Sifat – Sifat Gas : Gas Sempurna (The properties of gasses : The Perfect Gasses )

Dalam "Physical Chemistry" yang ditulis oleh Peter Atkins dan Julio de Paula, sifat-sifat gas dibahas secara mendalam dan banyak persamaan yang terkait dengan Gas Sempurna.

Pada kali ini yang akan kita bahas pertama yaitu Keadaan Gas.

Keadaan fisik dari suatu sampel zat didefinisikan oleh sifat-sifat fisikanya. Dua sampel suatu zat yang memiliki sifat fisik yang sama, berada dalam keadaan yang sama. Keadaan gas murni misalnya, ditentukan dengan memberikan volume (V), jumlah zat (jumlah mol) (n), tekanan (p), dan suhu (T). 

Suatu zat dapat dideskripsikan oleh persamaan keadaan, yaitu persamaan yang saling berkaitan dari empat variabel tersebut. Salah satu contoh penting adalah persamaan keadaan gas sempurna, yang memiliki bentuk P = nRT/V atau PV = nRT , di mana R adalah konstant.

a. Tekanan Gas

Tekanan gas adalah gaya yang diberikan oleh molekul gas pada dinding wadah mereka. Tekanan gas dapat dihitung menggunakan persamaan:

P = F/A = ρ g h

Keterangan :
P adalah tekanan, F adalah gaya, A adalah luas di mana gaya diberikan, dan ρ adalah densitas massa

Satuan tekanan yang paling umum digunakan adalah atmosfer (1 atm = 1.013 25 × 10⁵ Pa) dan bar (1 bar = 10⁵ Pa). Tekanan standar untuk pelaporan data adalah 1 bar, yang setara dengan 100 kPa atau sekitar 0,9869 atm. Penggunaan tekanan standar memungkinkan data yang lebih konsisten dan dapat dibandingkan antara berbagai eksperimen dan pengukuran.

Jika dua gas berada dalam wadah terpisah yang berbagi dinding yang dapat bergerak, gas yang memiliki tekanan yang lebih tinggi cenderung menekan (mengurangi volume) gas yang memiliki tekanan yang lebih rendah. Tekanan gas yang tinggi akan turun saat gas tersebut mengembang dan tekanan gas yang rendah akan naik saat gas tersebut dikompres. Akan ada suatu titik di mana dua tekanan sama dan dinding tidak memiliki kecenderungan untuk bergerak lagi. Kondisi kesetimbangan antara dua gas dengan tekanan yang sama di kedua sisinya dari dinding yang dapat bergerak (piston) adalah suatu keadaan kesetimbangan mekanik antara dua gas tersebut.

b. Volume Gas: Volume gas ditentukan oleh jumlah ruang yang diisi oleh molekul gas. Volume gas dapat dihitung menggunakan persamaan: 

V = nRT / P 

Di mana V adalah volume, n adalah jumlah mol gas, R adalah konstanta gas, T adalah suhu dalam Kelvin, dan P adalah tekanan.

c. Suhu (T):

Suhu merupakan sifat yang menunjukan aliran suatu energi melalui konduksi termal. Energi akan berpindah dari A ke B jika kedua permukaannya mengalami interaksi dan suhu pada A lebih besar dibandingkan suhu pada B.

Perpindahan energi dapat dilihat pada gambar disamping

Kedua suhu dipisahkan oleh dinding diathermal. Pada dinding tersebut mengalami konduksi termal.

d. Hukum ke nol Termodinamika

Suhu adalah suatu sifat yang menunjukkan apakah dua objek akan berada dalam 'kesetimbangan termal' jika mereka berkontak melalui batas diatermik. Kesetimbangan termal terjadi jika tidak ada perubahan keadaan saat dua objek A dan B berada dalam kontak melalui batas diatermik. Misalkan sebuah objek A (yang bisa dianggap sebagai blok besi) berada dalam kesetimbangan termal dengan sebuah objek B (sebuah blok tembaga), dan B juga dalam kesetimbangan termal dengan sebuah objek C (sebuah labu air). Kemudian ditemukan secara eksperimental bahwa A dan C juga akan berada dalam kesetimbangan termal ketika mereka dihubungkan secara langsung. Pengamatan ini dirangkum dalam Hukum Nol termodinamika ( Zeroth Law of thermodynamics ): Jika A berada dalam kesetimbangan termal dengan B, dan B berada dalam kesetimbangan termal dengan C, maka C juga berada dalam kesetimbangan termal dengan A.