhu dan panas yang diberikan.

Jika zat padat dipanaskan dengan laju pemanasan tetap, maka suhunya akan naik secara teratur pada garis disini semua energi digunakan untuk meningkatkan energi kinetik molekul zat padat. suhu naik Pada titik leleh jika dipanaskan suhu tidak naik dipakai menaikkan energi potensial mencair dst

mempunyai trend yang mirip namun terbalik yaitu pada penurunan suhu. Sublimasi : proses berpindahnya molekul dari zat padat ke gas

Kurva pendinginan

Tekanan uap kesetimbangan zat padat

berada pada kesetimbangan dengan zat padat. tergantung pada gaya tarik antar molekul zat padat itu. Pada senyawa ion gaya tarik antar ion sangat kuat, sehingga tekanan uapnya lebih rendah dari senyawa molekul

tekanan uap yang

Diagram FasaDiagram yang menggambarkan keseimbangan fasa padat-cair-gas Diagram Fasa karakeristik untuk setiap zat sendiri2. Tekanan uap merupakan fungsi dari suhu. Jika pada suatu kesetimbangan zat padat-uap suhu dinaikkan, maka sesuai azas Le Chatelier, kesetimbangan akan bergeser kearah yang sesuai dengan penambahan energi. Kurva bagian bawah menunjukkan suhu dan tekanan dimana zat padat dan uap berada dalam kesetimbangan Kurva bagian atas yaitu suhu diatas titik leleh menunjuk kan suhu dan tekanan kesetimbangan antara zat cair dan gas. Pertemuan kedua bagian kurva ini menujukkan suhu dan tekanan dimana ketiga fasa berada pada kesetimbangan Titik Triganda / Triple

Soal1. Tekanan di luar pesawat jet yang sedang terbang tinggi, turun secara tiba2 dibawah tekanan atmosfer standar. Dengan demikian, udara dalam kabin harus diatur tekanannya untuk melindungi penumpang. Berapa tekanan dalam atmosfer di dalam kabin, jika barometer menunjukkan pembacaan 749 mmHg. 2. Belerang heksafluorida (SF6) merupakan gas tidak berwarna, tidak berbau dan tidak reaktif. Hitunglah tekanan gas (atm) dari 1,82 mol gas ini dalam bejana dengan volume 69,5oC 3. Natrium Azida (NaN3) digunakan sebagai bahan pengisi kantong udara di beberapa mobil. Benturan yang disebabkan oleh suatu tumbukan memicu penguraian NaN3 sebagai berikut: 2 NaN3(s) Na(s) = 3 N2(g) Gas nitrogen yang dihasilkan segera mengisi kantong yang terletak antara pengemudi dan kaca depan. Hitunglah volume N2 yang dihasilkan pada suhu 80oC tekanan 823 mmHg dari hasil penguraian 60,0 g NaN3.

Soal4. Reaksi penguraian metabolisme glukosa seperti persamaan

pembakaran glukosa dalam udara: C6H12O6(s) + 6O2(g)

6CO2(g) + 6 H2O(l)

Berapa volume CO2 yang dihasilkan pada suhu 37oC dan tekanan 1,00 atm, bila 5,60 g glukosa dipakai pada reaksi ini. 5. Suatu sampel gas alam mengandung 8,24 mol metana (CH4), 0,421 Mol Etana (C2H6) dan 0,116 mol propana (C3H8). Jika tekanan total adalah 1,37 atm. Hitunglah tekanan parsial gasgas tsb. 6. Hitunglah tekanan yang ditimbulkan oleh 4,37 mol gas Cl2 yang berada dalam volume 2,45 L pada suhu 38oC. Bandingkan tekanan itu bila dubandingkan menggunakan persamaan gas ideal. Faktor koreksi untuk gas Cl2: a = 6,49 dan b = 0,0562.

7.

Seorang mahasiswa mengambil sampel gas alam dari suatu jet lab. gas pada suhu 25oC dalam wadah dengan volume 250 cm3 sampai dengan tekanan gas sebesar 73,5 kPa. Sampel gas ini ternyata mempunyai berat 0,118 gram pada suhu 25oC. Gas apakah ini? Tetapan gas ideal R = 8,314 kPa dm3 mol-1 K-1. Sebuah gelembung kecil naik dari dasar suatu danau, dengan suhu dan tekananya 8oC dan 6,4 atm dan mencapai permukaan air yang suhunya 25oC dan tenananya 1 atm. Hitunglah volume akhir Jelaskan apa yang dimaksud dengan diagram fasa? Informasi apa yang berguna yang diperoleh dari suatu diagram fasa? Jelaskan dengan contoh-contoh.

8.

9.