Hukum gas Boyle, hukum Charles dan Gay-Lussac tidak terpakai kepada semua keadaan gas, jadi analisis kita menjadi lebih sukar. Oleh itu, model gas ideal dibentangkan. Gas ideal tidak wujud dalam kehidupan seharian; gas ideal adalah bentuk yang sempurna untuk memudahkan analisis. Kewujudan konsep gas ideal ini juga sangat membantu kita dalam mengkaji semula hubungan antara tiga hukum gas.
Hubungan antara suhu, isipadu, dan tekanan gas
Dengan merujuk kepada tiga hukum gas di atas, kita dapat memperoleh hubungan yang lebih umum antara suhu, isipadu, dan tekanan gas.
P 1 = tekanan awal (Pa atau N/m 2 ), P 2 = tekanan akhir (Pa atau N/m 2 ), V 1 = isipadu awal (m 3 ), V 2 = isipadu akhir (m 3 ), T 1 = suhu awal (K), T 2 = suhu akhir (K)
(Pa = pascal, N = Newton, m2 = meter persegi, m3 = meter padu, K = Kelvin)
Hubungan antara jisim gas (m) dan isipadu (V)
Lebih banyak udara yang dimasukkan ke dalam belon getah, lebih kembung belon tersebut. Dalam erti kata lain, lebih besar jisim gas, lebih besar isipadu belon tersebut. Kita boleh katakan bahawa jisim gas (m) adalah berkadar terus dengan isipadu gas (V).
Bilangan mol (n)
1 mol = jisim bahan yang sama dengan jisim molekul bahan tersebut. Jisim dan jisim oksigen molekul adalah berbeza.
Contoh 1, jisim molekul oksigen (O2 ) = 16 u + 16 u = 32 u (setiap molekul oksigen mengandungi 2 atom Oksigen, di mana setiap atom Oksigen mempunyai jisim 16 u). Oleh itu, 1 mol O2 mempunyai jisim 32 gram. Atau jisim molekul O2 = 32 gram / mol = 32 kg / kmol.
Contoh 2, jisim molekul gas karbon monooksida (CO) = 12 u + 16 u = 28 u (setiap molekul karbon monoksida mengandungi 1 atom karbon (C) dan 1 atom oksigen (O). Jisim 1 atom karbon = 12 u dan jisim 1 atom oksigen = 16 u. 12 u + 16 u = 28 u). Oleh itu, 1 mol CO mempunyai jisim 28 gram. Atau jisim molekul CO = 28 gram/mol = 28 kg/kmol.
Contoh 3, jisim molekul gas karbon dioksida (CO2) = [12 u + (2 x 16 u)] = [12 u + 32 u] = 44 u (setiap molekul karbon dioksida mengandungi 1 atom karbon (C) dan 2 atom oksigen (O). Jisim 1 atom Karbon = 12 u dan jisim 1 atom oksigen = 16 u). Oleh itu, 1 mol CO2 mempunyai jisim 44 gram. Atau jisim molekul CO2 = 44 gram/mol = 44 kg/kmol.
Bilangan mol (n) sesuatu bahan = nisbah jisim bahan kepada jisim molekulnya. Secara matematik:
Soalan 1:
Kira bilangan mol pada 64 g O2
Jisim O2 = 64 gram
Jisim molekul O2 = 32 gram/mol
Soalan 2:
Kira bilangan mol pada 280 gram CO
Jisim CO = 280 gram
Jisim molekul CO = 28 gram/mol
Soalan 3:
Kira bilangan mol pada 176 gram CO2
Jisim CO2 = 176 gram
Jisim molekul CO2 = 44 gram/mol
Pemalar gas universal (R)
Berdasarkan kajian saintis, didapati bahawa jika bilangan mol (n) digunakan untuk menyatakan saiz sesuatu bahan, maka pemalar perbandingan bagi setiap gas mempunyai nilai yang sama. Pemalar yang sepadan ialah pemalar gas universal (R).
R = 8.315 J/mol. K
= 8315 kJ / kmol. K
= 0.0821 (L.atm) / (mol. K)
= 1.99 kal / mol. K
(J = Joule, K = Kelvin, L = liter, atm = atmosfera, kal = kalori)
HUKUM GAS IDEAL (dalam bilangan mol)
Perbandingan di atas boleh ditukar kepada persamaan dengan memasukkan bilangan mol (n) dan pemalar gas universal (R).
PV = n RT
Persamaan ini dipanggil hukum gas ideal atau persamaan keadaan gas ideal.
P = tekanan gas (N/ m² )
V = isipadu gas ( m3 )
n = bilangan mol (mol)
R = pemalar gas universal (R = 8.315 J/mol. K)
T = suhu mutlak gas (K)
Dalam menyelesaikan masalah ini, anda akan menemui istilah STP. STP ialah Suhu dan Tekanan Piawai.
Suhu piawai (T) = 0 ° C = 273 K
Tekanan piawai (P) = 1 atm = 1.013 x 105 N / m2 = 1.013 x 102 kPa = 101 kPa
Dalam menyelesaikan isu hukum gas, suhu hendaklah dinyatakan dalam skala Kelvin (K). Jika tekanan gas masih merupakan tekanan pengukur, ubahnya terlebih dahulu kepada tekanan mutlak. Tekanan mutlak = tekanan atmosfera + tekanan pengukur. Jika yang diketahui ialah tekanan atmosfera (tiada tekanan pengukur), selesaikan masalah tersebut.
Soalan 1:
Pada tekanan atmosfera (101 kPa), suhu gas karbon dioksida = 20 o C dan isipadunya = 2 liter. Jika tekanan ditukar kepada 201 kPa dan suhu ditingkatkan kepada 40 °C, hitung isipadu akhir gas karbon dioksida tersebut.
Penyelesaian
P1 = 101 kPa
P2 = 201 kPa
T1 = 20 ° C + 273 K = 293 K
T 2 = 40 ° C + 273 K = 313 K
V 1 = 2 liter
Soalan 2:
Tentukan isipadu 2 mol gas pada STP (gas ini ialah gas ideal)
Penyelesaian
Soalan 3:
Isipadu gas oksigen pada STP = 20 m3 . Kira jisim gas oksigen.
Penyelesaian
Isipadu 1 mol gas pada STP = 22.4 liter = 22.4 dm³ = 22.4 x 10 -3 m³ (22.4 x 10 -3 m³ / mol )
Isipadu gas oksigen pada STP = 20 m3
Jisim molekul oksigen = 32 gram / mol (jisim 1 mol oksigen = 32 gram). Oleh itu, jisim gas oksigen ialah:
jisim (m) = bilangan mol (n) x jisim molekul
jisim = (893 mol) x (32 gram / mol) = 28576 gram = 28.576 kg
Soalan 4:
Sebuah tangki mengandungi 4 liter oksigen (O2 ) . Suhu oksigen ialah = 20 ° C dan tekanan yang diukur ialah = 20 x 105 N /m2 . Tentukan jisim oksigen (Jisim molekul oksigen = 32 kg /kmol = 32 gram/mol).
Penyelesaian
P = P atm + P diukur = (1 x 10 5 N/m² ) + (20 x 10 5 N/m² ) = 21 x 10 5 N/ m²
T = 20 ° C + 273 = 293 K
V = 4 liter = 4 dm3 = 4 x 10 -3 m3
R = 8.315 J/mol. K = 8.315 Nm/mol. K
Jisim molekul oksigen = 32 kg/kmol = 32 gram/mol
Jisim O2?
HUKUM GAS IDEAL (Dalam bilangan molekul)
Jika kita menyatakan saiz bahan bukan dalam bentuk jisim (m), tetapi dalam bilangan mol (n), maka pemalar gas universal (R) terpakai kepada semua gas. Ia pertama kali ditemui oleh Amadeo Avogadro (1776-1856), seorang saintis Itali.
Avogadro menyatakan bahawa apabila isipadu, tekanan dan suhu setiap gas adalah sama, setiap gas mempunyai bilangan molekul yang sama.
Hipotesis Avogadro sepadan dengan fakta bahawa pemalar R adalah sama untuk semua gas. Berikut adalah beberapa bukti:
Pertama, jika kita menyelesaikan masalah menggunakan persamaan hukum gas ideal (PV = nRT), kita akan mendapati bahawa apabila bilangan mol (n) adalah sama,
Tekanan dan suhu juga serupa, maka isipadu semua gas akan sama jika kita menggunakan pemalar gas universal R = 8.315 J / mol. K). Dalam STP, sebarang gas yang mempunyai bilangan mol (n) yang sama akan mempunyai isipadu yang sama. Isipadu 1 mol gas pada STP = 22.4 liter. Isipadu 2 mol gas = 44.8 liter. Isipadu 3 mol gas = 67.2 liter. Dan begitulah seterusnya. Ini terpakai kepada semua gas.
Kedua, bilangan molekul dalam 1 mol adalah sama untuk semua gas. Bilangan molekul dalam 1 mol = bilangan molekul setiap mol = Nombor Avogadro (NA). Jadi, nombor Avogadro adalah sama untuk semua gas.
Nombor Avogadro yang diperoleh melalui pengukuran:
NA = 6.02 x 1023 molekul / mol
Untuk mendapatkan jumlah molekul (N), darabkan bilangan molekul setiap mol (N A ) dengan bilangan mol (n).
Jumlah molekul (N) = bilangan molekul setiap mol (N A ) x bilangan mol (n)
P = Tekanan, V = Isipadu, N = Jumlah molekul, k = Pemalar Boltzmann (k = 1.38 x 10-23 J / K), T = Suhu
Unit Isipadu
1 liter (L) = 1000 mililiter (mL) = 1000 sentimeter padu (cm 3 )
1 liter (L) = 1 desimeter padu (dm³ ) = 1 x 10⁻¹ -3 m³
Unit Tekanan
1 N/m² = 1 Pa
1 atm = 1.013 x 105 N /m2 = 1.013 x 105 Pa = 1.013 x 102 kPa = 101.3 kPa (biasanya digunakan 101 kPa)
Pa = pascal
atm = atmosfera
