Anda mungkin telah belajar sejak awal di kelas sains bahwa massa jenis adalah massa dibagi volume, atau "jumlah" suatu zat dalam ruang tertentu. Untuk padatan, ini adalah ukuran yang cukup mudah. Jika Anda mengisi toples penuh dengan uang receh, itu akan memiliki lebih banyak "keuletan" daripada jika Anda mengisinya dengan marshmallow. Ada lebih banyak zat yang dikemas ke dalam toples saat Anda mengisinya dengan uang receh, sedangkan marshmallow sangat bengkak dan ringan.
Bagaimana dengan berat molekul? Berat molekul dan kerapatanterlihatsangat mirip, tetapi ada perbedaan penting. Berat molekul adalah massa suatu zat per mol. Ini bukan tentang berapa banyak ruang yang dibutuhkan zat, tetapi "jumlah", "keuletan" atau "berat" dari sejumlah zat.
Jadi, untuk rekap:Massa jenisadalah massa dibagi volume. Rumus matematikanya terlihat seperti ini:
\rho = \frac{m}{V}
Satuan SI untuk massa adalah kilogram (walaupun kadang-kadang Anda mungkin melihatnya dinyatakan dalam gram), dan untuk volume biasanya m3. Jadi densitas dalam satuan SI diukur dalam kg/m3.
Berat molekul adalah massa per mol, yang ditulis:
\text{berat molekul}=\frac{m}{n}
Sekali lagi, satuan penting: Massa, m, mungkin dalam kilogram, dan n adalah ukuran jumlah mol. Jadi satuan untuk berat molekul adalah kilogram/mol.
Hukum Gas Ideal
Jadi bagaimana Anda mengkonversi bolak-balik antara langkah-langkah ini? Untuk mengubah berat molekul gas menjadi densitas (atau sebaliknya), gunakan useHukum Gas Ideal. Hukum Gas Ideal mendefinisikan hubungan antara tekanan, volume, suhu dan mol gas. Tertulis:
PV=nRT
di mana P adalah tekanan, V adalah volume, n adalah jumlah mol, R adalah konstanta yang bergantung pada gas (dan biasanya diberikan kepada Anda), dan T adalah suhu.
Gunakan Hukum Gas Ideal untuk Mengubah Berat Molekul menjadi Densitas
Tapi Hukum Gas Ideal tidak menyebutkan berat molekul! Namun, jika Anda menulis ulang n, jumlah mol, dalam istilah yang sedikit berbeda, Anda dapat mempersiapkan diri untuk sukses.
tahi lalatsama dengan massa dibagi berat molekul.
n=\frac{m}{\text{berat molekul}}
Dengan pengetahuan itu, Anda dapat menulis ulang Hukum Gas Ideal seperti ini:
PV=\frac{m}{M}RT
di mana M adalah singkatan dari berat molekul.
Setelah Anda memilikinya, memecahkan kepadatan menjadi sederhana. Kepadatan sama dengan massa di atas volume, jadi Anda ingin mendapatkan massa di atas volume di satu sisi tanda sama dengan dan yang lainnya di sisi lain.
Jadi, persamaan sebelumnya menjadi:
\frac{PV}{RT}=\frac{m}{M}
ketika Anda membagi kedua sisi dengan RT.
Kemudian mengalikan kedua sisi dengan M dan membaginya dengan volume menghasilkan:
\frac{PM}{RT}=\frac{m}{V}
m÷V sama dengan kerapatan, jadi
\rho=\frac{PM}{RT}
Coba Contoh
Temukan kerapatan gas karbon dioksida (CO2) ketika gas berada pada 300 Kelvin dan tekanan 200.000 pascal. Berat molekul gas CO2 adalah 0,044 kg/mol, dan konstanta gasnya adalah 8,3145 J/mol Kelvin.
Anda dapat memulai dengan Hukum Gas Ideal, PV=nRT, dan menurunkan kerapatan dari sana seperti yang Anda lihat di atas (keuntungannya adalah Anda hanya perlu mengingat satu persamaan). Atau, Anda dapat memulai dengan persamaan turunan dan menulis:
\rho=\frac{PM}{RT}=\frac{200000\times 0,044}{8,3145\times 300}=3,53\text{ kg/m}^3
Fiuh! Sudah selesai dilakukan dengan baik.