Apa itu Hukum Gas Ideal?

Hukum Gas Ideal adalah persamaan matematis yang dapat Anda gunakan untuk menyelesaikan masalah yang berkaitan dengan suhu, volume, dan tekanan gas. Meskipun persamaan tersebut merupakan perkiraan, persamaan ini sangat bagus, dan berguna untuk berbagai kondisi. Ini menggunakan dua bentuk yang terkait erat yang menjelaskan kuantitas gas dengan cara yang berbeda.

TL; DR (Terlalu Panjang; Tidak Membaca)

Hukum Gas Ideal adalah PV = nRT, di mana P = tekanan, V = volume, n = jumlah mol gas, T adalah suhu dan R adalah konstanta proporsionalitas, biasanya 8.314. Persamaan memungkinkan Anda memecahkan masalah praktis dengan gas.

Anda berurusan dengan gas dalam kehidupan sehari-hari, seperti udara yang Anda hirup, helium dalam balon pesta atau metana, "gas alam" yang Anda gunakan untuk memasak makanan. Zat-zat ini memiliki kesamaan sifat yang sangat mirip, termasuk cara mereka merespons tekanan dan panas. Namun, pada suhu yang sangat rendah, sebagian besar gas nyata berubah menjadi cair. Gas ideal, sebagai perbandingan, lebih merupakan ide abstrak yang berguna daripada zat nyata; misalnya, gas ideal tidak pernah berubah menjadi cair, dan tidak ada batasan untuk kompresibilitasnya. Namun, sebagian besar gas nyata cukup dekat dengan gas ideal sehingga Anda dapat menggunakan hukum Gas Ideal untuk memecahkan banyak masalah praktis.

Persamaan hukum Gas Ideal memiliki tekanan dan volume di satu sisi tanda sama dengan dan jumlah dan suhu di sisi lain. Ini berarti, produk dari tekanan dan volume tetap sebanding dengan produk dari jumlah dan suhu. Jika, misalnya, Anda meningkatkan suhu sejumlah gas dalam volume tetap, tekanannya juga harus meningkat. Atau, jika Anda menjaga tekanan tetap konstan, gas harus mengembang menjadi volume yang lebih besar.

Untuk menggunakan hukum Gas Ideal dengan benar, Anda harus menggunakan satuan suhu mutlak. Derajat Celcius dan Fahrenheit tidak akan berfungsi karena mereka dapat menuju ke angka negatif. Suhu negatif dalam hukum Gas Ideal memberi Anda tekanan atau volume negatif, yang tidak mungkin ada. Sebagai gantinya, gunakan skala Kelvin, yang dimulai dari nol mutlak. Jika Anda bekerja dengan satuan bahasa Inggris dan menginginkan skala yang berhubungan dengan Fahrenheit, gunakan skala Rankine, yang juga dimulai dari nol mutlak.

Bentuk umum pertama dari persamaan Gas Ideal adalah, PV = nRT, di mana P adalah tekanan, V adalah volume, n adalah jumlah mol gas, R adalah konstanta proporsionalitas, biasanya 8,314, dan T adalah suhu. Untuk sistem metrik, gunakan pascal untuk tekanan, meter kubik untuk volume dan Kelvin untuk suhu. Sebagai contoh, 1 mol gas helium pada 300 Kelvin (suhu kamar) berada di bawah tekanan 101 kilopascal (tekanan permukaan laut). Berapa volume yang ditempati? Ambil PV = nRT, dan bagi kedua sisi dengan P, biarkan V dengan sendirinya di sisi kiri. Persamaan menjadi V = nRT P. Satu mol (n) kali 8,314 (R) kali 300 Kelvin (T) dibagi 101.000 pascal (P) menghasilkan volume 0,0247 meter kubik, atau 24,7 liter.

Di kelas sains, bentuk persamaan Gas Ideal umum lainnya yang akan Anda lihat adalah PV = NkT. "N" besar adalah jumlah partikel (molekul atau atom), dan k adalah konstanta Boltzmann, angka yang memungkinkan Anda menggunakan jumlah partikel, bukan mol. Perhatikan bahwa untuk helium dan gas mulia lainnya, Anda menggunakan atom; untuk semua gas lainnya, gunakan molekul. Gunakan persamaan ini dengan cara yang sama seperti persamaan sebelumnya. Misalnya, tangki 1 liter menampung 10²³ molekul nitrogen. Jika Anda menurunkan suhu hingga 200 Kelvin, berapa tekanan gas di dalam tangki? Ambil PV = NkT dan bagi kedua sisi dengan V, tinggalkan P dengan sendirinya. Persamaannya menjadi P = NkT V. Kalikan 10²³ molekul (N) dengan konstanta Boltzmann (1,38 x 10^-23), kalikan dengan 200 Kelvin (T) lalu bagi dengan 0,001 meter kubik (1 liter) untuk mendapatkan tekanan: 276 kilopascal.